人教版高中物理 19.719.8核聚变 粒子和宇宙（精讲优练课型）课件 新人教选修35.ppt

7核聚变8粒子和宇宙2021/8/9 星期一1一、核聚变一、核聚变1.定义定义:两个轻核结合成两个轻核结合成_的核的核,并释放出并释放出_的反应。的反应。2.举例举例:3.条件条件:要使轻核发生聚变要使轻核发生聚变,必须使它们的距离达到必须使它们的距离达到_m以内以内,核力核力才能起作用。由于原子核都带正电才能起作用。由于原子核都带正电,要使它们接近到这种程度要使它们接近到这种程度,必须必须克服巨大的克服巨大的_,这就要求原子核具有足够的动能这就要求原子核具有足够的动能,有一种方法有一种方法就是把它们加热到很高的温度就是把它们加热到很高的温度,温度高达温度高达_开尔文开尔文,因此聚变又因此聚变又叫叫_。质量较大质量较大能量能量10-15库仑斥力库仑斥力几百万几百万热核反应热核反应2021/8/9 星期一24.应用应用:目前目前,热核反应主要用在核武器上热核反应主要用在核武器上,那就是那就是_,需要用需要用_爆炸产生的高温高压引发核爆炸。爆炸产生的高温高压引发核爆炸。5.太阳能太阳能:太阳的主要成分是太阳的主要成分是_,太阳中心温度可达太阳中心温度可达1.5107K,在在此高温下此高温下,氢核聚变成氦核的反应不停地进行着氢核聚变成氦核的反应不停地进行着,太阳能就来自于太阳能就来自于太阳内部太阳内部_释放的核能。释放的核能。氢弹氢弹原子弹原子弹氢氢聚变聚变2021/8/9 星期一3【判一判判一判】(1)核聚变时吸收能量。核聚变时吸收能量。()(2)核聚变平均每个核子放出的能量核聚变平均每个核子放出的能量,比裂变反应中平均每个核子放出比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。的能量大。()(3)热核反应主要用在核武器上热核反应主要用在核武器上,那就是原子弹。那就是原子弹。()提示提示:(1)。核聚变时不是吸收能量而是放出能量。核聚变时不是吸收能量而是放出能量。(2)。核聚变平均每个核子放出的能量。核聚变平均每个核子放出的能量,比裂变反应中平均每个核子放比裂变反应中平均每个核子放出的能量大出的能量大34倍。倍。(3)。热核反应主要用在核武器上。热核反应主要用在核武器上,那是氢弹。那是氢弹。2021/8/9 星期一4二、受控热核反应二、受控热核反应1.聚变的优点聚变的优点:第一第一:轻核聚变产能效率高。第二轻核聚变产能效率高。第二:地球上聚变燃料的储地球上聚变燃料的储量丰富。第三量丰富。第三:轻核聚变更为安全、清洁轻核聚变更为安全、清洁,控制温度控制温度,可控制反应可控制反应,而且生而且生成的废物数量少、易处理。成的废物数量少、易处理。2.聚变的难点聚变的难点:地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。2021/8/9 星期一53.控制方法控制方法:(1)磁约束磁约束:利用磁场约束参加反应的物质利用磁场约束参加反应的物质,目前最好的一种磁约束目前最好的一种磁约束装置是装置是_。(2)惯性约束惯性约束:聚变物质因自身的惯性聚变物质因自身的惯性,在极短时间内来不及扩散就在极短时间内来不及扩散就完成了核反应完成了核反应,在惯性约束下在惯性约束下,用用_从各个方向照射反应物从各个方向照射反应物,使它们使它们“挤挤”在一起发生反应。在一起发生反应。环流器环流器激光激光2021/8/9 星期一6【判一判判一判】(1)轻核聚变比裂变更安全、清洁。轻核聚变比裂变更安全、清洁。()(2)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。()(3)现在已经实现了技术突破现在已经实现了技术突破,能够稳定地输出聚变能。能够稳定地输出聚变能。()提示提示:(1)。轻核聚变比裂变更安全、清洁。轻核聚变比裂变更安全、清洁。(2)。实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温。实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。度。(3)。实现受控核聚变还有一段很长的路要走。实现受控核聚变还有一段很长的路要走。2021/8/9 星期一7三、粒子和宇宙三、粒子和宇宙1.