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7核聚变8粒子和宇宙学案[学习目标]（1）了解聚变反应的特点及其条件；（2）会判断和书写核聚变反应方程，了解可控热核反应及其研究和发展；（3）知道粒子的分类及作用，了解夸克模型，了解宇宙起源和恒星演化。课前预习：一、核聚变1.定义:两个轻核结合成的核,并释放出____的反应。2.举例:3.条件:要使轻核发生聚变,必须使它们的距离达到_____m以内,核力才能起作用。由于原子核都带正电,要使它们接近到这种程度,必须克服巨大的_________,这就要求原子核具有足够的动能,有一种方法就是把它们加热到很高的温度,温度高达_______开尔文,因此聚变又叫_________。4.应用:目前,热核反应主要用在核武器上,那就是,需要用爆炸产生的高温高压引发核爆炸。5.太阳能:太阳的主要成分是_,太阳中心温度可达1.5×107K,在此高温下,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内部释放的核能。二、受控热核反应1.聚变的优点:第一:轻核聚变产能效率高。第二:地球上聚变燃料的储量丰富。第三:轻核聚变更为安全、清洁,控制温度,可控制反应,而且生成的废物数量少、易处理。2.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。3.控制方法:(1)磁约束:利用磁场约束参加反应的物质,目前最好的一种磁约束装置是_______。(2)惯性约束:聚变物质因自身的惯性,在极短时间内来不及扩散就完成了核反应,在惯性约束下,用_____从各个方向照射反应物,使它们“挤”在一起发生反应。三、粒子和宇宙1.发现新粒子:(1)新粒子的发现:1932年发现了_______,1937年发现了_____,1947年发现了K介子和π介子,迄今发现的粒子已达到400多种。(2)反粒子:实验中发现,许多粒子都存在着质量与它们_____,而电荷及其他一些物理性质_____的粒子。(3)分类:强子、_____和_______。(4)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模型,认为强子是由_____构成的。2.宇宙及恒星的演化:(1)宇宙的演化从___________开始。(2)恒星的演化经历了宇宙尘埃,星云团,恒星诞生,最后恒星的热核反应停止后恒星演变为_______、_______或_____。新课学习一、合作探究·1.为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温?提示:(1)微观上(2)宏观上2.与重核的裂变相比聚变有哪些特点?3.目前人们实现的核聚变是什么?实现热核反应存在的困难是什么?4.如何实现对热核反应的控制?可控热核反应有哪些优点?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放能多少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%可控性目前,除氢弹以外,人们还不能控制它231110HH____n17.6MeV→即时应用1.关于核聚变的说法正确的是()A.聚变是裂变的逆反应B.如果裂变释放能量,则聚变反应一定吸收能量C.聚变反应须将热核燃料加热到数百万度以上的温度,显然是吸热反应D.聚变和裂变都可以释放出巨大的能量2.氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：，式中x是某种粒子。已知：、、和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u=931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知，粒子x是__________，该反应释放出的能量为_________MeV（结果保留3位有效数字）【解题探究】(1)依据什么规律书写核反应方程?提示：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?提示：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ΔE=Δmc2计算释放的核能。二、1、结合下表分析粒子的分类及特点。分类参与的相互作用发现的粒子特点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_____构成,强子又可分为____________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_________分类参与的相互作用发现的粒子特点媒介子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子_____________________________________________________________________2.强子和夸克的关系是怎样的?夸克分多少种?它的带电性是怎样的?什么是夸克的“禁闭”?提示:夸克是强子的基本组成成分;夸克有6种: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每种夸克都有对应的反夸克;夸克不能以自由的状态单个出现的性质,叫夸克的“禁闭”。3.什么是反粒子?所有的粒子都存在反粒子吗?提示:实验发现,许多粒子都有和它质量相同而电荷及其他一些物理量相反的粒子,叫反粒子。按照粒子的对称性,有一个粒子,就应该有一个反粒子。4.“夸克模型”的提出有什么物理意义?当堂检测：1.关于轻核聚变释放核能,下列说法正确的是()A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B.聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大C.聚变反应中粒子的比结合能变小D.聚变反应中由于形成质量较大的核,故反应后质量增加2.现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢聚变产生的,大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应,其核反应方程为24He+24He+24He→612C,那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应产生的。已知24He的质量为m1,612C的质量为m2,则下列判断正确的是()A.3m1m2B.3m1m2C.3m1=m2D.m1=3m23.(多选)国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图,如图所示。科学家发现在月球上含有丰富的23He(氦3)。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为23H+23He→211H+24He。关于23He聚变下列表述正确的是()A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C.聚变反应会有质量亏损D.目前核电站都采用23He聚变反应发电4.(多选)下列说法正确的是()A.715N+11H→612C+24He是α衰变方程B.11H+12H→23He+γ是核聚变反应方程C.92238U→90234Th+24He是核裂变反应方程D.24He+1327Al→1530P+01n是原子核的人工转变方程