2019-2020学年高中物理 第3章 6 核聚变 7 粒子物理学简介（选学）课件 教科版选修3-5

合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业第三章原子核6.核聚变7．粒子物理学简介(选学)合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业[学习目标]1.知道聚变反应，关注受控聚变反应研究的进展.2.通过核能的利用，思考科学技术与社会进步的关系.3.初步了解粒子物理学的基础知识.4.了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业自主探新知预习合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业一、核聚变1．定义：把轻原子核____成较重原子核的反应称为聚变反应，简称核聚变．聚合合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业2．热核反应(1)举例：一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核的核反应方程：21H＋31H―→42He＋10n＋17.60MeV(2)反应条件①轻核的距离要达到________以内．②需要加热到很高的____，因此又叫________．10－15m温度热核反应合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业(3)优点①轻核聚变__________．②地球上________的储量丰富．③轻核聚变更为__________．产能效率高聚变燃料安全、清洁合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业3．可控核聚变反应研究的进展(1)把受控聚变情况下________的装置，称为聚变反应堆，20世纪下半叶，聚变能的研究取得重大进展．(2)核聚变的约束方法：______和惯性约束，托卡马克采用的是______方式．(3)核聚变是一种____，不产生______物质、原料______的能源，是人类未来能源的希望．释放能量磁约束磁约束安全放射性成本低合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业4．恒星演化中的核反应(1)现阶段，供太阳发生核聚变过程的燃料是__．(2)大约50亿年后，太阳的核心的核聚变过程是：42He＋42He→______，42He＋84Be→______.氢84Be126C合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业二、粒子物理学简介1．基本粒子(1)1897年汤姆孙发现了____后，人们又陆续发现了____、____，认为电子、中子、质子是组成物质的基本粒子．(2)1932年，安德森发现了______，它的质量、电荷量与电子____，电荷符号与电子____，它被称为电子的______，正电子也成为了基本粒子．电子质子中子正电子相同相反反粒子合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业2．基本粒子的分类按粒子参与相互作用的性质把粒子分为三类：它们分别是：______、____、____．3．加速器粒子加速器是用人工方法产生____粒子的设备，按加速粒子的路径大致分为两类：一类是__________，带电粒子沿直线运动；一类是__________，带电粒子沿圆弧运动，并反复加速．能够实现两束相对运动的粒子对接的设备叫作______．媒介子轻子强子高速直线加速器回旋加速器对撞机合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．()(2)轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生．()(3)现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应．()(4)质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子．()(5)质子和反质子的电量相同，电性相反．()(6)按照夸克模型，电子所带电荷不再是电荷的最小单元．()××√×√√合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业2．(多选)下列关于聚变的说法中正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫作热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．自然界中不存在天然的热核反应合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业ABC[轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D错误．]合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业3．关于粒子，下列说法正确的是()A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B．强子中都是带电的粒子C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业D[由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、B错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋23e和－e3，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C错误，D正确．]合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业合作攻重难探究合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业对核聚变的理解及应用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10－15m，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，使物质达到几百万开尔文的高温．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业2．轻核聚变是放能反应从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业3．核聚变的特点(1)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．(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．(3)普遍性：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热核反应堆．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业4．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：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．(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业5．重核裂变与轻核聚变的区别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要大3～4倍合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业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，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7%主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富.1L海水中大约有0.03g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300L汽油相当合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业可控性速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能目前，除氢弹以外，人们还不能控制它合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业【例1】太阳的能量来自下面的反应：四个质子(氢核)聚变成一个α粒子，同时发射两个正电子，若太阳辐射能量的总功率为P，质子11H、氦核42He、正电子01e的质量分别为mp、mα、me，真空中的光速为c，求：(1)写出核反应方程；(2)核反应所释放的能量ΔE；(3)1s内参与上述热核反应的质子数目．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业[思路点拨](1)根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程．(2)由爱因斯坦质能方程求解释放的能量．(3)由功率的定义求1s内参与反应的质子数．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业[解析](1)根据质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程为411H→42He＋201e.(2)质量亏损Δm＝4mp－mα－2me，根据爱因斯坦质能方程：ΔE＝Δmc2，核反应释放的能量，ΔE＝(4mp－mα－2me)c2.(3)设单位时间内参与热核反应的质子数为N，依据能量关系P＝NΔE4，有N＝4P4mp－mα－2mec2.合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业[答案](1)411H→42He＋201e(2)(4mp－mα－2me)c2(3)4P4mp－mα－2mec2合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业轻核聚变释放核能的计算方法(1)根据质量亏损计算．根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)的千克数乘以真空中的光速(c＝3×108m/s)的平方，即ΔE＝Δmc2.①合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业(2)根据1个原子质量单位(u)相当于931.5MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV.②注意：式①中Δm的单位为kg，ΔE的单位是J；式②中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业1．氘核(21H)和氚核(31H)结合成氦核(42He)的核反应方程如下：21H＋31H→42He＋10n＋17.6MeV(1)这个核反应称为________．(2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6MeV是核反应中________(选填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(选填“增加”或“减少”)了__________kg(保留一位有效数字)．合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业[解析]在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由ΔE＝Δmc2，可以求得Δm＝ΔEc2≈3×10－29kg.[答案](1)核聚变(2)放出减少3×10－29合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业对粒子的认识1．新粒子的发现及特点发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后新粒子反粒子μ子K介子与π介子超子合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业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核子之间其质量比质子大合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业2.粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子备注媒介子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业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”构成；强子又可分为介子和重子合作探究·攻重难栏目导航栏目导航当堂达标·固双基自主预习·探新知课时分层作业3．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