基本粒子不基本基本粒子不基本:(1)19世纪末世纪末,人们都认为人们都认为_、电子、电子、_和中子是组成物质和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子。的不可再分的最基本的粒子。(2)随着科学的发展随着科学的发展,科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的中子、电子组成的,又发现又发现_等本身也有自己的复杂结构。等本身也有自己的复杂结构。光子光子质子质子质子、中子质子、中子2021/8/9 星期一82.发现新粒子发现新粒子:(1)新粒子新粒子:1932年发现了年发现了_,1937年发现了年发现了_,1947年发年发现了现了_和和_及以后的质量比质子的质量大的及以后的质量比质子的质量大的_。(2)粒子的分类粒子的分类:按照按照_的不同关系的不同关系,可将粒子可将粒子分为三大类分为三大类:_、_和和_。(3)夸克模型的提出夸克模型的提出:1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型模型,认为强子是由更基本的成分组成认为强子是由更基本的成分组成,这种成分叫作这种成分叫作_。夸克。夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单位模型指出电子电荷不再是电荷的最小单位,即存在即存在_。正电子正电子子子K介子介子介子介子超子超子粒子与各种相互作用粒子与各种相互作用强子强子轻子轻子媒介子媒介子夸克夸克分数电荷分数电荷2021/8/9 星期一93.宇宙和恒星的演化宇宙和恒星的演化:(1)宇宙的演化宇宙的演化:宇宙大爆炸宇宙大爆炸 温度为温度为1032K,产生了产生了_等粒子等粒子 温度下降到温度下降到1013K左右左右,_时代时代温度下降到温度下降到1011K时时,_时代时代温度下降到温度下降到109K时时,_时代时代 温度下降到温度下降到104K,混合电离态混合电离态温度下降到温度下降到3000K时时,_。夸克、轻子、胶子夸克、轻子、胶子强子强子轻子轻子核合成核合成中性的氢原子中性的氢原子恒星和星系恒星和星系2021/8/9 星期一10(2)恒星的演化恒星的演化:宇宙尘埃宇宙尘埃_恒星诞生恒星诞生氢核聚合成氢核聚合成_氦核聚合成碳核氦核聚合成碳核其他聚变过程其他聚变过程无聚变反应无聚变反应,形成白矮星或形成白矮星或_或黑洞。或黑洞。星云团星云团氦核氦核中子星中子星2021/8/9 星期一11【判一判判一判】(1)质子、中子不能再分。质子、中子不能再分。()(2)夸克的带电量是电子电荷的整数倍。夸克的带电量是电子电荷的整数倍。()(3)太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦,以电磁波的形式向外辐射以电磁波的形式向外辐射核能。核能。()提示提示:(1)。质子、中子本身也有复杂的结构。质子、中子本身也有复杂的结构,是可再分的。是可再分的。(2)。夸克的带电量不是电子电荷的整数倍。夸克的带电量不是电子电荷的整数倍。(3)。太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦。太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦,以电磁波的形式向外辐以电磁波的形式向外辐射核能。射核能。2021/8/9 星期一12一、核聚变的特点及应用一、核聚变的特点及应用思考探究思考探究:如图为氢弹原理示意图。如图为氢弹原理示意图。2021/8/9 星期一13(1)核聚变需要满足什么条件核聚变需要满足什么条件?(2)为什么要用原子弹才能引爆氢弹为什么要用原子弹才能引爆氢弹?提示提示:(1)必须使核之间的距离达到必须使核之间的距离达到10-15m以内。以内。(2)由原子弹爆炸产生的高温引发氢弹的热核反应。由原子弹爆炸产生的高温引发氢弹的热核反应。2021/8/9 星期一14【归纳总结归纳总结】1.聚变发生的条件聚变发生的条件:要使轻核聚变要使轻核聚变,必须使轻核接近核力发生作用的距必须使轻核接近核力发生作用的距离离10-15m,这要克服电荷间强大的斥力作用这要克服电荷间强大的斥力作用,要求使轻核具有足够大的要求使轻核具有足够大的动能动能,有一种办法就是把它们加热到几百万开尔文的高温。有一种办法就是把它们加热到几百万开尔文的高温。2.轻核聚变是放能反应轻核聚变是放能反应:从比结合能的图线看从比结合能的图线看,轻核聚变后比结合能增轻核聚变后比结合能增加加,因此聚变反应是一个放能反应。