人教版选修3－5 19．7核聚变 19．8粒子和宇宙（共30张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版选修3－5 19．7核聚变 19．8粒子和宇宙（共30张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 6.9MB | ||
| 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 | 2020-03-11 10:33:14 | ||
图片预览
文档简介
(共30张PPT)
新课标高中物理选修3－5
第十九章 原子核
7 核聚变
8 粒子和宇宙
1、知道核聚变反应的特点及其条件；
2、了解可控热核反应及其研究和发展；
3、知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
4、初步了解粒子物理学的基础知识
1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。
一、核聚变
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。
2、能量的变化：轻核聚变后，核子的平均质量减小；比结合能增加，反应中会释放能量。
核子平均质量
聚变
3.氘氚核聚变
+17.6MeV
根据所给数据,计算该核反应放出的能量:
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
计算表明，这个核反应释放的能量是17.6MeV 。这个量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（201MeV）少，但平均每个核
子产生的能量
是铀裂变（ = 0.852MeV）的约4倍。
4、发生聚变的条件:要使原子核间的距离达到10-15m，核力才能大于电磁力。
5、实现的方法有: 把原子核加热到很高的温度。
几百万开尔文高温
聚变反应又叫热核反应
也就是说，原子核要有很大的动能才会”撞”到一起。什么办法能使大量原子核获得足够的动能来发生聚变昵?
6、热核反主要用在核武器上
氢弹爆炸形成磨姑云
世界第一颗氢弹——麦克
上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。
弹体
引爆装置
小型原子弹
三种炸药：
普通炸药
Ｕ235
氘、氚
爆炸
裂变
聚变
氘、氚、重氢化钾等
铀235
外壳
普通炸药
问：氢弹爆炸原理是什么？
实际上，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。
太阳的主要成分是氢。太阳的中心温度1.5×107K在这样的高温下，氢核聚变的反应不停地进行着，不断地放出能量。现在地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳，即太阳内部聚变时释放的核能。
太阳在“核燃烧”的 过程中“体重”不断减轻。它每秒有7亿吨原子核参与反应，辐射出的能量与400万吨的物质相当。科学家估计，太阳的这种“核燃烧＂还能持几十亿年。
1.热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
二、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能是非常吸引人的重大课题。
①轻核聚变产能效率高。
②地球上聚变燃料的储量丰富。
③轻聚变更为安全、清洁。
2、可控制热核反应存在的问题：
地球上没有任何容器能够经受如此高的温度；
磁约束
——环流器
带电粒子运动时在均匀磁场中会由于洛仑兹力的作用而不飞散，因此，有可能利用磁场来约束参与反应的物质，这就是磁约束。环流器是目前性能最好的一种磁约束装置，图19.7-3是其结构示意图。
惯性约束
也可以利用聚变物质的惯性进行约束。由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参与反以反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应
我国在受控热核反应方面的研究和实验发展情况。
EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，这个装置也被通称为“人造太阳”，能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。目前，由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕，进入抽真空降温试验阶段。我国的科学家就率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置，模拟太阳产生能量。
三、例题分析
第八节 粒子和宇宙
1．“基本”粒子 “不” 基本
1897年汤姆生发现电子，1911年卢瑟福提出原子的核式结构。认为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子”。那么随着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子呢？
2．发现新粒子
（1）1932年发现正电子；1937年发现μ子；1947年发现K介子与π介子，后来又发现了超子
（2）实验中发现了许多反粒子，现在发现的粒子多达400多种。
20世纪30年代以来，人们对宇宙射线的研究中发现了一些新的粒子。
许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质相反的粒子，叫做反粒子。
3、按粒子与各种相互作用的关系，可分为三大类：强子、轻子和媒介子。
强子 轻子 媒介子
介子 重子 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 光子，中间玻色子、胶子
π介子 K介子 质子、中子、超子
4．夸克模型
1964年提出夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克（quark）。
1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在
夸克模型经过几十年的发展，已被多数物理学家接受。
盖尔曼
（1）上夸克d、下夸克u 、奇异夸克s、粲夸克c，底夸克b、顶夸克t。
（2）夸克带电荷为元电荷的2/3或-1/3倍
科学家们还未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。
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）
夸克六种模型
例：已知π+介子、π-介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克
或反夸克 ）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。下列说法正确的是（ ）
A.π+由u和 组成
B.π+由 和d组成
C.π-由u和 组成
D.π-由 和d组成
π+ π- u d
带电量 +e -e
AD
5．宇宙的演化、恒星的演化
要了解宇宙起源需了解物质的组成的粒子，这是因为在物理学中研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通、相互支撑。
课堂小结
一、核聚变的哪些知识？
二、组成物质的粒子都有哪些？
新课标高中物理选修3－5
第十九章 原子核
7 核聚变
8 粒子和宇宙
1、知道核聚变反应的特点及其条件；
2、了解可控热核反应及其研究和发展；
3、知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
4、初步了解粒子物理学的基础知识
1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。
一、核聚变
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。
2、能量的变化：轻核聚变后，核子的平均质量减小；比结合能增加，反应中会释放能量。
核子平均质量
聚变
3.氘氚核聚变
+17.6MeV
根据所给数据,计算该核反应放出的能量:
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
计算表明，这个核反应释放的能量是17.6MeV 。这个量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（201MeV）少，但平均每个核
子产生的能量
是铀裂变（ = 0.852MeV）的约4倍。
4、发生聚变的条件:要使原子核间的距离达到10-15m，核力才能大于电磁力。
5、实现的方法有: 把原子核加热到很高的温度。
几百万开尔文高温
聚变反应又叫热核反应
也就是说，原子核要有很大的动能才会”撞”到一起。什么办法能使大量原子核获得足够的动能来发生聚变昵?
