物理 第十九章 原子核 7 核聚变 8 粒子和宇宙1 新人教版选修3-5 .ppt

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1、7核聚变8粒子和宇宙一、核聚一、核聚变1.1.定定义:两个两个轻核核结合成合成_的核的核,并并释放出放出_的反的反应。2.2.举例例:3.3.条件条件:要使要使轻核核发生聚生聚变,必必须使它使它们的距离达到的距离达到_m_m以内以内,核力核力才能起作用。由于原子核都才能起作用。由于原子核都带正正电,要使它要使它们接近到接近到这种程度种程度,必必须克服巨大的克服巨大的_,_,这就要求原子核具有足就要求原子核具有足够的的动能能,有一种方法有一种方法就是把它就是把它们加加热到很高的温度到很高的温度,温度高达温度高达_开开尔尔文文,因此聚因此聚变又又叫叫_。质量量较大大能量能量1010-15-15库仑

2、斥力斥力几百万几百万热核反核反应4.4.应用用:目前目前,热核反核反应主要用在核武器上主要用在核武器上,那就是那就是_,_,需要用需要用_爆炸爆炸产生的高温高生的高温高压引引发核爆炸。核爆炸。5.5.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1.51.510107 7K,K,在在此高温下此高温下,氢核聚核聚变成氦核的反成氦核的反应不停地不停地进行着行着,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。放的核能。氢弹原子原子弹氢聚聚变【判一判判一判】(1)(1)核聚核聚变时吸收能量。吸收能量。()(2)(2)核聚核聚变平均每个核子放出的能量平

3、均每个核子放出的能量,比裂比裂变反反应中平均每个核子放出中平均每个核子放出的能量大。的能量大。()(3)(3)热核反核反应主要用在核武器上主要用在核武器上,那就是原子那就是原子弹。()提示提示:(1)(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)(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比裂变反应中平均每个核子放出的能量大放出的能量大3 34 4倍。倍。(3)(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。二、受控二、受控热核反核反应1.1.聚聚变的的优点点:第一第一:轻核聚核

4、聚变产能效率高。第二能效率高。第二:地球上聚地球上聚变燃料的燃料的储量丰富。第三量丰富。第三:轻核聚核聚变更更为安全、清安全、清洁,控制温度控制温度,可控制反可控制反应,而且生而且生成的成的废物数量少、易物数量少、易处理。理。2.2.聚聚变的的难点点:地球上没有任何容器能地球上没有任何容器能够经受受热核反核反应的高温。的高温。3.3.控制方法控制方法:(1)(1)磁磁约束束:利用磁利用磁场约束参加反束参加反应的物的物质,目前最好的一种磁目前最好的一种磁约束束装置是装置是_。(2)(2)惯性性约束束:聚聚变物物质因自身的因自身的惯性性,在极短在极短时间内来不及内来不及扩散就散就完成了核反完成了核

5、反应,在在惯性性约束下束下,用用_从各个方向照射反从各个方向照射反应物物,使它使它们“挤”在一起在一起发生反生反应。环流器流器激光激光【判一判判一判】(1)(1)轻核聚核聚变比裂比裂变更安全、清更安全、清洁。()(2)(2)实现核聚核聚变的的难点是地球上没有任何容器能点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。受如此高的温度。()(3)(3)现在已在已经实现了技了技术突破突破,能能够稳定地定地输出聚出聚变能。能。()提示提示:(1)(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)(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。实现核聚变的难点是地球上没有任何

6、容器能够经受如此高的温度。温度。(3)(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。三、粒子和宇宙三、粒子和宇宙1.1.基本粒子不基本基本粒子不基本:(1)19(1)19世世纪末末,人人们都都认为_、电子、子、_和中子是和中子是组成物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)(2)随着科学的随着科学的发展展,科学家科学家们发现了很多的新粒子都不是由了很多的新粒子都不是由质子、子、中子、中子、电子子组成的成的,又又发现_等本身也有自己的复等本身也有自己的复杂结构。构。光子光子质子子质子、中子子、中子2.2.发现新粒子新粒子:(1)(1)新粒

