第十九章7核聚變8粒子和宇宙學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解核聚變及其特點(diǎn)和條件.2.會判斷和書寫核聚變反應(yīng)方程，能計(jì)算核聚變釋放的能量.3.知道粒子的分類及其作用，了解夸克模型.4.了解宇宙起源的大爆炸學(xué)說及恒星的演化.內(nèi)容索引知識探究 題型探究達(dá)標(biāo)檢測知識探究一、核聚變一、核聚變導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究1.為什么實(shí)現(xiàn)核聚變要使聚變的燃料加熱到幾百萬開爾文的高溫？答案答案輕核的聚變反應(yīng)，是較輕的核子聚合成較重的核子，要使得核子的強(qiáng)相互作用發(fā)揮作用，必須使核子間接近到發(fā)生相互作用的距離，約為1015 m；同時(shí)由于原子核之間在此距離時(shí)的庫侖斥力十分巨大，因而需要核子有很大的動能，表現(xiàn)在宏觀上就是核燃料需要達(dá)到極高的溫度.答案2.目前人們實(shí)現(xiàn)的核聚變是什么？實(shí)現(xiàn)熱核反應(yīng)存在的困難是什么？如何實(shí)現(xiàn)對熱核反應(yīng)的控制？答案答案答案(1)目前人們能實(shí)現(xiàn)的熱核反應(yīng)是氫彈的爆炸，是由普通炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核反應(yīng)，但這是不可控制的.(2)實(shí)現(xiàn)熱核反應(yīng)存在的困難是：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受住熱核反應(yīng)所需要的高溫.(3)可能實(shí)現(xiàn)對熱核反應(yīng)的控制方法：磁約束：利用磁場來約束參與反應(yīng)的物質(zhì).環(huán)流器是目前性能最好的一種磁約束裝置.慣性約束：利用強(qiáng)激光從各個(gè)方向照射參加反應(yīng)的物質(zhì)，使它們由于慣性還來不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng).知識梳理知識梳理對核聚變的認(rèn)識1.聚變兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為核聚變，聚變反應(yīng)又稱為熱核反應(yīng).2.聚變方程3.聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離 m，這要克服電荷間巨大的庫侖斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動能.要使原子核具有足夠大的動能，有一種方法就是給它們 ，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬開爾文的高溫.1015加熱即學(xué)即用即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)核聚變時(shí)吸收能量.()(2)核聚變平均每個(gè)核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量大.()(3)輕核聚變比裂變更完全、清潔.()(4)實(shí)現(xiàn)核聚變的難點(diǎn)是地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度.()二、粒子和宇宙二、粒子和宇宙導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究強(qiáng)子和夸克的關(guān)系是怎樣的？夸克分多少種？它的帶電性是怎樣的？什么是夸克的“禁閉”？答案知識梳理知識梳理對粒子和宇宙的理解1.“基本粒子”不基本(1)直到19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒，后來人們發(fā)現(xiàn)了光子、電子、 、 ，并把它們叫做“基本粒子”.(2)隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子并不是由以上組成的，并發(fā)現(xiàn) 、 等本身也有復(fù)雜結(jié)構(gòu).質(zhì)子中子基本粒子質(zhì)子中子2.發(fā)現(xiàn)新粒子(1)新粒子：1932年發(fā)現(xiàn)了 ，1937年發(fā)現(xiàn)了 ，1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和介子及以后的超子等.(2)粒子的分類：按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可將粒子分為三大類： 、 和 .3.夸克模型的提出1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由構(gòu)成的.正電子強(qiáng)子輕子媒介子夸克子即學(xué)即用即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)質(zhì)子、中子不能再分.()(2)夸克的帶電荷量是電子電荷的整數(shù)倍.()題型探究一、核聚變的特點(diǎn)及應(yīng)用1.核聚變的特點(diǎn)(1)輕核聚變是放能反應(yīng)：從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個(gè)放能反應(yīng).(2)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時(shí)，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量.(3)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去.(4)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆.2.核聚變的應(yīng)用(1)核武器氫彈：一種不需要人工控制的輕核聚變反應(yīng)裝置.它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸.(2)可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段.3.