因此聚变反应是一个放能反应。2021/8/9 星期一153.核聚变的特点核聚变的特点:(1)在消耗相同质量的核燃料时在消耗相同质量的核燃料时,轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。(2)热核反应一旦发生热核反应一旦发生,就不再需要外界给它能量就不再需要外界给它能量,靠自身产生的热就可靠自身产生的热就可以使反应进行下去。以使反应进行下去。(3)普遍性普遍性:热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着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太阳就是一个巨大的热核反应堆。热核反应堆。2021/8/9 星期一164.核聚变的应用核聚变的应用:(1)核武器核武器氢弹氢弹:一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。(2)可控热核反应可控热核反应:目前处于探索阶段。目前处于探索阶段。2021/8/9 星期一175.重核裂变与轻核聚变的区别重核裂变与轻核聚变的区别:重核裂变重核裂变轻核聚变轻核聚变放能放能原理原理重核分裂成两个或多个中重核分裂成两个或多个中等质量的原子核等质量的原子核,放出核能放出核能两个轻核结合成质量较大两个轻核结合成质量较大的原子核的原子核,放出核能放出核能放能放能多少多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大34倍倍核废料核废料处理难度处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多2021/8/9 星期一18重核裂变重核裂变轻核聚变轻核聚变原料的原料的蕴藏量蕴藏量核裂变燃料铀在地球上核裂变燃料铀在地球上储量有限储量有限,尤其用于核尤其用于核裂变的铀裂变的铀235在铀矿石在铀矿石中只占中只占0.7%主要原料是氘主要原料是氘,氘在地球上的储量氘在地球上的储量非常丰富。非常丰富。1L海水中大约有海水中大约有0.03g氘氘,如果用来进行热核反应如果用来进行热核反应,放出的放出的能量约与燃烧能量约与燃烧300L汽油相当汽油相当可控性可控性速度比较容易进行人工速度比较容易进行人工控制控制,现在的核电站都现在的核电站都是用核裂变反应释放核是用核裂变反应释放核能能目前目前,除氢弹以外除氢弹以外,人们还不能控制人们还不能控制它它2021/8/9 星期一19【典例示范典例示范】氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量,该反应方程为该反应方程为:式中式中x是某种粒子。已知是某种粒子。已知和粒子和粒子x的质量分别为的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和和1.0087u;1u=,c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知,粒子粒子x是是,该反应释放出的能量为该反应释放出的能量为MeV(结果保留结果保留3位有效数字位有效数字)。2021/8/9 星期一20【解题探究解题探究】(1)依据什么规律书写核反应方程依据什么规律书写核反应方程?提示提示:根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程。根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程。(2)如何计算释放的核能如何计算释放的核能?提示提示:先计算出核反应前后的质量亏损先计算出核反应前后的质量亏损,再根据爱因斯坦质能方程再根据爱因斯坦质能方程E=mc2计算释放的核能。计算释放的核能。2021/8/9 星期一21【正确解答正确解答】根据质量数和电荷数守恒可得根据质量数和电荷数守恒可得x x是是 (中子中子)。核反应中。核反应中的质量亏损为的质量亏损为m=(2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u)=0.0189um=(2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u)=0.0189u所以该反应释放出的能量为所以该反应释放出的能量为E=E=mc2=17.6MeVmc2=17.6MeV答案答案:(:(或中子或中子)17.617.62021/8/9 星期一22【过关训练过关训练】1.