2022年高三物理 第二十二章 原子核 七、輕核的聚變(第一課時(shí))本節(jié)教材分析輕核的聚變也是釋放核能的一條途徑，這在上一節(jié)已經(jīng)討論過.本節(jié)主要說明有些聚變反應(yīng)要比裂變反應(yīng)釋放更多的能量.但聚變反應(yīng)要求更高的條件幾百萬攝氏度的高溫，因而也叫熱核反應(yīng).還要使學(xué)生了解熱核反應(yīng)在宇宙中是很普遍的，如太陽和許多恒星內(nèi)部就進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng)，將巨大的能量源源不斷的釋放出來，這就是恒星能不斷發(fā)光發(fā)熱的原因.但宇宙中的熱核反應(yīng)是不能人為控制的，為了使熱核反應(yīng)釋放的能量造福于人類，科學(xué)家正在研究和實(shí)驗(yàn)可控?zé)岷朔磻?yīng)的裝置.可控?zé)岷朔磻?yīng)比原子反應(yīng)堆具有更大的優(yōu)越性，如釋放能量更多、原料豐富、污染輕、核廢料容易處理等，我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的研究和實(shí)驗(yàn)也處于世界前列.教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.了解聚變反應(yīng)的特點(diǎn)及其條件.2.了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和發(fā)展.二、能力目標(biāo)本節(jié)屬于了解內(nèi)容，無要求.三、德育目標(biāo)通過了解核能的特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)核能的和平利用能為人類造福，但若用于戰(zhàn)爭目的將給人類帶來災(zāi)難.教學(xué)重點(diǎn)聚變核反應(yīng)的特點(diǎn).教學(xué)難點(diǎn)聚變反應(yīng)的條件.教學(xué)方法本節(jié)內(nèi)容以學(xué)生閱讀自學(xué)為主，輔之以教師的點(diǎn)撥，首先通過教師點(diǎn)撥學(xué)生仔細(xì)研究核子平均質(zhì)量曲線，了解較輕原子核平均核子質(zhì)量比較重原子核的核子平均質(zhì)量更大，因而輕核的聚變要比重核的裂變釋放更大的核能.再通過具體研究氘核和氚核的聚變反應(yīng)了解核聚變反應(yīng)條件需要很高的溫度.然后通過學(xué)生自學(xué)了解可控?zé)岷朔磻?yīng)的研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)展情況.教學(xué)用具無特殊教具.課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過程一、引入新課通過上一節(jié)的學(xué)習(xí)，我們知道除了通過重核裂變能夠釋放核能以外，另一條釋放核能的途徑就是輕核的聚變，這就是我們本節(jié)課要研究的問題.二、新課教學(xué)（一）聚變反應(yīng)及其條件教師點(diǎn)撥請同學(xué)們再看看核子平均質(zhì)量曲線，想一想為什么輕核的聚變反應(yīng)能夠比重核的裂變反應(yīng)釋放更多的核能？學(xué)生思考并討論學(xué)生回答因?yàn)檩^輕的原子核比較重的原子核核子的平均質(zhì)量更大，聚變成質(zhì)量較大的原子核能產(chǎn)生更多的質(zhì)量虧損，所以平均每個(gè)核子釋放的能量就更大.1.氫的聚變反應(yīng)： 21H+31H42He+10n2.釋放能量：Emc217.6 MeV，平均每個(gè)核子釋放能量3 MeV以上，約為裂變反應(yīng)釋放能量的34倍教師點(diǎn)撥請同學(xué)們試從微觀和宏觀兩個(gè)角度說明核聚變發(fā)生的條件？學(xué)生閱讀教材，得出結(jié)論3.產(chǎn)生條件微觀上，參與反應(yīng)的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即10-15 m，要使原子核接近到這種程度，必須使它們具有很大的動(dòng)能以克服原子核之間強(qiáng)大的庫侖斥力.宏觀上，要使原子核具有如此大的動(dòng)能，就要把它加熱到幾百萬攝氏度的高溫.說明：（1）熱核反應(yīng)在宇宙中是很普遍的，太陽和很多恒星的內(nèi)部溫度高達(dá)107 K以上，因而在那里進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng)，不斷向外界釋放著巨大的能量.太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十億分之一.（2）聚變反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以維持反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行下去，在短時(shí)間釋放巨大的能量，這就是聚變引起的核爆炸.上世紀(jì)四十年代，人們利用核聚變反應(yīng)制成了用于戰(zhàn)爭的氫彈，它的威力是原子彈的十幾倍.（二）可控?zé)岷朔磻?yīng)教師點(diǎn)撥目前，人們還不能控制核聚變的速度，但科學(xué)家們正在努力研究和嘗試可控?zé)岷朔磻?yīng)，以使核聚變造福于人類.