重核裂變與輕核聚變的區(qū)別 重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的原子核，放出核能兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量要大34倍核廢料處理難度聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)簡單得多原料的蘊(yùn)藏量核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽α坑邢蓿绕溆糜诤肆炎兊拟?35在鈾礦石中只占0.7%主要原料是氘，氘在地球上的儲量非常豐富.1 L水中大約有0.03 g氘，如果用來進(jìn)行熱核反應(yīng)，放出的能量約與燃燒300 L汽油釋放的能量相當(dāng)可控性速度比較容易進(jìn)行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用核裂變反應(yīng)釋放核能目前，除氫彈以外，人們還不能控制它解析17.6答案解析解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得x是 n(中子).核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m2.014 1 u3.016 1 u4.002 6 u1.008 7 u0.018 9 u所以該反應(yīng)釋放出的能量為Emc217.6 MeV.解析答案根據(jù)輕核聚變特點(diǎn)，相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多，故選項(xiàng)C正確.二、粒子的分類和夸克模型1.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用質(zhì)子、中子、介子、超子強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強(qiáng)子又可分為介子和重子輕子不參與強(qiáng)相互作用電子、電子中微子、子、子中微子、子、子中微子未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)媒介子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強(qiáng)相互作用答案解析解析(1)按最簡單的組成，介子由誰和誰組成？答案(2)按最簡單的組成，介子由誰和誰組成？答案解析達(dá)標(biāo)檢測1.(多選)下列關(guān)于聚變的說法中，正確的是A.要使聚變產(chǎn)生，必須克服庫侖斥力做功B.輕核聚變需要幾百萬開爾文的高溫，因此聚變又叫做熱核反應(yīng)C.原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬開爾文的高溫，所以氫彈可以利用原子彈引 發(fā)熱核反應(yīng)D.太陽和許多恒星內(nèi)部都在進(jìn)行著劇烈的熱核反應(yīng)，在地球內(nèi)部也可自 發(fā)地進(jìn)行123答案解析41234解析解析輕核聚變時(shí)，要使輕核之間距離達(dá)到1015 m，故必須克服庫侖斥力做功，A正確；要克服核子間作用力做功，必須使反應(yīng)的原子核有足夠大的動能，方法就是將其加熱到幾百萬開爾文的高溫，B正確；熱核反應(yīng)必須在幾百萬開爾文的高溫下進(jìn)行，這樣高的溫度可利用原子彈爆炸釋放的能量獲得，C正確；在太陽和許多恒星內(nèi)部都存在熱核反應(yīng)，但在地球內(nèi)部不會自發(fā)地進(jìn)行，D錯(cuò).2.(多選)能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一，下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有123答案4解析解析解析兩個(gè)輕核聚合成一個(gè)較重的核的反應(yīng)為核聚變反應(yīng)，故A對，B錯(cuò)；重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核并放出若干個(gè)中子的反應(yīng)為核裂變反應(yīng)，故C對；原子核放出或粒子后變成另一種原子核的反應(yīng)稱為原子核的衰變.原子核的衰變的反應(yīng)物只有一種，故D錯(cuò).1234123答案43.關(guān)于粒子，下列說法正確的是A.電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子B.強(qiáng)子都是帶電的粒子C.夸克模型是探究三大類粒子結(jié)構(gòu)的理論D.夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位解析12344.太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核同時(shí)放出兩個(gè)正電子的熱核反應(yīng)，這個(gè)核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽的能源.(已知質(zhì)子質(zhì)量為mH1.007 3 u，氦核質(zhì)量為mHe4.001 5 u，正電子質(zhì)量為me0.000 55 u，結(jié)果保留兩位小數(shù)，1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量)(1)寫出這個(gè)核反應(yīng)方程；答案解析1234(2)這一核反應(yīng)能釋放多少能量？答案解析答案答案24.78 MeV解析解析反應(yīng)前的質(zhì)量m14mH41.007 3 u4.029 2 u，反應(yīng)后的質(zhì)量m2mHe2me4.001 5 u20.000 55 u4.002 6 u，mm1m20.026 6 u，由質(zhì)能方程得，釋放能量Emc20.026 6931.5 MeV24.78 MeV.1234(3)已知太陽每秒釋放的能量為3.81026 J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少千克？答案解析答案答案4.22109 kg解析解析由質(zhì)能方程Emc2得太陽每秒減少的質(zhì)量