(2020福州高二检测福州高二检测)关于太阳辐射的主要由来关于太阳辐射的主要由来,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.来自太阳中氢元素聚变反应释放的核能来自太阳中氢元素聚变反应释放的核能B.来自太阳中碳元素氧化释放的化学能来自太阳中碳元素氧化释放的化学能C.来自太阳中重元素裂变反应释放的核能来自太阳中重元素裂变反应释放的核能D.来自太阳中本身储存的大量内能来自太阳中本身储存的大量内能【解析解析】选选A。太阳辐射的巨大能量主要来自太阳内部氢核聚变成氦。太阳辐射的巨大能量主要来自太阳内部氢核聚变成氦核时释放的能量核时释放的能量,只有选项只有选项A正确。正确。2021/8/9 星期一232.(多选多选)能源是社会发展的基础能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一发展核能是解决能源问题的途径之一,下列释放核能的反应方程下列释放核能的反应方程,表述正确的有表述正确的有()2021/8/9 星期一24【解析解析】选选A A、C C。两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应。两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应,故故A A对对B B错。重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若错。重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应为核裂变反应干个中子的反应为核裂变反应,故故C C对。原子核放出对。原子核放出或或粒子后变成粒子后变成另一种原子核的反应称为原子核的衰变。原子核的衰变的反应物只有另一种原子核的反应称为原子核的衰变。原子核的衰变的反应物只有一种一种,故故D D错。错。2021/8/9 星期一25【补偿训练补偿训练】1.我国科学家研制我国科学家研制“两弹两弹”所涉及的基本核反应方程有所涉及的基本核反应方程有:关于这两个方程的下列说法关于这两个方程的下列说法,正确的是正确的是()A.方程方程(1)中中k=10,方程方程(2)中中d=1B.方程方程(1)中中k=6,方程方程(2)中中d=1C.方程方程(1)属于轻核聚变属于轻核聚变D.方程方程(2)属于属于衰变衰变2021/8/9 星期一26【解析解析】选选A A。根据质量数守恒。根据质量数守恒,方程方程(1)(1)中箭头左侧的质量数之和为中箭头左侧的质量数之和为236,236,箭头右侧应有箭头右侧应有90+136+k=236,90+136+k=236,解得解得k=10,k=10,根据质量数守恒根据质量数守恒,方程方程(2)(2)中应满足中应满足2+3=4+d,2+3=4+d,解得解得d=1,Ad=1,A正确正确,B,B错误错误;方程方程(1)(1)为重核裂变为重核裂变,方程方程(2)(2)为轻核聚变为轻核聚变,C,C、D D均错误。均错误。2021/8/9 星期一272.太阳内部持续不断地发生着太阳内部持续不断地发生着4个质子个质子()聚变为聚变为1个氦核个氦核()的热核反应的热核反应,核反应方程是核反应方程是 这个核反应释放出大量核这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、能。已知质子、氦核、X的质量分别为的质量分别为m1、m2、m3,真空中的光速为真空中的光速为c。方程中的。方程中的X表示表示;这个核反应中质量亏损这个核反应中质量亏损m=;这个核反应中释放的核能这个核反应中释放的核能E=。2021/8/9 星期一28【解析解析】由质量数守恒和核电荷数守恒知由质量数守恒和核电荷数守恒知:X:X为正电子为正电子 ,该反应中该反应中质量亏损质量亏损m=4m1-m2-2m3,E=mc2=(4m1-m2-2m3)c2m=4m1-m2-2m3,E=mc2=(4m1-m2-2m3)c2。