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物理选修3-5 19.7 核聚变 LI

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人教版高中物理选修3-5课件19.7核聚变

人教版高中物理选修3-5课件19.7核聚变
1、轻核聚变产能效率高 2、地球上聚变燃料的储量丰富
（每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6亿亿立 方米的水，大约有40万亿吨氘。氚可以利用锂来 制取，地球上锂储量有2000亿吨）
3、轻核聚变更为安全、清洁
（高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的 氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氚，高速 中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质， 比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理）
聚变反应又叫热核反应
核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
普通炸药
爆炸
铀235 外壳
原
子 弹
Ｕ235
裂变
氘、氚、重 氢化钾等
氘、氚 聚变
引爆装置
2 1
H31
H42
He

01n
氢弹爆炸形成的磨姑云
核聚变普遍存在于宇宙中
二、受控热核反应——核聚变的利用
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
2 1
H

3 1
H42
He
01n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u
氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
m
m D
m T
(m
m ) n
0.018884u
E mc2 0.01884 931.5MeV
高中物理课件
灿若寒星整理制作
人教版选修3-5
第十九章原子核
第七节核裂变
一、核聚变（热核反应）
某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这 种核反应叫做聚变。
2 1
H31H42

2015-2016高中物理 第19章 第7节 核聚变课件 新人教版选修3-5

2015-2016高中物理 第19章 第7节 核聚变课件 新人教版选修3-5
＝ ，ΔE＝ .故
栏 目 链 接
B正确；
在常温下不能发生聚变，只有在高温下
才能发生聚变，故 C错误；我国大亚湾核电站就是利用重 核的裂变释放的能量来发电的．故D错误．
题型三
受控热核反应与核能利用
1994年3月，中国科技大学研制成功了比较先进的 HT－7
型超导托卡马克，托卡马克(Tokamak)是研究受控核聚变的 一种装置，这个词是 toroidal( 环形的 ) 、 kamera( 真空室 ) 、 magnet( 磁 )的头两个字母以及 katushka( 线圈 ) 的第一个字母 组成的缩写词，根据以上信息，下列说法不正确的是( )
它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力．
这就要使原子核具有很大的动能．用什么办法能使大量原子
核获得足够的动能来产生聚变呢？有一种办法就是给它们加
以很高的温度．当物体达到几百万摄氏度的高温时，剧烈的 热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服相互间 的库仑斥力，在碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核 反应．
解析： 太阳能是太阳内部核聚变反应产生的，反应中释放 出能量是因为 确． 核子的平均质量较 的大，故A、C正
知识点二
受控热核反应
1．热核反应的优点(与裂变相比)．
(1)产生的能量大； (2)反应后生成的放射性物质易处理； (3)热核反应的燃料在地球上储量丰富． 2．实现核聚变的难点．
栏 目 链 接
C．这个核反应中质量亏损
D．这个核反应中释放的核能
解析：由质量数守恒和电荷数守恒知：X为 该反应中质量亏损
，A、B均错，
，C错； ，D对．
题型一
核聚变与半衰期
恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当

高中物理选修3-5课件 19.7-19.8 核聚变

高中物理选修3-5课件 19.7-19.8 核聚变

(3)2.08 MeV
(2)质量亏损 Δm=mH+2mn-m=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0) u=0.006 7 u,释放的核能 ΔE=Δmc2=0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV。
(3)平均每个核子放出的能量为
6.24 3
MeV=2.08 MeV。
问题导学 当堂检测
(1)写出聚变方程; (2)求释放出的核能多大? (3)求平均每个核子释放的能量是多大?
问题导学 当堂检测
课前预习导学
KEQIAN YUXI DAOXUE
课堂合作探究
KETANG HEZUO TANJIU
答案:(1)11H+210n→13H (2)6.24 MeV
解析:(1)聚变方程
1 1
H+
210n→13H。
预习交流
氢弹与原子弹有什么区别? 答案:原子弹利用核裂变,是由中子轰击铀 235 或钚 239,使其原子核 裂开产生能量;氢弹利用的是核聚变。相对来说,核聚变要难实现,因为 引爆核聚变的温度高达上千万度,所以要由原子弹引爆氢弹,原子弹放 出来的高能中子与氘化锂反应生成氚,氚和氘聚合产生能量。当然,氢弹 的杀伤破坏因素与原子弹相同,因为氢弹不受裂变临界体积的限制,所 以爆炸当量可以做的很大,因而威力比原子弹大得多。原子弹的威力通 常为几百至几万吨级 TNT 当量,氢弹的威力则可大至几千万吨级 TNT 当量。
问题导学 当堂检测
课前预习导学KEQIAN YUX来自 DAOXUE课堂合作探究
KETANG HEZUO TANJIU
迁移与应用
例 1 已知氘核质量为 2.013 6 u,中子质量为 1.008 7 u,23He 核的质量为 3.015 0 u。