7、子新粒子:1932:1932年年发现了了_,1937_,1937年年发现了了_,1947_,1947年年发现了了_和和_及以后的及以后的质量比量比质子的子的质量大的量大的_。(2)(2)粒子的分粒子的分类:按照按照_的不同关系的不同关系,可将粒子可将粒子分分为三大三大类:_:_、_和和_。(3)(3)夸克模型的提出夸克模型的提出:1964:1964年美国物理学家盖年美国物理学家盖尔尔曼提出了曼提出了强强子的夸克子的夸克模型模型,认为强强子是由更基本的成分子是由更基本的成分组成成,这种成分叫作种成分叫作_。夸克。夸克模型指出模型指出电子子电荷不再是荷不再是电荷的最小荷的最小单位位,即存在即存在_

8、。正正电子子子子K 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强子子轻子子媒介子媒介子夸克夸克分数分数电荷荷3.3.宇宙和恒星的演化宇宙和恒星的演化:(1)(1)宇宙的演化宇宙的演化:宇宙大爆炸宇宙大爆炸 温度温度为10103232K,K,产生了生了_等粒子等粒子 温度下降到温度下降到10101313K K左右左右,_,_时代代温度下降到温度下降到10101111K K时,_时代代温度下降到温度下降到10109 9K K时,_,_时代代 温度下降到温度下降到10104 4K,K,混合混合电离离态温度下降到温度下降到3000K3000K时,_,_。夸克、夸克、轻子、胶子子、

9、胶子强强子子轻子子核合成核合成中性的中性的氢原子原子恒星和星系恒星和星系(2)(2)恒星的演化恒星的演化:宇宙宇宙尘埃埃_恒星恒星诞生生氢核聚合成核聚合成_氦核聚合成碳核氦核聚合成碳核其他聚其他聚变过程程无聚无聚变反反应,形成白矮星或形成白矮星或_或黑洞。或黑洞。星云星云团氦核氦核中子星中子星【判一判判一判】(1)(1)质子、中子不能再分。子、中子不能再分。()(2)(2)夸克的夸克的带电量是量是电子子电荷的整数倍。荷的整数倍。()(3)(3)太阳目前正太阳目前正处于于氢通通过热核反核反应成成为氦氦,以以电磁波的形式向外磁波的形式向外辐射射核能。核能。()提示提示:(1)(1)。质子、中子本身

10、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)(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)(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以电磁波的形式向外辐射核能。辐射核能。一、核聚一、核聚变的特点及的特点及应用用思考探究思考探究:如如图为氢弹原理示意原理示意图。(1)(1)核聚核聚变需要需要满足什么条件足什么条件?(2)(2)为什么要用原子什么要用原子弹才能引爆才能引爆氢弹?提示提示:(1)(1)必须使核之间的距离达到必须使核之间的距离达到1010-15-15m m以内。以

11、内。(2)(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。【归纳总结】1.1.聚聚变发生的条件生的条件:要使要使轻核聚核聚变,必必须使使轻核接近核力核接近核力发生作用的距生作用的距离离1010-15-15m,m,这要克服要克服电荷荷间强强大的斥力作用大的斥力作用,要求使要求使轻核具有足核具有足够大的大的动能能,有一种有一种办法就是把它法就是把它们加加热到几百万开到几百万开尔尔文的高温。文的高温。2.2.轻核聚核聚变是放能反是放能反应:从比从比结合能的合能的图线看看,轻核聚核聚变后比后比结合能增合能增加加,因此聚因此聚变反反应是一个放能反是一个放能反应。

