物理成才之路选修 精.ppt

物理成才之路选修 第1页，本讲稿共45页第2页，本讲稿共45页第3页，本讲稿共45页知道聚变反应的特点能写出聚变方程并计算聚变能量了解可控热核反应知道粒子的分类及其作用了解宇宙起源的大爆炸说及恒星的演化第4页，本讲稿共45页第5页，本讲稿共45页万万物物生生长长靠靠太太阳阳(如如图图)，太太阳阳在在我我们们日日常常生生活活中中是是无无可可替替代代的的，它它提提供供给给地地球球足足够够的的能能源源，如如果果说说太太阳阳一一旦旦没没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失有了，那么地球上的一切生物都将随之消失你知道太阳的能量来源于什么你知道太阳的能量来源于什么吗吗？第6页，本讲稿共45页第7页，本讲稿共45页1轻轻核核结结合成合成质质量量的的核核的的反反应应叫叫核核聚聚变变，轻轻核聚核聚变变反反应应必必须须在在下下进进行行，因因此此又又叫叫热热核核反反应应，实实际际上上，热热核核反反应应在在宇宇宙宙中中时时时时刻刻刻刻进进行行着着，太太阳阳就就是是一一个个巨巨大大的的2聚聚变变与裂与裂变变相比有很多相比有很多优优点，第一，点，第一，轻轻核聚核聚变变；第二，地球上聚；第二，地球上聚变变燃料的燃料的储储量量；第三；第三；轻轻核聚核聚变变更更为为较大较大高温高温热核反应堆热核反应堆产能效率高产能效率高丰富丰富安全、清洁安全、清洁第8页，本讲稿共45页31912年奥地利物理学家赫斯年奥地利物理学家赫斯对对研研究究，发发现现一一些些新新粒粒子子，人人们们用用高高能能加加速速器器进进行行实实验验，发发现现了了更更多多新新粒粒子子：1932年年发现发现了了，1937年年发现发现，1947年年发现发现和和介子及以后的超子、反粒子等介子及以后的超子、反粒子等4当当恒恒星星核核能能耗耗尽尽时时，就就进进入入末末期期，恒恒星星的的末末期期形形态态主要有：白矮星、中子星或主要有：白矮星、中子星或宇宙射线宇宙射线正电子正电子子子K介子介子黑洞黑洞第9页，本讲稿共45页第10页，本讲稿共45页第11页，本讲稿共45页(4)特点特点聚聚变变反反应应一一旦旦发发生生，就就不不再再需需要要外外界界给给它它能能量量，靠靠自自身身产产生的生的热热就会使反就会使反应继续应继续下去下去(5)应应用用核武器核武器氢弹氢弹可控可控热热核反核反应应：目前：目前处处于探索于探索阶阶段段(6)轻轻核聚核聚变变与重核裂与重核裂变变的区的区别别第12页，本讲稿共45页反应方式比较项目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大约要大34倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多原料的蕴藏量核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的235U在铀矿石中只占0.7%主要原料是氚，氚在地球上的储量非常丰富.1L海水中大约有0.03g氚，如果用来进行热核反应放出的能量约与燃烧300L汽油相当可控性速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能目前，除氢弹以外，人们还不能控制它第13页，本讲稿共45页第14页，本讲稿共45页答案：答案：AD第15页，本讲稿共45页(1)19世世纪纪末末，许许多多人人认认为为光光子子、电电子子、质质子子和和中中子子是是组组成物成物质质的不可再分的最基本粒子的不可再分的最基本粒子(2)从从20世世纪纪起起科科学学家家陆陆续续发发现现了了400多多种种同同种种类类的的新新粒子，它粒子，它们们不是由不是由质质子、中子、子、中子、电电子子组组成成(3)科科学学家家进进一一步步发发现现质质子子、中中子子等等本本身身也也是是复复合合粒粒子子，且且还还有着复有着复杂杂的的结结构构(4)粒粒子子加加速速器器和和粒粒子子探探测测器器是是研研究究粒粒子子物物理理的的主主要要工工具具.