（教科版）选修3-5物理 3.6-7《核聚变、粒子物理学简介》ppt课件

（教科版）选修3-5物理 3.6-7《核聚变、粒子物理学简介》ppt课件内容摘要：

1、预习导学 6 核聚变 7 粒子物理学简介预习导学 课堂讲义高中物理 选修 3科版6 核聚变7 粒子物理学简介预习导学 6 核聚变 7 粒子物理学简介预习导学 课堂讲义目标定位 计算核聚变中释放的核能 道热核反应，了解可控热核反应及其研究和发展 解构成物质的 “基本粒子 ”及粒子物理的发展史预习导学 6 核聚变 7 粒子物理学简介预习导学 课堂讲义一 、 核聚变1 定义 ：两个轻核结合成 _原子核的反应，轻核聚变必须在高温下进行，因此又叫 _2 能量变化 ：轻核聚变后，平均结合能 _，反应中会_能量4 核反应条件 ：必须使它们的距离达到 _核具有足够的 _，轻核才能够发生聚变3 核反应举例： 2 2、1 H 31 H _ _ _ _ 10 n 1 7 . 6 M e V . 42较重热核反应增加释放10 15动能预习导学 6 核聚变 7 粒子物理学简介预习导学 课堂讲义5 特点 ：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变_的能量热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠 _就会使反应继续下去6 氢弹原理 ：首先由普通炸药引爆原子弹再由 _爆炸产生的高温高压引发热核爆炸二 、 可控热核反应与恒星演化中的核反应1聚变与裂变相比有很多优点： (1)轻核聚变产能效率高 (2)地球上聚变燃料的储量丰富 (3)轻核聚变更为安全、清洁2太阳等恒星内部进行的核反应是 _反应释放更多自身产生的热原子弹 3、轻核聚变预习导学 6 核聚变 7 粒子物理学简介预习导学 课堂讲义三、粒子1“基本粒子 ”不基本“基本粒子 ”：直到 19世纪末，人们认为光子、 _、质子、 _是 “基本粒子 ”，随着科学的发展，一方面逐渐发现了数以百计的新粒子，它们都不是由 _、 _、_组成的；另一方面科学家又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构因此， 20世纪后半期，就将 “基本 ”去掉，统称 _2粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类： _、 _和 _电子中子中子 质子电子粒子强子 轻子 媒介子预习导学 6 核聚变 7 粒子物理学简介预习导学 课堂讲义3夸克模型(1)夸克模型的提出： 1964年 4、美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由 _构成的(3)意义：元电荷不再是电荷的 _ ，即存在分数电荷(4)夸克的 “禁闭 ”夸克不能以 _的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”( 2) 分类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、 顶夸克；它们带的电荷量分别为元电荷的 _ 或 _ ，每种夸克都有对应的 _ _ 23 13 夸克反夸克最小单位自由预习导学 6 核聚变 7 粒子物理学简介预习导学 课堂讲义四、 3种典型的粒子加速器1直线加速器(1)粒子运动轨迹是 _(2)满足的条件：要保持粒子与高频电场之间的 _关系(3)优点：粒子束的 _2回旋加速器(1)粒子运动轨迹：在磁 5、场中的 _运动(2)满足条件：高频电源的频率 _粒子回旋的频率(3)优点：粒子被加速到的能量可达 _一条直线谐振强度高匀速圆周等于40 核聚变 7 粒子物理学简介预习导学 课堂讲义3对撞机能够实现两束相对运动的粒子 _的设备叫对撞机工作原理：粒子先在 _中加速，然后射入对撞机，反向 _在轨道交叉处相互 _，获得较大能量 撞课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介一 、 对轻核聚变的理解1 聚变发生的条件 ：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离 10 15 m，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动能要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到 6、几百万开尔文的高温2 轻核聚变是放能反应 ：从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介3聚变方程：4重核裂变与轻核聚变的区别21 H 31 H 42 10 n . 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 3 4倍核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介【 例 1】 下列说法不正确的是 ( 7、)答案 31 H 42 10 n 是聚变 592 U 10 n 1 4 054 9438 S r 210 n 是裂变 688 2 2 286 42 衰变 a 2412 0 1 e 是裂变 课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介解析 聚变反应，故 或更多 )中等质量的核，并放出几个中子，是裂变反应，故 粒子，是 衰变， 衰变，不正确；故答案为 堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介借题发挥 主要核反应类型有：(1)衰变：衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射出 或 粒子(2)人工转变：人工转变常用 粒子 (也可用中子等 )轰击原子核，该核捕获 粒子后产生新原子核，并放出一个或几个粒 8、子(3)核裂变：核裂变时铀核捕获中子裂变为两个 (或更多 )中等质量的核，并放出几个中子(4)核聚变：轻核聚变时也会放出中子课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介针对训练 1 以下说法正确的是 ( )A聚变是裂变的逆反应B如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量D裂变与聚变均可释放巨大的能量答案 堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介解析 变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应； 在能量流向上也不必相反； 须 9、使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温提供能量但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量因此，总的来说，聚变反应还是释放能量课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介二、聚变反应中释放核能的计算【 例 2】 太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源(1)写出这个核反应方程(2)这一核反应能释放多少能量。 (3)已知太阳每秒释放的能量为 1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克。 ( u， u， 5 u)课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介答案 ( 1 ) 4 11 H 10、 42 2 0 1 e ( 2 ) 2 4 M e V ( 3 ) 4 10 9 解析 ( 1) 核反应方程 411H 4202X ， 而02X 只能是 2 个正电子因此核反应方程应为 411H 42 20 1e. ( 2) 反应前的质量 4 4 u u ， 反应后2 u 2 5 u 6 u ， m u ， 由质能方程得 ， 释放能量 E e V e V . ( 3) 由质能方程 E m 1026（ 3 108）2 109k g. 课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介针对训练 2 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量 u，中子质量 u，氚核质量 u求：(1)写出聚 11、变方程；(2)释放出的核能多大。 (3)平均每个核子释放的能量是多大。 答案 ( 1 ) 11 H 2 10 n 31 H ( 2 ) 6 M e V ( 3 ) 2 M e V 课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介解析 ( 1) 聚变方程11 H 210 n 31 H. ( 2) 质量亏损 m m H 2 m n m T ( 2 ) u u ， 释放的核能 E e V e V . ( 3) e V e V . 课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介三、粒子的分类和夸克模型1粒子的分类分 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、 12、中子、介子、超子强子有内部结构，由“ 夸克 ” 粒子构成的；强子又可分为介子和重子轻 子 不参与强相互作用电子、电子中微子、 子、 子中微子、 子、 子中微子未发现内部结构媒介子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子光子、玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介2. 夸克的分类夸克有 6 种 ， 它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克 ， 它们带的电荷分别为元电荷的23或 课堂讲义预习导学 课堂讲义6 核聚变 7 粒子物理学简介答案 3 】 已知 介子、 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或反夸克 d) 组成的 ， 它们的带电量如下。