1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-5 第十九章 原子核成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 原子核 第十九章 第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 第七节 核聚变第八节 粒子和宇宙第十九章 第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 学习目标定位 1课堂情景切入 2知识自主梳理 3重点难点突破 4考点题型设计 5课 时 作 业 6第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 学习目标定位第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程
2、学习指导 人教版 物理 选修3-5 知道聚变反应的特点能写出聚变方程并计算聚变能量了解可控热核反应知道粒子的分类及其作用了解宇宙起源的大爆炸说及恒星的演化第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 课堂情景切入第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 万物生长靠太阳(如图)，太阳在我们日常生活中是无可替代的，它提供给地球足够的能源，如果说太阳一旦没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失。你知道太阳的能量来源于什么吗？第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 知识自主梳理第十九章
3、 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 核裂变1.定义轻核结合成_的原子核的反应叫聚变。例如21H31H42He10n2聚变发生的条件要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到_m 以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的_，这就要求原子核具有足够的动能，有一种方法就是把它们加热到很高的温度，温度高达_开尔文，因此聚变又叫_。质量较大1015库仑斥力几百万热核反应第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 3应用目前，热核反应主要用在核武器上，那就是_，需要用_爆炸产生的高温高压引发核爆
4、炸。4太阳能太阳的主要成分是_，太阳中心温度可达 1.5107K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，太阳能就来自于太阳内部_释放的核能。氢弹原子弹氢聚变第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 受控热核反应1.聚变与裂变相比有很多优点(1)轻核聚变产能_；(2)地球上聚变燃料的储量_；(3)轻核聚变更为_。2聚变的难点地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。效率高丰富安全、清洁第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 3控制方法(1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是_。(
5、2)惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用_从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应。环流器激光第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 1.“基本”粒子19世纪末，许多人认为光子、电子、_和_是组成物质的不可再分的最基本粒子。2发现新粒子(1)从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子，它们不是由_、_、_组成。(2)科学家进一步发现质子、中子等本身也是复合粒子，且还有着_的结构。3探测工具粒子_和粒子_是研究粒子物理的主要工具。“基本粒子”不基本质子中子质子中子电子复杂加速器探测器第十
6、九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 发现新粒子1.新粒子1932 年发现了_，1937 年发现了_，1947 年发现了 K 介子和 介子及以后的超子等。2粒子的分类按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：_、_和_。正电子子强子轻子媒介子第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 夸克模型组成强子的粒子有六种夸克，分为上夸克和下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，所带电荷分别为元电荷的_或_，每种夸克都有对应的反夸克，夸克不能以自由的状态单个出现。2313第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学
7、习指导 人教版 物理 选修3-5 宇宙与恒量的演化1.宇宙的演化经历了_时代 _时代 _时代 10 万年之后，随着温度降低逐步组成_和星系。2恒星的演化宇宙尘埃 万有引力_凝聚 恒星m2m日黑洞强子轻子核合成恒星星云团第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 重点难点突破第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 一、轻核的聚变1能量变化比较比结合能的图线，聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量。例如21H31H10n42He17.6MeV2聚变发生的条件要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离 1015m
8、，但是原子核是带正电的，要使它们接近 1015m 就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能。方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温。第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 3核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 4轻核聚变与重核裂变的区别反应方式比较
9、项目 重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大 34 倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 反应方式比较项目 重核裂变轻核聚变原料的蕴藏量核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的 235U 在铀矿石中只占 0.7%主要原料是氚，氚在地球上的储量非常丰富。1L 海水中大约有 0.03g 氚，如果用来进行热核反应放出的能量约与燃烧 300L 汽油相当可控性速度比较容易进行人
10、工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能目前，除氢弹以外，人们还不能控制它第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 如图为氢弹原理示意图。(1)核聚变需要满足什么条件？(2)为什么要用原子弹才能引爆氢弹？答案：(1)要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离1015m。(2)它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 二、对粒子的认识1发现新粒子发现时间1932 年1937 年1947 年60 年代后新粒子反粒子 子K 介子与 介子超子基本特点质量与相对应
11、的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反比质子的质量小质量介于电子与质子之间其质量比质子大按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子。第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 2粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子备注强子参与强相互作用质子、中子、介子、超子强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又可分为介子和重子轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、子、子中微子，子、子中微子未发现内部结构媒介子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程