第16页，本讲稿共45页发现时间1932年1937年1947年60年代后新粒子反粒子子K介子与介子超子基本特点质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反比质子的质量小质量介于电子与质子之间其质量比质子大按照粒子与各种相互作用的关系，按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子可以将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子.第17页，本讲稿共45页第18页，本讲稿共45页第19页，本讲稿共45页第20页，本讲稿共45页答案：答案：AD解解析析：根根据据题题目目所所给给图图表表可可以以知知道道各各种种粒粒子子的的带带电电量量，由电荷守恒定律可得由电荷守恒定律可得A、D正确，正确，B、C错误错误.第21页，本讲稿共45页(1)宇宙的演化宇宙的演化经历经历了了强强子子时时代代轻轻子子时时代代核核合成合成时时代代10万年之后，随着温度降低逐步万年之后，随着温度降低逐步组组成恒星和成恒星和星系星系第22页，本讲稿共45页第23页，本讲稿共45页第24页，本讲稿共45页解解析析：因因为为轻轻核核结结合合成成质质量量较较大大的的核核叫叫聚聚变变，此此题题关关键在一个键在一个“聚聚”字，四个选项中只有选项字，四个选项中只有选项B符合要求符合要求答案：答案：B第25页，本讲稿共45页第26页，本讲稿共45页关于关于这这两个方程，下列两个方程，下列说说法正确的是法正确的是()A方程方程(1)属于属于衰衰变变B方程方程(2)属于属于轻轻核聚核聚变变C方程方程(1)中中k10，方程，方程(2)中中d1D方程方程(1)中中k6，方程，方程(2)中中d1第27页，本讲稿共45页答案：答案：BC解解析析：方方程程(1)属属于于重重核核裂裂变变，方方程程(2)属属于于轻轻核核聚聚变变，选选项项A错错而而B对对；由由质质量量数数和和电电荷荷数数守守恒恒得得，k10，d1，选项，选项C对而对而D错错.第28页，本讲稿共45页一一个个质质子子和和两两个个中中子子聚聚变变为为一一个个氚氚核核，已已知知质质子子质质量量mH1.007 3u，中中子子质质量量mn1.008 7u，氚氚核核质质量量m3.018 0u.(1)写出聚写出聚变变方程；方程；(2)释释放出的核能多大？放出的核能多大？(3)平均每个核子平均每个核子释释放的能量是多大？放的能量是多大？第29页，本讲稿共45页第30页，本讲稿共45页点评：点评：从数据上看题中聚变释放的能量并不是很大，从数据上看题中聚变释放的能量并不是很大，但如果考虑到轻核的摩尔质量很小，可知聚变出但如果考虑到轻核的摩尔质量很小，可知聚变出1kg氚放出氚放出的核能远大于核裂变，因此，聚变能释放出比重核裂变更的核能远大于核裂变，因此，聚变能释放出比重核裂变更多的能量多的能量第31页，本讲稿共45页(2009武武汉汉模模拟拟)利利用用氦氦3(He)和和氘氘进进行行的的聚聚变变安安全全无无污污染染，容容易易控控制制月月球球上上有有大大量量的的氦氦3，每每个个航航天天大大国国都都将将获获取取氦氦3作作为为开开发发月月球球的的重重要要目目标标之之一一“嫦嫦娥娥一一号号”探探月月卫卫星星执执行行的的一一项项重重要要任任务务就就是是评评估估月月壤壤中中氦氦3的的分分布布和和储储量量已已知知两两个个氘氘核核聚聚变变生生成成一一个个氦氦3和和一一个个中中子子的的核核反反应应方程是：方程是：，若若有有2 g氘氘全全部部发发生生，则则释释放放的的能能量量是是(NA为为阿伏加德阿伏加德罗罗常数常数)()A.0.53.26 MeV B3.26 MeVC0.5 NA3.26 MeV DNA3.26 MeV第32页，本讲稿共45页答案：答案：C解解析析：2g氘氘含含有有的的原原子子核核个个数数为为NA，全全部部发发生生聚聚变变时时，共共发发生生0.5NA次次聚聚变变，所所以以释释放放的的能能量量为为0.5 NA3.26MeV，故，故C正确正确.