我國在這方面的研究和實(shí)驗(yàn)也處于世界領(lǐng)先水平.請同學(xué)們自學(xué)教材的最后一部分，以了解這方面的情況.學(xué)生自學(xué)，了解以下要點(diǎn)1熱核反應(yīng)相對裂變反應(yīng)的優(yōu)越性.2我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)展情況.三、小結(jié)本節(jié)主要研究了聚變核反應(yīng)的特點(diǎn)和條件，聚變反應(yīng)要比裂變反應(yīng)釋放更多的能量，但它發(fā)生的條件是要達(dá)到幾百萬度的高溫，因而聚變反應(yīng)也叫熱核反應(yīng).可控?zé)岷朔磻?yīng)的研究和實(shí)驗(yàn)將為人類和平利用核能開發(fā)新的途徑.四、布置作業(yè)完成課后練習(xí)五、板書設(shè)計(jì)（一）聚變反應(yīng)及其條件1.氫的聚變反應(yīng)： 21H+31H42He+10n2釋放能量：Emc217.6 MeV，平均每個(gè)核子釋放能量3 MeV以上，約為裂變反應(yīng)釋放能量的34倍.3.產(chǎn)生條件：微觀上，原子核接近到10-15 m.宏觀上，溫度達(dá)到幾百萬攝氏度.（二）可控?zé)岷朔磻?yīng)1.相對裂變反應(yīng)的優(yōu)越性：功率大、污染輕、核廢料容易處理.2我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)展情況：世界前列.六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)1.太陽輻射能量主要來自太陽內(nèi)部的A.化學(xué)反應(yīng)B.放射性衰變C.裂變反應(yīng)D.熱核反應(yīng)2.中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核,在這一核反應(yīng)中A.反應(yīng)物的質(zhì)量大于生成物的質(zhì)量B.反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)一定守恒C.此反應(yīng)一定釋放能量D.此反應(yīng)一定吸收能量3.氘核（21H）和氚核（31H）聚合成氦核（42He）的核反應(yīng)方程如下：21H+31H42He+10n設(shè)氘核質(zhì)量為m1，氚核質(zhì)量為m2，氦核質(zhì)量為m3，中子質(zhì)量為m4，則反應(yīng)過程中釋放的能量為A.(m1+m2-m3)c2B. (m1+m2-m4)c2C.(m1+m2m3m4)c2D. (m3+m4-m1-m2)c24.已知兩氘核聚變成一個(gè)氦核放出23.76 MeV的能量，那么1 g氘完全聚變成氦時(shí)將會(huì)放出的能量為A.約為1.136×106 JB.約為2.272×1011 JC.約為5.68×1011 JD.約為5.68×106 J5.完成氘核和氚核結(jié)合成氦的核反應(yīng)方程：21H+31H42H+_.若反應(yīng)過程中發(fā)生的質(zhì)量虧損是m kg，則反應(yīng)放出的能量是_J.6.用光子轟擊氘核，使之分成質(zhì)子和中子.已知氘核質(zhì)量為2.0135 u，質(zhì)子質(zhì)量為1.0072 u，中子質(zhì)量為1.0086 u，其中1 u1.6605×10-27 kg.又知普朗克常量h6.63×10-34 J·s.則所用光子在真空中的波長應(yīng)為_m.7.一個(gè)負(fù)電子和一個(gè)正電子相遇發(fā)生湮滅而轉(zhuǎn)化為一對光子,已知負(fù)電子和正電子的質(zhì)量都是m,光在真空中的速度是c,普朗克常量為h,轉(zhuǎn)化前它們的動(dòng)能忽略不計(jì),則轉(zhuǎn)化成光子的波長是_.8.一個(gè)鋰核（73Li）受到一個(gè)質(zhì)子的轟擊，變成2個(gè)粒子，這一過程的核反應(yīng)方程為_.已知一個(gè)氫原子的質(zhì)量是1.6736×12-27 kg，一個(gè)鋰原子的質(zhì)量是11.6505×1027 kg，一個(gè)氦原子的質(zhì)量是6.6466×1027 kg.上述核反應(yīng)所釋放的能量等于_（最后結(jié)果取三位有效數(shù)字）9.4個(gè)質(zhì)子在高溫下能聚變成一個(gè)粒子同時(shí)放出能量.已知質(zhì)子質(zhì)量為1.007276 u,粒子質(zhì)量為4.001506 u, 1 u=1.66×10-27 kg,阿伏加德羅常數(shù)為6.02×1023/mol. (1)寫出核反應(yīng)方程; (2) 1 g氫完全聚變成粒子能釋放出多少能量?參考答案:1.D 2.ABC 3.C 4.C5 .10n,mc2 6.5.8×1013 7.h/cm8.73Li+11H242He，2.78×1012 J9.(1)4(11H)42He+2(01e)+能量(2) 4個(gè)質(zhì)子聚變m=4×1.007276 u4.001506 u=0.027598 u, E=mc2=0.027598×931.5 MeV=25.71 MeV1 g氫含有6.02×1023個(gè)質(zhì)子,放出能量為EE=6.02×1023×25.71/4 MeV=3.87×1024 MeV