第五章 4 核裂变与核聚变 5 “基本”粒子（34张PPT）

4　核裂变与核聚变
第五章 原子核
选修第三册 人教版
学习目标
1.知道什么是裂变、聚变和链式反应，知道链式反应和聚变的条件.
2.会书写裂变和聚变方程，会利用质量亏损计算裂变和聚变产生的核能.
3.了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度．
知识梳理
一、核裂变及链式反应
1．核裂变：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变．
2．铀核裂变
用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是92235????+01????→56144????????+3680????????+301????.
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3．典型的裂变方程
(1)92235????+01????→94135????????+3895????????+201????
(2)92235????+01????→56144????????+3680????????+301????
4．核能的释放
由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能．
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5．裂变反应的能量大小
铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235 全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温．
6．链式反应
中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的链式反应．
7．链式反应发生的条件
(1)铀块的体积大于或等于临界体积．
(2)有足够浓度的铀235.
(3)有足够数量的慢中子．
8．临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量．
二、反应堆与核电站
1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：
(1)燃料：铀棒．
(2)慢化剂：石墨、重水和普通水(也叫轻水)．
(3)控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒．
2．核电站的主要部件及作用
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}组成部分
材料
作用
裂变材料(核燃料)
浓缩铀
提供核燃料
减速剂(慢化剂)
石墨、重水或普通水(也叫轻水)
使裂变产生的快中子减速
控制棒
镉棒
吸收中子，控制反应速度
热交换器
水或液态的金属钠
传输热量
防护层
厚水泥层
防止放射线泄露，对人体及其他生物体造成伤害
3．工作原理
核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却．
4.核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少．
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采用储量大，所能提供的能量大．
(3)对环境的污染要比火力发电小．
5．核污染的处理
在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下．
三、核聚变
1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变．
2．核反应方程：12????＋13????→24????????＋01????＋17.6 MeV.
3．条件：使轻核的距离达到10－15 m以内．
方法：加热到很高的温度．
4．宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能．
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5．人工热核反应：氢弹．首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．
6．核聚变与核裂变的比较
(1)优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；③轻核聚变更为安全、清洁．
(2)缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．
解决方案：磁约束和惯性约束．
7．重核裂变与轻核聚变的区别
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
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要大3～4倍
1.（2021·广州模拟）广东大亚湾核电站是我国首座利用核裂变发电的大型商用核电站，核裂变反应方程 92235????+01????→56144????????+3689????????+???????? 中（?? ）
A.?X 为电子，a=1 ??????????
B.?X 为质子，a=3 ??????????
C.?X为质子，?a=2???
D.?X 为中子，a=3
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例题
【答案】 D
【考点】核反应方程
【解析】【解答】根据电荷数守恒知X的电荷数为92-36-56=0
即质子数为0，所以X为中子，根据质量数守恒X的质量数为235+1-144-89=a
可得a=3
故答案为：D。
参考答案
2.（2020·菏泽模拟）原子弹和核能发电的工作原理都是核裂变。一种典型的铀核裂变的核反应方程是 92235????+01????→????+ 3689????????+301????，则下列说法正确的是（?? ）
A.?X原子核中含有86个中子，裂变后的总质量数减少
B.?X原子核中含有144个核子，裂变后的总质量数不变
C.?X原子核中含有144个核子，裂变后的总质量数减少
D.?X原子核中含有86个中子，裂变后的总质量数增加
?
例题
【答案】 B
【考点】核反应方程
【解析】【解答】ABCD．根据质量数守恒，则X的质量数m=235+1-89-3=144
可知X原子核中含有144个核子；根据核电荷数守恒，得z=92-36=56;所以X中的中子数n=m-z=144-56=88
可知X原子核中含有88个中子；在核反应的过程中，质量数是守恒的。总质量数既不减小，也不增加，ACD不符合题意，B符合题意。
故答案为：B。
参考答案
5　“基本”粒子
第五章 原子核
选修第三册 人教版
学习目标
1.
了解粒子的发现史.
2.
知道粒子的分类及特点.
3.
了解夸克模型．
知识梳理
一、“基本”粒子
1．人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”．
2．随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构．
二、发现新粒子
1932年发现了正电子，1937年发现了μ子,1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子等．
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}发现时间
1932年
1937年
1947年
20世纪60年代后
新粒子
反粒子
μ子
K介子与π介子
超子
基本特点
质量、寿命、自旋等物理性质与对应粒子相同，而电荷等其他性质相反
比质子的质量小
质量介于电子与质子之间
质量比质子大
三、粒子的分类
1．强子：是参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子．质子和中子都是强子．
2．轻子：不参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用．电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子．
3．规范玻色子：是传递各种相互作用的粒子，如光子，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子．
4．希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发．
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}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、中子等
强子有内部结构，由“夸克”构成
轻子
不参与强相互作用
电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子
未发现内部结构
规范玻色子
传递各种相互作用
光子、中间玻色子、胶子等
光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用
希格斯玻色子