高中物理人教版选修3-5课件第十九章7~8核聚变粒子和宇宙

高中物理人教版选修3-5课件第十九章7~8核聚变粒子和宇宙
规律总结核聚变反应方程的书写与核能的计算
(1)聚变的核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒。
(2)核能计算的关键是求出核反应中的质量亏损,然后根据爱因斯
坦质能方程求解。
探究一
探究二
粒子与宇宙
问题探究
(1)为什么现在将“基本”二字去掉,统称为粒子?
(2)为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破?
要点提示:(1)随着科学的发展,科学家们发现了很多的新粒子都
粒子。 (
)
解析:随着科学的发展,科学家们发现质子、中子等本身也有复
杂结构。
答案:×
(2)太阳辐射的巨大能量来自太阳中本身储存的大量内能。
(
)
解析: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。
答案:×
(3)要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功。 (
)
解析:轻核聚变时,要使轻核之间距离达到10-15 m,所以必须克服
(2)此反应过程的质量亏损为
Δm=2.014 1 u+3.016 0 u-4.002 6 u-1.008 665 u=0.018 835 u,
ΔE=Δmc2=0.018 835×931.5 MeV≈17.5 MeV。
1
13
12
12
应方程为 1 H+6 C→ 7 N+Q1,11 H+15
7 N→6 C+X+Q2。
方程中 Q1、Q2 表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:
1
原子核
3
4
12
13
15
H
He
He
C
N
N
2
2
6
7

高中物理 19.7-19.8 核聚变 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5

高中物理 19.7-19.8 核聚变 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5

6．氢弹原理：首先由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．
7．普通性：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．
二、受控热核反应
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．约束核聚变材料的方法磁约束和惯性约束．
(2)24.8 MeV (3)3.8×1038 个
知识点二 对粒子的认识
重点聚焦
1．新粒子的发现及特点
发现时间 1932 年
1937 年
1947 年
60 年代后
新粒子
反粒子
μ 子 K 介子与 π 介子 超子
质量与相对应
基本特点
的粒子相同而 电荷及其他一 些物理性质相
比质子的质量 小
质量介于电子 与质子之间
三、“基本粒子”与新粒子 1．“基本粒子”不基本 “基本粒子”：直到 19 世纪末，人们认为光子、电子、质子、中 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，它们都不是由质子、中子、电子组成的；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，统称粒子．
【解析】 (1)核反应方程为 411H→24He＋201e (2)核反应中的质量亏损 Δm ＝ 4mp － mHe － 2me ＝ (4×1.0073 － 4.0015 － 2×0.00055)u ＝ 0.0266 u 释放的能量 ΔE＝0.0266×931 MeV≈24.8 MeV.
(3)核反应发生的次数 N＝ΔEE，参与核反应的质子数为 4N＝Δ4EE＝24.8×4×1036.×8×1.160×2610－19个≈3.8×1038 个． 【答案】 (1)411H→24He＋201e

高中物理选修3-5：19.7 核聚变 课件

高中物理选修3-5：19.7 核聚变 课件

• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。 2021/3/112021/3/11Thursday, March 11, 2021
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。2021/3/112021/3/112021/3/113/11/2021 12:32:12 PM • 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。2021/3/112021/3/112021/3/11Mar-2111-Mar-21 • 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2021/3/112021/3/112021/3/11Thursday, March 11, 2021 • 13、志不立，天下无可成之事。2021/3/112021/3/112021/3/112021/3/113/11/2021
。2021年3月11日星期四2021/3/112021/3/112021/3/11
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2021年3月2021/3/112021/3/112021/3/113/11/2021
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2021/3/112021/3/11March 11, 2021
pU = pα
Ek
1m2
2
p2 2m
α 粒子的动能为
二、受控热核反应
——核聚变的利用
可控热核反应可以为人类提供巨 大的能源，和平利用聚变产生的核量 是非常吸引人的重大课题。2009年6月 11日，位于成都的核工业西南物理研 究院宣布，该院在受控核聚变实验装 置——中国环流器二号A装置上首次实 现了偏滤器位形下高约束模式运行。
这是我国磁约束聚变实验研究史 上具有里程碑意义的重大进展，标志 着中国磁约束聚变能源开发研究综合 实力与水平有了新的提高。

人教版高中物理选修3-5课件：19.6、19.7核裂变、核聚变 (共22张PPT)