答案答案:正电子正电子 4m1-m2-2m34m1-m2-2m3(4m1-m2-2m3)c2(4m1-m2-2m3)c22021/8/9 星期一29二、新粒子的发现和夸克模型二、新粒子的发现和夸克模型思考探究思考探究:如图所示为粒子发展示意图如图所示为粒子发展示意图2021/8/9 星期一30(1)为什么现在将为什么现在将“基本基本”二字去掉二字去掉,统称为粒子统称为粒子?(2)为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破?提示提示:(1)原来发现的基本粒子都是由更基本的粒子组成原来发现的基本粒子都是由更基本的粒子组成,现在发现的粒现在发现的粒子也可能会被证实会由其他粒子组成子也可能会被证实会由其他粒子组成,所以现在将所以现在将“基本基本”二字去掉二字去掉,统称为粒子。统称为粒子。(2)夸克模型是物理学发展中的一个重大突破夸克模型是物理学发展中的一个重大突破,它指出电子电荷不再是它指出电子电荷不再是电荷的最小单位电荷的最小单位,即存在分数电荷。即存在分数电荷。2021/8/9 星期一31【归纳总结归纳总结】1.新粒子的发现及特点新粒子的发现及特点:发现发现时间时间1932年年1937年年1947年年20世纪世纪60年代后年代后新粒子新粒子反粒子反粒子子子K介子介子与与介子介子超子超子基本基本特点特点质量与相对应的粒子相质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物同而电荷及其他一些物理性质相反理性质相反比质子的比质子的质量小质量小质量介于电质量介于电子与核子之子与核子之间间其质量比其质量比质子大质子大2021/8/9 星期一322.粒子的分类粒子的分类:分类分类参与的相参与的相互作用互作用发现的粒子发现的粒子备注备注强子强子参与强相互作参与强相互作用用质子、中子、介子、质子、中子、介子、超子超子强子有内部结构强子有内部结构,由由“夸克夸克”构成构成;强子强子又可分为介子和重子又可分为介子和重子轻子轻子不参与强相互不参与强相互作用作用电子、电子中微子、电子、电子中微子、子、子、子中微子、子中微子、子、子、子中微子子中微子未发现内未发现内部结构部结构媒介媒介子子传递各种相互传递各种相互作用作用光子、中间玻色子、光子、中间玻色子、胶子胶子光子、中间玻色子、光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用弱、强相互作用2021/8/9 星期一333.夸克模型夸克模型:(1)夸克的提出夸克的提出:1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型,认认为强子是由夸克构成的。为强子是由夸克构成的。(2)夸克的种类夸克的种类:上夸克上夸克(u)、下夸克、下夸克(d)、奇异夸克、奇异夸克(s)、粲夸克、粲夸克(c)、底夸、底夸克克(b)和顶夸克和顶夸克(t)。2021/8/9 星期一34(3)夸克所带电荷夸克所带电荷:夸克所带的电荷量是分数电荷量夸克所带的电荷量是分数电荷量,即其电荷量为即其电荷量为元电荷的元电荷的-或或+。例如。例如,上夸克带的电荷量为上夸克带的电荷量为+,下夸克带的下夸克带的电荷量为电荷量为-。(4)意义意义:电子电荷不再是电荷的最小单位电子电荷不再是电荷的最小单位,即存在分数电荷。即存在分数电荷。2021/8/9 星期一35【典例示范典例示范】目前普遍认为目前普遍认为,质子和中子都是由被称为质子和中子都是由被称为u夸克和夸克和d夸夸克的两类夸克组成的。克的两类夸克组成的。u夸克带电荷量为夸克带电荷量为 e,d夸克的带电荷量为夸克的带电荷量为-e,e为元电荷为元电荷,下列论断中可能正确的是下列论断中可能正确的是()A.质子由质子由1个个u夸克和夸克和2个个d夸克组成夸克组成,中子由中子由1个个u夸克和夸克和2个个d夸克组成夸克组成B.质子由质子由2个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成夸克组成,中子由中子由1个个u夸克和夸克和2个个d夸克组成夸克组成C.质子由质子由1个个u夸克和夸克和2个个d夸克组成夸克组成,中子由中子由2个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成夸克组成D.