12、3.3.核聚核聚变的特点的特点:(1)(1)在消耗相同在消耗相同质量的核燃料量的核燃料时,轻核聚核聚变比重核裂比重核裂变释放更多的能量。放更多的能量。(2)(2)热核反核反应一旦一旦发生生,就不再需要外界就不再需要外界给它能量它能量,靠自身靠自身产生的生的热就可就可以使反以使反应进行下去。行下去。(3)(3)普遍性普遍性:热核反核反应在宇宙中在宇宙中时时刻刻地刻刻地进行着行着,太阳就是一个巨大的太阳就是一个巨大的热核反核反应堆。堆。4.4.核聚核聚变的的应用用:(1)(1)核武器核武器氢弹:一种不需要人工控制的一种不需要人工控制的轻核聚核聚变反反应装置。它利装置。它利用用弹体内的原子体内的原子

13、弹爆炸爆炸产生的高温高生的高温高压引引发热核聚核聚变爆炸。爆炸。(2)(2)可控可控热核反核反应:目前目前处于探索于探索阶段。段。5.5.重核裂重核裂变与与轻核聚核聚变的区的区别:重核裂重核裂变轻核聚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等质量的原子核量的原子核,放出核能放出核能两个两个轻核核结合成合成质量量较大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聚变反反应比裂比裂变反反应平均每个核子放出的能量要大平均每个核子放出的能量要大3 34 4倍倍核核废料料处理理难度度聚聚变反反应的核的核废料料处理要比裂理要比裂变反反应简单得多得多重核裂重核裂变轻核聚核

14、聚变原料的原料的蕴藏量藏量核裂核裂变燃料燃料铀在地球上在地球上储量有限量有限,尤其用于核尤其用于核裂裂变的的铀235235在在铀矿石石中只占中只占0.7%0.7%主要原料是主要原料是氘,氘在地球上的在地球上的储量量非常丰富。非常丰富。1 1L L海水中大海水中大约有有0.03g0.03g氘,如果用来如果用来进行行热核反核反应,放出的放出的能量能量约与燃与燃烧300300L L汽油相当汽油相当可控性可控性速度比速度比较容易容易进行人工行人工控制控制,现在的核在的核电站都站都是用核裂是用核裂变反反应释放核放核能能目前目前,除除氢弹以外以外,人人们还不能控制不能控制它它【典例示范典例示范】氘核和核和

15、氚核可核可发生生热核聚核聚变而而释放出巨大的能量放出巨大的能量,该反反应方程方程为:式中式中x x是某种粒子。已知是某种粒子。已知和粒子和粒子x x的的质量分量分别为2.0141u2.0141u、3.0161u3.0161u、4.0026u4.0026u和和1.0087u;1.0087u;1u=,c1u=,c是真空中的光速。由上述反是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知方程和数据可知,粒子粒子x x是是,该反反应释放出的能量放出的能量为MeVMeV(结果保留果保留3 3位有效数字位有效数字)。【解解题探究探究】(1)(1)依据什么依据什么规律律书写核反写核反应方程方程?提示提示:根据质量数守

16、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)(2)如何如何计算算释放的核能放的核能?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=E=mcmc2 2计算释放的核能。计算释放的核能。【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mm=(2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u)=0.0189u=(2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u)=0.0189u所以

17、该反应释放出的能量为所以该反应释放出的能量为E=mE=mc c2 2=17.6MeV=17.6MeV答案答案:(或中子或中子)17.617.6【过关关训练】1.(20151.(2015福州高二福州高二检测)关于太阳关于太阳辐射的主要由来射的主要由来,下列下列说法正确的是法正确的是()A.A.来自太阳中来自太阳中氢元素聚元素聚变反反应释放的核能放的核能B.B.来自太阳中碳元素氧化来自太阳中碳元素氧化释放的化学能放的化学能C.C.来自太阳中重元素裂来自太阳中重元素裂变反反应释放的核能放的核能D.D.来自太阳中本身来自太阳中本身储存的大量内能存的大量内能【解析解析】选选A A。太阳辐射的巨大能量主要

18、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 A正确。正确。2.(2.(多多选)能源是社会能源是社会发展的基展的基础,发展核能是解决能源展核能是解决能源问题的途径之一的途径之一,下列下列释放核能的反放核能的反应方程方程,表述正确的有表述正确的有()【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