〓
裂变
铀核的裂变 1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手 斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生 了裂变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典 型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子， 其核反应方程是：
+ → + +
裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂 变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：
释放出的能量为
• • • •
写重核裂变方程应注意什么？ （1）满足“质量数、核电荷数”守恒； （2）只能用“ ”，不能用“=”； （3）两边的中子不能约去
链式反应
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一 代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．
使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫 做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。
• 链式反应:核裂变释 放出能量的同时，平 均每次可以放出2—3 个中子，这些中子又 轰击其他核，使之发 生裂变，这样不断继 续，使裂变反应就会 持续进行，就形成了 裂变的链式反应（原 子弹就是利用重核的 裂变）
原子弹
原子弹
“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨， 试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压， 致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上 形成一个巨大的弹坑．
m 和m3,那么,当一个质子和一个中子结合
2
成一个氘核时,释放的能量是( A．m C．(m3-m2-m1) B．(m1+m2)
)
D．(m1+m2-m3)
核裂变
核聚变
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的 增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核 子的平均质量与原子序数有如图的关系：
核子的平均质量是： 原子核的质量 核子数

人教版高中物理选修3-5课件： 19.7核聚变 (共19张PPT)


二、受控热核反应 1、聚变与裂变相比
①轻核聚变产能效率高
②地球上聚变燃料的储量丰富
③轻核聚变更安全可控、清洁 ④反应中放射物质的处理较容易
2、实现核聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受如此高的温 度。为了解决这个难题，科学家设想了两种方案，磁约束和惯性 约束。
1、聚变与裂变相比
①轻核聚变产能效率高 ②地球上聚变燃料的储量丰富 ③轻核聚变更安全可控、清洁 ④反应中放射物质的处理较容易
2、实现核聚变的难点：地球上没有任何容器能够经
受如此高的温度。为了解决这个难题，科学家设想了两 种方案，磁约束和惯性约束。
磁约束 ——环流器
带电粒子运动时在均匀磁场中会由于洛伦兹力的 作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应 的物质。环流器，这是目前性能最好的一种磁约束装 置。
惯性约束
也可以利用聚变物质的惯性进行约束。由于聚变 反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及 扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从 各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起 发生反应。
总的来说，实现受控核聚变还有一段很 长的路要走，比较乐观的估计是在21世纪 中叶有可能实现技术突破。一旦能够稳定 地输出聚变能、世界上将不再有“能源危 机”。
问题与练习解答：
1、什么是核聚变?聚变过中的能量转化有什么持点? 解： 两个氢核结合成质量较大的核，这样的核反 应叫做核聚变。聚变发生时需要提供巨大的能量， 但反应中放出的能量比提供的能量大得多。
2、一个α粒子合到一个168O核中，写出这个核反应的方程式。这个 反应式左右两边的原子相比。哪边具有较多的结合能?
19.7核聚变
1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。从第 一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用 了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢 弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。

人教版高中物理选修3-5课件：19.7 核聚变(共16张PPT) (1)



01n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u
氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
m mD mT (m mn ) 0.018884u
E mc2 0.01884931.5MeV
E 17.59MeV
〓
聚变
〓
裂变
1 轻核的聚变（热核反应）
某些轻核能 够结合在一 起，生成一 个较大的原 子核，这种 核反应叫做 聚变。
轻核的聚变:
2 1
H
21H23
He

01n
2 1
H
21H23
He
11H
2 1
H31H42
He01n
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1
H31H42
He
磁场约束
现在的技术还不能控制热核反应。
问题有： １、热核反应的的点火温度很高； ２、如何约束聚变所需的燃料； ３、反应装置中的气体密度 要很低 ，相当于常温常压下 气体密度的几万分之一；
惯性约束
核聚变普遍存在于宇宙中
高中物理课件
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第七节、核聚变
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的 增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核 子的平均质量与原子序数有如图的关系：
核子的平均质量是： 原子核的质量 核子数
核子平均质量
D E
F
A
CB质量与原子序数之间的关系
一、核聚变
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核 能的反应叫做裂变．把轻核结合成质量较大的核， 释放出核能的反映叫做聚变．
2 1
H

19.7 核聚变 高中物理选修3-5优秀教案优秀教学设计【精品】 (2)

7 核聚变★新课标要求（一）知识与技能1．了解聚变反应的特点及其条件.2．了解可控热核反应及其研究和发展.3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。

（二）过程与方法通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力（三）情感、态度与价值观1．通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。

2．认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。

★教学重点聚变核反应的特点。

聚变反应的条件。

★课时安排1 课时★教学过程能源是推动科学技术和经济高速发展的动力保障，需求正在急剧增加。

煤、石油等化石能源的不可再生，使资源日益枯竭，而且给地球带来了巨大的污染，这些因素促使人们更加重视寻找洁净的、可持续发展的新能源。

近年来，核能作为一种新能源倍受人们关注，核反应有些释放能量，有些吸收能量，人们想利用核能，当然必须选那些释放核能的核反应。

什么样的核反应能释放核能呢？利用天然放射性元素的衰变行吗？例如：U238在α衰变时放出的α粒子具有4.18MeV 的能量，但它的半衰期很长，达4.49亿年，衰变非常缓慢，功率太小。