是希格斯场的量子激发
四、夸克与粒子物理标准模型
1．夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克．
2．粒子物理标准模型是一整套关于粒子的理论．其中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子．
3．夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)．
4．夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的＋23或－13.例如，上夸克带的电荷量为＋2????3，下夸克带的电荷量为－????3.
5．意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷．
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1.目前普遍认为,质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克带的电荷量为 23 e,d夸克带的电荷量为 -13 e,e为元电荷,下列论断中可能正确的是（? ）
A.?质子由1个u夸克和2个d夸克组成,中子由1个u夸克和2个d夸克组成??????????
B.?质子由2个u夸克和1个d夸克组成,中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C.?质子由1个u夸克和2个d夸克组成,中子由2个u夸克和1个d夸克组成??????????
D.?质子由2个u夸克和1个d夸克组成,中子由2个u夸克和1个d夸克组成
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例题
【答案】 B
【考点】原子核的组成
【解析】【解答】根据质子和中子所带的电荷量,经验证:
质子 11???? 带的电荷量为2× 23 e+（ -13 e）=e
中子 01???? 带的电荷量为 23 e+2×（ -13 e）=0。故B项正确。
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参考答案
2.关于粒子的分类，目前人们认为粒子世界是由下列哪三类粒子构成的（? ）
A.?媒介子、夸克、强子?????? B.?夸克、轻子、强子??????
C.?媒介子、轻子、强子?????? D.?质子、中子、电子
例题
【答案】 C
【考点】原子核的组成
【解析】【解答】按照粒子与各种相互作用的不同关系，把粒子分为三大类，即强子、轻子和媒介子．
【分析】粒子的分类：按照相互作用的不同关系，分为强子、轻子和媒介子。
参考答案
3.下列物体的尺寸由小到大排列的是（?? ）
A.?夸克、原子核、质子、原子????????????????????????????????
B.?质子、原子核、原子、夸克
C.?夸克、质子、原子核、原子????????????????????????????????
D.?原子、原子核、质子、夸克
例题
【答案】C
【考点】原子的核式结构
【解析】【解答】解：夸克可组成质子，所以质子比夸克大，质子与中子可组成原子核，所以原子核比质子大，原子核可组成原子，所以原子比原子核大，所以C正确． 故选：C
参考答案
4.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 u- 或d-反夸克 ）组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷.
例题
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}粒子
π＋
π－
u
d


带电荷量
＋e
－e
＋
－
－
＋
由此可知π＋由________和________组成，π－由________和________组成．
【答案】 u；d-；d；u-
【考点】原子核的组成
【解析】【解答】因π＋介子带有＋e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，则夸克u带+e和反夸克 d- 带＋13 e合成电荷量为e，那么π＋介子就是由夸克u和反夸克 d- 组成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克 u- 组成．
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参考答案
谢谢聆听