19、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。【补偿训练】1.1.我国科学家研制我国科学家研制“两两弹”所涉及的基本核反所涉及的基本核反应方程有方程有:关于关于这两个方程的下列两个方程的下列说法法,正确的是正确的是()A.A.方程方程(1)(1)中中k=10,k=10,方程方程(2)(2)中中d=1d=1B.B.方程方程(1)(1)中中k=6,k=6,方程方程(2)(2)中中d=1d=1C.C.方程方程

20、(1)(1)属于属于轻核聚核聚变D.D.方程方程(2)(2)属于属于衰衰变【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。2.2.太阳内部

21、持太阳内部持续不断地不断地发生着生着4 4个个质子子()()聚聚变为1 1个氦核个氦核()()的的热核反核反应,核反核反应方程是方程是 这个核反个核反应释放出大量核放出大量核能。已知能。已知质子、氦核、子、氦核、X X的的质量分量分别为m m1 1、m m2 2、m m3 3,真空中的光速真空中的光速为c c。方程中的。方程中的X X表示表示;这个核反个核反应中中质量量亏亏损mm=;这个核反个核反应中中释放的核能放的核能E=E=。【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 m=4m=4m1 1-m-m2 2

22、-2m-2m3 3,E=E=mcmc2 2=(4m=(4m1 1-m-m2 2-2m-2m3 3)c)c2 2。答案答案:正电子正电子 4m4m1 1-m-m2 2-2m-2m3 3(4m(4m1 1-m-m2 2-2m-2m3 3)c)c2 2二、新粒子的二、新粒子的发现和夸克模型和夸克模型思考探究思考探究:如如图所示所示为粒子粒子发展示意展示意图(1)(1)为什么什么现在将在将“基本基本”二字去掉二字去掉,统称称为粒子粒子?(2)(2)为什么什么说夸克模型是物理学夸克模型是物理学发展中的一个重大突破展中的一个重大突破?提示提示:(1)(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

23、基本粒子都是由更基本的粒子组成,现在发现的现在发现的粒子也可能会被证实会由其他粒子组成粒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”二字去二字去掉掉,统称为粒子。统称为粒子。(2)(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。【归纳总结】1.1.新粒子的新粒子的发现及特点及特点:发现时间19321932年年19371937年年19471947年年2020世世纪6060年代后年代后新粒子新粒子反粒子反粒子子子K K介子介子与与介子介子超子超

24、子基本基本特点特点质量与相量与相对应的粒子相的粒子相同而同而电荷及其他一些物荷及其他一些物理性理性质相反相反比比质子的子的质量小量小质量介于量介于电子与核子之子与核子之间其其质量比量比质子大子大2.2.粒子的分粒子的分类:分分类参与的相参与的相互作用互作用发现的粒子的粒子备注注强强子子参与参与强强相互作相互作用用质子、中子、介子、子、中子、介子、超子超子强强子有内部子有内部结构构,由由“夸克夸克”构成构成;强强子又可子又可分分为介子和重子介子和重子轻子子不参与不参与强强相互相互作用作用电子、子、电子中微子、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未发现内内部部结构构媒介

25、媒介子子传递各种相互各种相互作用作用光子、中光子、中间玻色子、玻色子、胶子胶子光子、中光子、中间玻色子、玻色子、胶子分胶子分别传递电磁、磁、弱、弱、强强相互作用相互作用3.3.夸克模型夸克模型:(1)(1)夸克的提出夸克的提出:1964:1964年美国物理学家盖年美国物理学家盖尔尔曼提出了曼提出了强强子的夸克模型子的夸克模型,认为强强子是由夸克构成的。子是由夸克构成的。(2)(2)夸克的种夸克的种类:上夸克上夸克(u)(u)、下夸克、下夸克(d)(d)、奇异夸克、奇异夸克(s)(s)、粲夸克、粲夸克(c)(c)、底夸、底夸克克(b)(b)和和顶夸克夸克(t)(t)。(3)(3)夸克所夸克所带电

