19.7 核聚变、粒子和宇宙课件（共24张PPT）
文档属性
| 名称 | 19.7 核聚变、粒子和宇宙课件（共24张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-02-06 14:51:24 | ||
图片预览
文档简介
(共25张PPT)
第十九章 原子核
第七节 核聚变、粒子和宇宙
一、 轻核的聚变
1、定义：两个轻核结合成质量较大的原子核，这种核反应叫做聚变，也叫热核反应。
2、能量的变化：轻核聚变后，比结合能增加，反应中会释放能量。
3、轻核的聚变实例:
例：根据所给数据,计算下面核反应放出的能量
氘核的质量：mD＝2.014102u
氚核的质量：mT＝3.016050u
氦核的质量：mα＝4.002603u
中子的质量：mn=1.008665u
4、发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
实现的方法有:
1、用加速器加速原子核；
２、把原子核加热到很高的温度；
108～109K
聚变反应又叫热核反应，太阳就是一个巨大的
热核反应堆，内部发生聚变时释放核能。
二、核聚变的利用——氢弹
三种炸药：
普通炸药
Ｕ235
氘、氚
爆炸
裂变
聚变
氢弹爆炸形成的磨姑云
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
见教材89页
三、可控热核反应——核聚变的利用
可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，如果这个梦想一旦实现，能源不再危机，我国的可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果.
四、粒子和宇宙
道尔顿
（原子）
汤姆逊
（电子）
卢瑟福（质子）
查德威克（中子）
盖尔曼
（夸克）
1、发现各种微粒的科学家
1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在
2、“基本粒子”不基本
（1）. 新粒子
1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了?、 K介子，后来还发现了强子。
3、发现新的粒子
（2）粒子的分类
强子、轻子、媒介子
3、强子结构的夸克模型
强子结构夸克模型 (1964年 ) ：
介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t
4、夸克模型
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
1. 质子
(uud)
电荷
重子数
奇异数
自旋
同位旋
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
宇宙——从何而来？
大爆炸理论 (The Big Bang Theory)
宇宙从一个“奇点”爆炸产生
大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生
时间的零点
四、宇宙的演化
早在1929年，埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。
1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。
根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。
从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：
大爆炸开始时 150－200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。
大爆炸后10-43秒 宇宙从量子背景出现。
大爆炸后10-35秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。
大爆炸后10-5秒 10万亿度，质子和中子形成。
大爆炸后0.01秒 1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。
大爆炸后0.1秒后 300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。
大爆炸后1秒后 100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。
大爆炸后13.8秒后 30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。
大爆炸后35分钟后 3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。
大爆炸后30万年后 3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。
宇宙的演化过程示意图
大爆炸—夸克、轻子、胶子等—强子时代—轻子时代——核合成时代—电子质子复合成氢原子—形成恒星和星系。
恒星演化过程示意图
宇宙尘埃—星云团—恒星诞生—氢核聚合成氦核—氦核聚合成碳核—其他聚变过程—无聚变反应、形成白矮星,中子星或黑洞。
粒子物理和宇宙学殊途同归
五、恒星的演化
第十九章 原子核
第七节 核聚变、粒子和宇宙
一、 轻核的聚变
1、定义：两个轻核结合成质量较大的原子核，这种核反应叫做聚变，也叫热核反应。
2、能量的变化：轻核聚变后，比结合能增加，反应中会释放能量。
3、轻核的聚变实例:
例：根据所给数据,计算下面核反应放出的能量
氘核的质量：mD＝2.014102u
氚核的质量：mT＝3.016050u
氦核的质量：mα＝4.002603u
中子的质量：mn=1.008665u
4、发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
实现的方法有:
1、用加速器加速原子核；
２、把原子核加热到很高的温度；
108～109K
聚变反应又叫热核反应，太阳就是一个巨大的
热核反应堆，内部发生聚变时释放核能。
二、核聚变的利用——氢弹
三种炸药：
普通炸药
Ｕ235
氘、氚
爆炸
裂变
聚变
氢弹爆炸形成的磨姑云
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
见教材89页
三、可控热核反应——核聚变的利用
可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，如果这个梦想一旦实现，能源不再危机，我国的可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果.
四、粒子和宇宙
道尔顿
（原子）
汤姆逊
（电子）
卢瑟福（质子）
查德威克（中子）
盖尔曼
（夸克）
1、发现各种微粒的科学家
1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在
2、“基本粒子”不基本
（1）. 新粒子
1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了?、 K介子，后来还发现了强子。
3、发现新的粒子
（2）粒子的分类
强子、轻子、媒介子
3、强子结构的夸克模型
强子结构夸克模型 (1964年 ) ：
介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t
4、夸克模型
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
1. 质子
(uud)
电荷
重子数
奇异数
自旋
同位旋
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
宇宙——从何而来？
大爆炸理论 (The Big Bang Theory)
宇宙从一个“奇点”爆炸产生
大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生
时间的零点
四、宇宙的演化
早在1929年，埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。
1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。
根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。
从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：
大爆炸开始时 150－200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。
大爆炸后10-43秒 宇宙从量子背景出现。
大爆炸后10-35秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。
大爆炸后10-5秒 10万亿度，质子和中子形成。
大爆炸后0.01秒 1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。
大爆炸后0.1秒后 300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。
大爆炸后1秒后 100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。
大爆炸后13.8秒后 30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。
大爆炸后35分钟后 3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。
大爆炸后30万年后 3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。
宇宙的演化过程示意图
大爆炸—夸克、轻子、胶子等—强子时代—轻子时代——核合成时代—电子质子复合成氢原子—形成恒星和星系。
恒星演化过程示意图
宇宙尘埃—星云团—恒星诞生—氢核聚合成氦核—氦核聚合成碳核—其他聚变过程—无聚变反应、形成白矮星,中子星或黑洞。
粒子物理和宇宙学殊途同归
五、恒星的演化