利用人工核转变行吗？例如：M n C He Be 6.5101264294++→+M n He n Be 8.431421063++→+但粒子击中原子核的概率太低，只有百万分之一、二。

实在得不偿失！有哪些核反应才真正具有实用价值呢？那么如何获得核能呢？重核裂变和轻核聚变是获得核能的两个重要途径。

这节课我们学习轻核的聚变。

轻核聚变：核物理中把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变。

三、轻核聚变学生阅读课文，并回答下列问题：（1）是否任意核聚变在一起都释放出能量？为什么？（2）什么叫轻核的聚变？（3）发生轻核聚变的条件是什么？结合裂变知识，引导学生回答问题：不是任意核聚变在一起都能释放能量。

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氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
Δ m = m D + m T - (m α + m n ) = 0 .0 1 8 8 8 4 u
Δ E = Δ m c = 0.01884 ×931.5M eV
例题1、两个中子和两个质子可以结合成一个 氦核，已知中子的质量是1.008665u，质子的 质量是1.007276u，氦核的质量是4.0026u，求 此核反应的质量亏损和结合能。 (1u=1.66×10-27千克， c=3×108m／s) 解：△m＝0.029282u △E＝△mc2=0.029282×931MeV= 27.3MeV 或 △E ＝ △mc2 ＝ 0.029282 × 1.66×10-27 × (3×108 )2 ＝ 4.37 ×10－12J
核子平 均质量
D E
合成
F
O
原子序数
Fe
一、核聚变
1 、 轻核的聚变
某些轻核能够结合在一起，生成一个较 大的原子核，同时放出大量的核能。这种核 反应叫做聚变。
2 1
H + 1 H 2 He + 0 n
3 4 1
计算下面核聚变放出的能量: 2 3 4 1 H + 1 H 2 He + 0 n 1
聚变反应又 叫热核反应
几百万开 尔文高温
核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
小 型 原 子 弹
普通炸药
铀235 外壳
普通炸药
爆炸 裂变
Ｕ235 氘、氚
氘、氚等热 核燃料
引爆装置
2 1 3
聚变
4 1
H + 1 H 2 He + 0 n
世界第一颗氢弹——麦克
氢弹爆炸形成的磨姑云
太阳是一个巨大的热核反应堆。
太阳的中心发生 核聚变，放出巨大 能量，太阳；这个 天然的的核聚变过 程已经发生了好几 十亿年
二、受控热核反应——核聚变的利用
1.聚变与裂变相比的优点： （1）轻核聚变产能效率高
相同的核燃料释放的能量多。常见的聚变反应平均每个核子放出 的能量约3.3MeV，而裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。
2.实现核聚变的难点：地球上没有任何容器能
够经受如此高的温度。为了解决这个难题，科学 家设想了两种方案：1.磁约束 2.惯性约束
磁约束
带电粒子运动时在均匀磁场中会洛伦兹力的 作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参 加反应的物质。
惯性约束
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯 性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可 以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们 “挤”在一起发生反应。
（2）地球上聚变燃料的储量丰富
1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于 燃烧300L汽油,轻核聚变是能源危机的终结者。
（3）轻核聚变更安全、清洁
实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持， 反应就自动终止了。
（4）反应中放射物质的处理较容易
氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物 主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他物质反应而 生成的放射性物质，比裂变所生成的废物的数量少，容易处理。
2
= 17.59M eV
计算表明，这个核反应释放的能量是 17.6MeV 。这个量值虽然比一个铀核裂变 产生的能量（201MeV）少，但平均每个核
子产生的能量
是铀裂变（
1 7 .6 2+ 3
= 3 .5 2 M eV
201 235 + 1
= 0.852MeV）的约4倍。
2、发生聚变的条件:
要使原子核间的距离达到10-15m，核力 才能大于电磁力 需要克服极大的库仑斥力，因此必须 让轻核具有很大的动能。 3、实现的方法有: 把原子核加热到很高的温度；
热核反应在宇宙中时时刻刻地进行 着，太阳和很多恒星的内部温度高达107 K以上，因而在那里进行着激烈的热核反 应，不断向外界释放着巨大的能量。太 阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地 球只接受了其中的二十亿分之一。太阳 在“核燃烧”的过程中“体重”不断减 轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞， 转化为能量的物质是400万吨。科学家估 计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90 亿~100亿年。当然，与人类历史相比， 这