12、 学习指导 人教版 物理 选修3-5 3.夸克模型(1)夸克的提出1964 年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。(2)夸克的种类上夸克(u)、下夸克(d)、奇夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 特别提醒：粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，所以每种夸克都有对应的反夸克。(3)夸克所带电荷夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的13或23。例如上夸克带的电荷量为2e/3，下夸克带的电荷量为e/3。第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指
13、导 人教版 物理 选修3-5 如图所示为粒子发展示意图(1)为 什 么 现 在 将“基本”二 字 去 掉，统 称 为 粒子？(2)为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破？第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 答案：(1)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构。所以现在将“基本”二字去掉，统称为粒子。(2)夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选
14、修3-5 考点题型设计第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 聚变的核反应方程我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应有：(1)235 92U10n9038Sr136 54Xek10n；(2)21H31H42Hed10n；关于这两个方程，下列说法正确的是()A方程(1)属于 衰变B方程(2)属于轻核聚变C方程(1)中 k10，方程(2)中 d1D方程(1)中 k6，方程(2)中 d1第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：方程(1)属于重核裂变，方程(2)属于轻核聚变，选项A错而B对；由质量数和电荷数守恒
15、得，k10，d1，选项C对而D错。答案：BC第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (昌乐二中 20132014 学年高二下学期检测)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H21H42He10n 是核聚变反应B.31H21H42He10n 是 衰变C.235 92U10n144 56Ba8936Kr310n 是核裂变反应D.285 92U10n14054 Xe9438Sr210n 是 衰变第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 答案：AC解析：本
16、题考查核反应基本知识，主要考查四种核反应的区别，解题关键是熟知核反应的四种类型和常见核反应方程32H21H42He10n 是核聚变反应，而不是衰变，A 对 B 错；C 和D 选项的核反应方程均为核裂变反应，而不是衰变，C 对，D错。第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 核聚变反应的能量问题太阳现在正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和质子、氦核等组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应为两个电子与四个质子聚变为氦。已知太阳的质量 为 21030kg，太 阳 向 周 围 空 间 辐 射 能 量 的 总 功 率 为3.81026W。第十九章 第七
17、节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (1)写出上述聚变反应的方程(2)已知质子质量 mp1.671027kg，氦核质量 m6.645810 27kg，电子质量 me9.010 31kg，光速 c3.0108m/s，求每发生一次上述核反应所释放的能量。(3)根据题目中数据计算太阳 1 秒钟减少的质量。太阳还能用多少年？第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：(1)根据聚变反应满足质量数、电荷数守恒得核反应方程为 2 01e411H42He(2)反应中的质量亏损m2me4mpm(29.0103141.6710276.6
18、4581027)kg3.61029kg由爱因斯坦质能方程可知核反应释放的能量 Emc23.61029(3.0108)2J3.241012J第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (3)太阳每秒释放的能量为 3.81026J，则太阳每秒减少的质量mEc2 3.8102631082kg4.2109kg太阳还能用 t mm 210304.2109s4.761020s1.51013 年。答案：(1)2 01e411H42He(2)3.241012J(3)4.2109kg 1.51013 年第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选
19、修3-5 (山东青岛市 20142015 学年高三一模)两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)。已知氘核质量 mD2.0136u，氦核质量 mHe3.0150u，中子质量 mn1.0087u。(1)写出聚变反应方程并算出释放的核能；(已知质量亏损1u 释放的核能为 931.5MeV)(2)若反应前两氘核的动能均为 EkD0.35MeV。它们正面对撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？答案：(1)21H 21H 32He 10n 3.26MeV(2)0.99MeV 2.97MeV第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版
20、 物理 选修3-5 解析：(1)核反应方程为：21H21H10n32He该反应质量亏损 m2mDmHemn0.0035u。由 质 能 方 程 得 释 放 的 核 能 E 0.0035931.5MeV3.26MeV。(2)将两个氘核作为一个系统，由动量守恒有0mHevHemnvn由能量守恒有：12mHev2He12mnv2nE2EkD由式代入数据可得 EkHe0.99MeV，Ekn2.97MeV。第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 粒子与宇宙在 衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和
21、柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中11H 的核反应，间接地证实了中微子的存在。(1)中微子与水中的11H 发生核反应，产生中子(10n)和正电子(01e)，即：中微子11H10n 01e第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是_。(填写选项前的字母)A0 和 0 B0 和 1C1 和 0D1 和 1(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子()，即 01e 01e2已知正电子和电子的质量都为 9.11031kg，反应中产生的每个光子的能量
22、约为_J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_。第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：(1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是 0，A 项正确。(2)产生的能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则 Emc2，故一个光子的能量为E2，代入数据得E28.21014J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，所以如果只产生一个光于是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律。答案：(1)A(2)8.21014 此过程遵循动量守恒定律第十九章 第七节 第
23、八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是()A夸克、轻子、胶子等粒子B质子和中子等强子C光子、中微子和电子等轻子D氢核、氘核、氦核等轻核答案：A第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此 A 正确，B、C、D 的产生都在 A之后，故 B、C、D 错。第十九章 第七节 第八节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 课 时 作 业（点此链接）