6、热核反主要用在核武器上
氢弹爆炸形成磨姑云
世界第一颗氢弹——麦克
上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。
弹体
引爆装置
小型原子弹
三种炸药：
普通炸药
Ｕ235
氘、氚
爆炸
裂变
聚变
氘、氚、重氢化钾等
铀235
外壳
普通炸药
问：氢弹爆炸原理是什么？
实际上，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。
太阳的主要成分是氢。太阳的中心温度1.5×107K在这样的高温下，氢核聚变的反应不停地进行着，不断地放出能量。现在地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳，即太阳内部聚变时释放的核能。
太阳在“核燃烧”的 过程中“体重”不断减轻。它每秒有7亿吨原子核参与反应，辐射出的能量与400万吨的物质相当。科学家估计，太阳的这种“核燃烧＂还能持几十亿年。
1.热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
二、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能是非常吸引人的重大课题。
①轻核聚变产能效率高。
②地球上聚变燃料的储量丰富。
③轻聚变更为安全、清洁。
2、可控制热核反应存在的问题：
地球上没有任何容器能够经受如此高的温度；
磁约束
——环流器
带电粒子运动时在均匀磁场中会由于洛仑兹力的作用而不飞散，因此，有可能利用磁场来约束参与反应的物质，这就是磁约束。环流器是目前性能最好的一种磁约束装置，图19.7-3是其结构示意图。
惯性约束
也可以利用聚变物质的惯性进行约束。由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参与反以反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应
我国在受控热核反应方面的研究和实验发展情况。
EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，这个装置也被通称为“人造太阳”，能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。目前，由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕，进入抽真空降温试验阶段。我国的科学家就率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置，模拟太阳产生能量。
三、例题分析
第八节 粒子和宇宙
1．“基本”粒子 “不” 基本
1897年汤姆生发现电子，1911年卢瑟福提出原子的核式结构。认为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子”。那么随着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子呢？
2．发现新粒子
（1）1932年发现正电子；1937年发现μ子；1947年发现K介子与π介子，后来又发现了超子
（2）实验中发现了许多反粒子，现在发现的粒子多达400多种。
20世纪30年代以来，人们对宇宙射线的研究中发现了一些新的粒子。
许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质相反的粒子，叫做反粒子。
3、按粒子与各种相互作用的关系，可分为三大类：强子、轻子和媒介子。
强子 轻子 媒介子
介子 重子 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 光子，中间玻色子、胶子
π介子 K介子 质子、中子、超子
4．夸克模型
1964年提出夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克（quark）。
1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在
夸克模型经过几十年的发展，已被多数物理学家接受。
盖尔曼
（1）上夸克d、下夸克u 、奇异夸克s、粲夸克c，底夸克b、顶夸克t。
（2）夸克带电荷为元电荷的2/3或-1/3倍
科学家们还未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。
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）
夸克六种模型
例：已知π+介子、π-介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克
或反夸克 ）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。下列说法正确的是（ ）
A.π+由u和 组成
B.π+由 和d组成
C.π-由u和 组成
D.π-由 和d组成
π+ π- u d
带电量 +e -e
AD
5．宇宙的演化、恒星的演化
要了解宇宙起源需了解物质的组成的粒子，这是因为在物理学中研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通、相互支撑。
课堂小结
一、核聚变的哪些知识？
二、组成物质的粒子都有哪些？