26、荷荷:夸克所夸克所带的的电荷量是分数荷量是分数电荷量荷量,即其即其电荷量荷量为元元电荷的荷的-或或+。例如。例如,上夸克上夸克带的的电荷量荷量为+,+,下夸克下夸克带的的电荷量荷量为-。(4)(4)意意义:电子子电荷不再是荷不再是电荷的最小荷的最小单位位,即存在分数即存在分数电荷。荷。【典例示范典例示范】目前普遍目前普遍认为,质子和中子都是由被称子和中子都是由被称为u u夸克和夸克和d d夸夸克的两克的两类夸克夸克组成的。成的。u u夸克夸克带电荷量荷量为 e,de,d夸克的夸克的带电荷量荷量为-e,ee,e为元元电荷荷,下列下列论断中可能正确的是断中可能正确的是()A.A.质子由子由1 1个

27、个u u夸克和夸克和2 2个个d d夸克夸克组成成,中子由中子由1 1个个u u夸克和夸克和2 2个个d d夸克夸克组成成B.B.质子由子由2 2个个u u夸克和夸克和1 1个个d d夸克夸克组成成,中子由中子由1 1个个u u夸克和夸克和2 2个个d d夸克夸克组成成C.C.质子由子由1 1个个u u夸克和夸克和2 2个个d d夸克夸克组成成,中子由中子由2 2个个u u夸克和夸克和1 1个个d d夸克夸克组成成D.D.质子由子由2 2个个u u夸克和夸克和1 1个个d d夸克夸克组成成,中子由中子由2 2个个u u夸克和夸克和1 1个个d d夸克夸克组成成【解解题探究探究】(1)(1)质子

28、的子的带电量是多少量是多少?u?u夸克和夸克和d d夸克如何才能夸克如何才能组合成一个合成一个质子子?提示提示:质子带一个元电荷质子带一个元电荷e e的电量的电量,两个两个u u夸克和夸克和1 1个个d d夸克可组成一个质夸克可组成一个质子。子。(2)(2)中子的中子的带电量是多少量是多少?u?u夸克和夸克和d d夸克如何才能夸克如何才能组合成一个中子合成一个中子?提示提示:中子不带电。中子不带电。1 1个个u u夸克和两个夸克和两个d d夸克可组成一个中子。夸克可组成一个中子。【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 2 e+(-e)=e,e+(-e)=e,中子中子

29、 带带电荷量为电荷量为 e+2e+2(-e)=0(-e)=0。可见。可见B B正确。正确。【过关关训练】(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 u或夸克或夸克d)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 )组成的成的,它它们的的带电荷量如表所示荷量如表所示,表中表中e e为元元电荷。荷。粒子粒子+-u ud d带电荷量荷量+e+e-e-e(1)(1)按最按最简单的的组成成,+介子由介子由谁和和谁组成成?【解析解析】+介子带有介子带有+e+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

30、一个反夸克组成的组成的,夸克夸克u u带带+e+e和反夸克和反夸克 带带+e+e合成电荷量为合成电荷量为e e。答案答案:+介子就是由夸克介子就是由夸克u u和反夸克和反夸克 组成的组成的(2)(2)按最按最简单的的组成成,-介子由介子由谁和和谁组成成?【解析解析】-介子带有介子带有-e-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 d带带-e-e和反夸克和反夸克 带带-e-e合成电荷量为合成电荷量为-e-e。答案答案:-介子由夸克介子由夸克d d和反夸克和反夸克 组成组成【补偿训练】1.(1.(多多选)关于粒子关于粒子,下列下列说法正确的是法正

31、确的是()A.A.质子和中子是子和中子是组成物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B.B.质子、中子本身也是复合粒子子、中子本身也是复合粒子,它它们拥有复有复杂的的结构构C.C.质子是子是带电的的轻子子D.D.夸克模型夸克模型说明元明元电荷不再是荷不再是电荷的最小荷的最小单位位【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