质子由质子由2个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成夸克组成,中子由中子由2个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成夸克组成2021/8/9 星期一36【解题探究解题探究】(1)质子的带电量是多少质子的带电量是多少?u夸克和夸克和d夸克如何才能组合成一个质子夸克如何才能组合成一个质子?提示提示:质子带一个元电荷质子带一个元电荷e的电量的电量,两个两个u夸克和夸克和1个个d夸克可组成一个质夸克可组成一个质子。子。(2)中子的带电量是多少中子的带电量是多少?u夸克和夸克和d夸克如何才能组合成一个中子夸克如何才能组合成一个中子?提示提示:中子不带电。中子不带电。1个个u夸克和两个夸克和两个d夸克可组成一个中子。夸克可组成一个中子。2021/8/9 星期一37【正确解答正确解答】选选B B。质子。质子 带电荷量为带电荷量为2 e+(-e)=e,2 e+(-e)=e,中子中子 带带电荷量为电荷量为 e+2(-e)=0e+2(-e)=0。可见。可见B B正确。正确。2021/8/9 星期一38【过关训练过关训练】(拓展延伸拓展延伸)【典例示范典例示范】中中,若若+介子、介子、-介子都是由一个夸克介子都是由一个夸克(夸克夸克u或夸克或夸克d)和一个反夸克和一个反夸克(反夸克反夸克 或反夸克或反夸克 )组成的组成的,它们的带它们的带电荷量如表所示电荷量如表所示,表中表中e为元电荷。为元电荷。粒子粒子+-ud带电荷量带电荷量+e-e2021/8/9 星期一39(1)按最简单的组成按最简单的组成,+介子由谁和谁组成介子由谁和谁组成?【解析解析】+介子带有介子带有+e的电荷量的电荷量,且是由一个夸克和一个反夸克且是由一个夸克和一个反夸克组成的组成的,夸克夸克u带带+e和反夸克和反夸克 带带+e合成电荷量为合成电荷量为e。答案答案:+介子就是由夸克介子就是由夸克u和反夸克和反夸克 组成的组成的2021/8/9 星期一40(2)按最简单的组成按最简单的组成,-介子由谁和谁组成介子由谁和谁组成?【解析解析】-介子带有介子带有-e的电荷量的电荷量,是由一个夸克和一个反夸克组是由一个夸克和一个反夸克组成的成的,夸克夸克d带带-e和反夸克和反夸克 带带-e合成电荷量为合成电荷量为-e。答案答案:-介子由夸克介子由夸克d和反夸克和反夸克 组成组成2021/8/9 星期一41【补偿训练补偿训练】1.(多选多选)关于粒子关于粒子,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B.质子、中子本身也是复合粒子质子、中子本身也是复合粒子,它们拥有复杂的结构它们拥有复杂的结构C.质子是带电的轻子质子是带电的轻子D.夸克模型说明元电荷不再是电荷的最小单位夸克模型说明元电荷不再是电荷的最小单位2021/8/9 星期一42【解析解析】选选B B、D D。质子和中子是由不同夸克组成的。质子和中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本它们不是最基本的粒子的粒子,故故A A错错,B,B对对;不同的夸克组成强子不同的夸克组成强子,有的强子带电有的强子带电,有的强子不有的强子不带电带电,质子是最早发现的强子质子是最早发现的强子,故故C C错错;夸克模型是研究强子的理论夸克模型是研究强子的理论,不不同夸克带电不同同夸克带电不同,分别为分别为+e+e和和-e,-e,这说明电子电荷不再是电荷的最这说明电子电荷不再是电荷的最小单位小单位,故故D D对。对。2021/8/9 星期一432.根据宇宙大爆炸的理论根据宇宙大爆炸的理论,在宇宙形成之初是在宇宙形成之初是“粒子家族粒子家族”尽显风采的尽显风采的时期时期,那么在大爆炸之后最早产生的粒子是那么在大爆炸之后最早产生的粒子是()A.夸克、轻子、胶子等粒子夸克、轻子、胶子等粒子B.质子和中子等强子质子和中子等强子C.光子、中微子和电子等轻子光子、中微子和电子等轻子 D.氢核、氘核、氦核等轻核氢核、氘核、氦核等轻核【解析解析】选选A。宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子。宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子,之后又之后又经历了质子和中子等强子时代经历了质子和中子等强子时代,再之后是自由光子、中微子、电子大再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代量存在的轻子时代,再之后是中子和质子组合成氘核再之后是中子和质子组合成氘核,并形成氦核的核并形成氦核的核合成时代合成时代,之后电子和质子复合成氢原子之后电子和质子复合成氢原子,最后形成恒星和星系最后形成恒星和星系,因此因此A正确正确,B、C、D错误。