2012高二物理课件：第十九章 7 8 粒子和宇宙 (人教版选修3-5)

7核聚变8粒子和宇宙知识点1物质的结构1．粒子世界：电子、质子和中子还可再分，不存在“基本粒子”．从20世纪30年代以来，人们陆陆续续发现的粒子达到400多种．反粒子2．反粒子：实验中发现，对应着许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他物理性质相反的粒子，叫做_________．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、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、μ子、μ子中微子、τ子、τ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3．粒子的分类【特别提醒】质子、中子、电子、光子并不是最基本的粒子，一方面有数以百计的不同种类型的新粒子，它们不是由质子、中子、电子组成的；另一方面，质子、中子自身也有复杂的结构.4.夸克：强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克．夸克有六种，它们带的电荷分别为元电荷的＋23或－13.知识点2宇宙及恒星的演化1．宇宙的演化宇宙大爆炸443210s,10K温度降到产生夸克、轻子、胶子等粒子61310s,10K温度降到强子时代1110K温度降到轻子时代910K温度降到核合成时代410K一万年后,温度降到宇宙由混合电离气体组成3000K温度降到电子和质子复合成为中性的氢原子继续冷却形成恒星和星系．2．恒星的演化知识点3聚变聚变1．_____：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变．典型聚变反应方程为：21H＋31H―→42He＋10n＋17.6MeV.宇宙尘埃→星云团→恒星诞生收缩升温氢核聚合成氦核继续收缩升温氦核聚合成碳核经历多次膨胀与收缩白矮星或中子星或黑洞．、、2．聚变的条件：要使轻核发生聚变，必须使轻核互相接近到核力的作用范围．当物质的温度达到几百万开尔文时，就可以发生聚变，所以聚变又叫__________．热核反应一旦发生就不再需要外界给它能量了．3．聚变的应用热核反应(1)氢弹：利用轻核聚变制造的一种大规模杀伤性武器．它是先利用普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．(2)受控热核反应：受控热核反应人类还没有完全掌握，主要难点是没有任何容器能够经受如此高的温度．科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束．环流器(托卡马克)是目前性能最好的磁约束装置．重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成质量较小的核，释放出核能两个轻核结合成质量较大的核，释放核能产能效率轻核聚变产能效率比重核裂变高燃料铀(地球上储量有限)主要原料是氘(在地球上储量丰富)核废料的处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多，轻核聚变更为安全、清洁可控性反应速度比较容易进行人工控制，目前核电站都是用裂变反应释放能源除氢弹外还不能实现人工控制4．聚变与裂变的对比【例题】下列核反应方程式中，表示核聚变的是()C解析：根据核聚变的定义可知，C选项正确，A选项属于原子核的人工转变，B选项属于重核的裂变，而D选项则属于原子核的衰变．A.147N＋42He―→178O＋11HB.23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310nC.21H＋31H―→42He＋10nD.3015P―→3014Si＋01eB1．一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损．聚变过程中()A．吸收能量，生成的新核是42HeB．放出能量，生成的新核是42HeC．吸收能量，生成的新核是32HeD．放出能量，生成的新核是32He解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，该聚变的核反应方程为21H＋31H―→42He＋10n，即生成42He，因为有质量亏损，所以放出能量．题型1聚变中能的计算【例题】一个氘核(21H)和一个氚核(31H)结合成一个氦核(42He)，同时放出一个中子，已知氘核质量为m1＝2.0141u，氚核质量为m2＝3.0160u，氦核质量为m3＝4.0026u，中子质量为m4＝1.0087u，求：(1)写出聚变的核反应方程；(2)反应过程中释放的能量为多少？平均每个核子能放出多少核能？答案：见解析解析：(1)核反应方程为21H＋31H―→42He＋10n＋ΔE(2)反应过程的质量亏损为Δm＝2.0141u＋3.0160u－4.0026u－1.0087u＝0.0188uΔE＝Δmc2＝0.0188×931MeV＝17.5MeV.平均每个核子释放的核能为17.55MeV＝3.5MeV.(1)写出该热核反应方程；(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子伏的能量？(结果保留四位有效数字)1．物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应．根据这一理论，在太阳内部4个氢核(11H)转化成一个氦核(42He)和两个正电子(01e)并放出能量．已知质子质量mp＝1.0073u，α粒子的质量mα＝4.0015u，电子的质量me＝0.0005u．1u的质量对应931.5MeV的能量．解：(1)411H→42He＋201e＋ΔE(2)Δm＝4mp－mα－2me＝4×1.0073u－4.0015u－2×0.0005u＝0.0267u一次这样的热核反应释放的能量为ΔE＝0.0267×931.5MeV＝24.87MeV.题型2物质的结构【例题】目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成．u夸克带电量为23e，d夸克带电量为－13e，e为基元电荷．下列论断可能正确的是()A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成解析：质子必须满足加起来电荷数为正1，中子必须满足加起来电荷数为零．答案：B2．(双选)关于粒子，下列正确的是()BDA．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，它们拥有复杂的结构C．质子是带电的弱子D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位解析：质子和中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故A错B对；不同的夸克组成强子，有的强子带电，有的强子不带电，质子是最早发现的强子，故C错；夸克模型是研究强子的理论，不同夸克带电不同，分别为＋23e和－13e，这说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故D正确．