第33页，本讲稿共45页第34页，本讲稿共45页第35页，本讲稿共45页答案：答案：46N23N第36页，本讲稿共45页2002年年，美美国国科科学学杂杂志志评评出出的的2001年年世世界界十十大大科科技技突突破破中中，有有一一次次是是加加拿拿大大萨萨德德伯伯里里中中微微子子观观测测站站的的结结果果，该该站站揭揭示示了了中中微微子子失失踪踪的的部部分分中中微微子子在在运运动动过过程程中中转转化化为为一一个个子子和和一一个个子子在在上上述述研研究究中中有有以以下下说说法法，正正确的是确的是()若若发发现现子子和和中中微微子子的的运运动动方方向向一一致致，则则子子的的运运动动方向与中微子的运方向与中微子的运动动方向一定相反方向一定相反若若发发现现子子和和中中微微子子的的运运动动方方向向一一致致，则则子子的的运运动动方向与中微子的运方向与中微子的运动动方向可能一致方向可能一致第37页，本讲稿共45页若若发发现现子子和和中中微微子子的的运运动动方方向向相相反反，则则子子的的运运动动方向与中微子的运方向与中微子的运动动方向一定一致方向一定一致若若发发现现子子和和中中微微子子的的运运动动方方向向相相反反，则则子子的的运运动动方向与中微子的运方向与中微子的运动动方向可能相反方向可能相反A BC D答案：答案：B解解析析：中中微微子子在在转转化化为为子子和和子子的的前前后后过过程程中中满满足足动动量守恒定律量守恒定律.第38页，本讲稿共45页(2009承德高二承德高二检测检测)太阳太阳现现在正在正处处于主序星演化于主序星演化阶阶段，段，它主要是由它主要是由电电子和子和质质子、氦核等子、氦核等组组成，成，维维持太阳持太阳辐辐射的是射的是它内部的核聚它内部的核聚变变反反应应，核反，核反应为应为两个两个电电子与四个子与四个质质子聚子聚变变为为氦已知太阳的氦已知太阳的质质量量为为21030kg，太阳向周，太阳向周围围空空间辐间辐射射能量的能量的总总功率功率为为3.81026W.第39页，本讲稿共45页(1)写出上述聚写出上述聚变变反反应应的方程的方程(2)已已知知质质子子质质量量mp1.671027kg，氦氦核核质质量量m6.645810 27kg，电电子子质质量量me9.010 31kg，光光速速c3.0108m/s，求每，求每发发生一次上述核反生一次上述核反应应所所释释放的能量放的能量(3)根根据据题题目目中中数数据据计计算算太太阳阳1秒秒钟钟减减少少的的质质量量太太阳阳还还能用多少年？能用多少年？第40页，本讲稿共45页解解析析：(1)根根据据聚聚变变反反应应满满足足质质量量数数、电电荷荷数数守守恒恒得得核核反应方程为反应方程为2 e4 H He(2)反应中的质量亏损反应中的质量亏损m2me4mpm(29.0103141.6710276.64581027)kg3.61029kg由由爱爱因因斯斯坦坦质质能能方方程程可可知知核核反反应应释释放放的的能能量量Emc23.61029(3.0108)2J3.241012J第41页，本讲稿共45页第42页，本讲稿共45页神秘的核能从何而来？怎神秘的核能从何而来？怎样获样获得核能？利用核能的途得核能？利用核能的途径有哪些？核能的径有哪些？核能的应应用及研究的用及研究的进进展如何？核能是否安全展如何？核能是否安全？第43页，本讲稿共45页答案：答案：核能来源于核内，由于核力非常强大，所以核核能来源于核内，由于核力非常强大，所以核内蕴含着巨大的能量利用轻核的聚变和重核的裂变都可内蕴含着巨大的能量利用轻核的聚变和重核的裂变都可释放核能让核能缓慢地在人工控制下释放出来，是利用释放核能让核能缓慢地在人工控制下释放出来，是利用核能的主要途径，由于核电站往往以可能性极小的、假想核能的主要途径，由于核电站往往以可能性极小的、假想的最严重事故作为安全设计的依据，加以层层设防，所以的最严重事故作为安全设计的依据，加以层层设防，所以核能的应用是安全的核能的应用是安全的第44页，本讲稿共45页第45页，本讲稿共45页