错误。2021/8/9 星期一44【误区警示误区警示】对轻核聚变理解的两个误区对轻核聚变理解的两个误区(1)误认为聚变就是裂变的逆反应。产生这种误区的原因是对聚变和裂误认为聚变就是裂变的逆反应。产生这种误区的原因是对聚变和裂变的本质没有理解透变的本质没有理解透,裂变时重核分裂成中等核裂变时重核分裂成中等核,而聚变是轻核聚合成而聚变是轻核聚合成为次轻核为次轻核,无直接关联无直接关联,并非互为逆反应。并非互为逆反应。2021/8/9 星期一45(2)不能正确判断聚变、裂变、衰变及人工转变的方程。这是由对以上不能正确判断聚变、裂变、衰变及人工转变的方程。这是由对以上四种核反应方程的理解不到位造成的。这四种方程在形式上很相近四种核反应方程的理解不到位造成的。这四种方程在形式上很相近,因此判断时容易混淆出错因此判断时容易混淆出错,要想正确判断必须抓住它们的实质要想正确判断必须抓住它们的实质:核聚变核聚变是轻核结合成质量较大的核是轻核结合成质量较大的核,也会放出中子也会放出中子;重核裂变时铀核捕获中子重核裂变时铀核捕获中子裂变为两个或更多个中等质量的核裂变为两个或更多个中等质量的核,并放出几个中子并放出几个中子;人工转变常用人工转变常用粒粒子或中子去轰击原子核子或中子去轰击原子核,产生新原子核并放出一个或几个粒子产生新原子核并放出一个或几个粒子;衰变是衰变是原子核自发地转变为另一种核原子核自发地转变为另一种核,并向外辐射出并向外辐射出粒子或粒子或粒子的反应粒子的反应,衰衰变根据向外辐射粒子的不同分为变根据向外辐射粒子的不同分为衰变和衰变和衰变两种。衰变两种。2021/8/9 星期一46【拓展例题拓展例题】考查内容考查内容:聚变过程的核能计算聚变过程的核能计算【典例示范典例示范】太阳现在正处于主序星演化阶段太阳现在正处于主序星演化阶段,它主要是由电子和质它主要是由电子和质子、氦核等组成子、氦核等组成,维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,核反应为两核反应为两个电子和四个质子聚变为氦个电子和四个质子聚变为氦,已知太阳的质量为已知太阳的质量为21030kg,太阳向周围太阳向周围空间辐射能量的总功率为空间辐射能量的总功率为3.81023kW。2021/8/9 星期一47(1)写出上述聚变反应的方程写出上述聚变反应的方程;(2)已知质子质量已知质子质量mp=1.6710-27kg,氦核质量氦核质量m=6.645 810-27kg,电子电子质量质量me=9.010-31kg,光速光速c=3108m/s,求每发生一次上述核反应所释求每发生一次上述核反应所释放的能量放的能量;(3)根据题目中数据计算太阳根据题目中数据计算太阳1秒钟减少的质量。秒钟减少的质量。2021/8/9 星期一48【正确解答正确解答】(1)(1)根据聚变反应满足质量数和电荷数守恒根据聚变反应满足质量数和电荷数守恒,得核反应得核反应方程为方程为 (2)(2)反应中的质量亏损反应中的质量亏损m=2me+4mp-m=29.010-31kg+m=2me+4mp-m=29.010-31kg+41.6710-27kg-6.645 810-27kg=3.610-29kg41.6710-27kg-6.645 810-27kg=3.610-29kg由爱因斯坦质能方程可知核反应释放的能量由爱因斯坦质能方程可知核反应释放的能量E=mc2=3.610-29(3108)2J=3.2410-12JE=mc2=3.610-29(3108)2J=3.2410-12J。2021/8/9 星期一49(3)(3)太阳每秒释放的能量为太阳每秒释放的能量为3.81026J,3.81026J,则太阳每秒减少的质量为则太阳每秒减少的质量为m=4.2109kgm=4.2109kg。答案答案:(1):(1)(2)3.2410-12J(2)3.2410-12J(3)4.2109kg(3)4.2109kg2021/8/9 星期一50【答案速填答案速填】自发地自发地射线射线射线射线射线射线 半数半数核子核子质子数质子数中子数中子数电荷数电荷数 质量数质量数 核子核子核子数核子数mc2mc2小于小于 2021/8/9 星期一512021/8/9 星期一52