32、 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。2.2.根据宇宙大爆炸的理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”尽尽显风采的采的时期期,那么在大爆炸之后最早那么在大爆炸之后最早产生的粒子是生的粒子是()A.A.夸克、夸克、轻子、胶子等粒子子、胶子等粒子B.B.质子和中子等子和中子等强强子子C.C.光子、中微子和光子、中微子和电子等子等轻子子 D.D.氢核、核、氘核、氦核等核、氦核等轻核核【解

33、析解析】选选A 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 A正确正确,B,B、C C、D D错误。错误。【误区警示区警示】对轻核聚核聚变理解的两个理解的两个误区区(1)(1)误认为聚

34、聚变就是裂就是裂变的逆反的逆反应。产生生这种种误区的原因是区的原因是对聚聚变和裂和裂变的本的本质没有理解透没有理解透,裂裂变时重核分裂成中等核重核分裂成中等核,而聚而聚变是是轻核聚合成核聚合成为次次轻核核,无直接关无直接关联,并非互并非互为逆反逆反应。(2)(2)不能正确判断聚不能正确判断聚变、裂、裂变、衰、衰变及人工及人工转变的方程。的方程。这是由是由对以上以上四种核反四种核反应方程的理解不到位造成的。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方程在形式上很相近,因此判断因此判断时容易混淆出容易混淆出错,要想正确判断必要想正确判断必须抓住它抓住它们的的实质:核聚核聚变是是轻核核结合

35、成合成质量量较大的核大的核,也会放出中子也会放出中子;重核裂重核裂变时铀核捕核捕获中子中子裂裂变为两个或更多个中等两个或更多个中等质量的核量的核,并放出几个中子并放出几个中子;人工人工转变常用常用粒子或中子去粒子或中子去轰击原子核原子核,产生新原子核并放出一个或几个粒子生新原子核并放出一个或几个粒子;衰衰变是原子核自是原子核自发地地转变为另一种核另一种核,并向外并向外辐射出射出粒子或粒子或粒子的反粒子的反应,衰衰变根据向外根据向外辐射粒子的不同分射粒子的不同分为衰衰变和和衰衰变两种。两种。【拓展例拓展例题】考考查内容内容:聚聚变过程的核能程的核能计算算【典例示范典例示范】太阳太阳现在正在正处于

36、主序星演化于主序星演化阶段段,它主要是由它主要是由电子和子和质子、氦核等子、氦核等组成成,维持太阳持太阳辐射的是它内部的核聚射的是它内部的核聚变反反应,核反核反应为两两个个电子和四个子和四个质子聚子聚变为氦氦,已知太阳的已知太阳的质量量为2 210103030kg,kg,太阳向周太阳向周围空空间辐射能量的射能量的总功率功率为3.83.810102323kWkW。(1)(1)写出上述聚写出上述聚变反反应的方程的方程;(2)(2)已知已知质子子质量量m mp p=1.67=1.671010-27-27kg,kg,氦核氦核质量量m m=6.645 8=6.645 81010-27-27kg,kg,电

37、子子质量量m me e=9.0=9.01010-31-31kg,kg,光速光速c=3c=310108 8m/s,m/s,求每求每发生一次上述核反生一次上述核反应所所释放的能量放的能量;(3)(3)根据根据题目中数据目中数据计算太阳算太阳1 1秒秒钟减少的减少的质量。量。【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mm=2m=2me e+4m+4mp p-m-m=2=29.09.01010-31-31kg+kg+4 41.671.671010-27-27kg-6.6

38、45 8kg-6.645 81010-27-27kg=3.6kg=3.61010-29-29kgkg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=mcE=mc2 2=3.6=3.61010-29-29(3(310108 8)2 2J=3.24J=3.241010-12-12J J。(3)(3)太阳每秒释放的能量为太阳每秒释放的能量为3.83.810102626J,J,则太阳每秒减少的质量为则太阳每秒减少的质量为mm=4.2=4.210109 9kgkg。答案答案:(1)(1)(2)3.24(2)3.241010-12-12J J(3)4.2(3)4.210109 9kgkg【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mcmc2 2小于小于

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