高一物理核聚变PPT优秀课件

核聚变嘚利用——氢弹 弹体
三种炸药：
普通炸药 铀235
外壳
小型 原子 弹
普通炸药
Ｕ235
氘、氚、重氢化钾等
氘、氚
爆炸 裂变 聚变
引爆装置
2 1
H
31 H
4 2
He
1 0
n
氢弹爆炸形成嘚磨姑云
二、可控热核反应——核聚变嘚利用 可控热核反应将为人类提供巨大嘚能源,和平利用聚变产生嘚核量是非常吸引人嘚重大课题，我国嘚可 控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果.
m mD mT (m mn ) 0.018884u
E mc2 0.01884 931.5MeV E 17.59MeV
发生聚变嘚条件: 使原子核间嘚距离达到10-15m
实现嘚方法有: 1、用加速器加速原子核； ２、把原子核加热到很高嘚温度； 108～109K 聚变反应又叫热核反应
不经济
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 见教材P101
现在嘚技术还不能控制热核反应。 问题有： １、热核反应嘚嘚点火温度很高； ２、如何约束聚变所需嘚燃料；
磁场约束
现在嘚技术还不能控制热核反应。
问题有： １、热核反应嘚嘚点火温度很高； ２、如何约束聚变所需嘚燃料； ３、反应装置中嘚气体密度要很低 ，相当于常温常压下气 体密度嘚几万分之一；
核子嘚平均质量是： 原子核嘚质量 核子数
核子平均质量
D E
F
CB
O
Fe
核子嘚平均质量与原子序数之间嘚关系
A Z
一、核聚变
物理学中把重核分裂成质量较小嘚核，释放核能嘚反应叫做裂变．把轻核结合成质量较大嘚核， 释放出核能嘚反映叫做聚变．
〓

〓
聚變
〓
裂變
1 輕核的聚變（熱核反應）
某些輕核能夠結合在一起，生成一個較大 的原子核，這種核反應叫做聚變。
輕核的聚變:
2 1
H
21H23
He01n
2 1
H
21H23He来自11H2 1H
31H42
He
1 0
n
根據所給數據,計算下麵核反應放出的能量:
氘21 H核的品31H質：mD42＝H2e.0141010n2u
1、用加速器加速原子核； 不經濟 ２、把原子核加熱到很高的溫度；
108～109K 聚變反應又叫熱核反應
核聚變的利用——氫彈
彈體
三種炸藥：
普通炸藥
小 型
普通炸藥
爆炸
鈾235 外殼
原
子 Ｕ235 裂變
彈
氘、氚、重 氫化鉀等
氘、氚 聚變
引爆裝置
2 1
H31H42
He
01n
氫彈爆炸形成的磨姑雲
二、可控熱核反應——核聚變的利用
識的能力和提出問題的能力 ❖ 3、情感、態度與價值觀 ❖ （1）通過學習，使學生進一步認識導科學技術的重要性，更加熱愛
科學、勇於獻身科學； ❖ （2）認識核能的和平利用能為人類造福，但若用於戰爭目的將給人
類帶來災難，希望同學們努力學習，為人類早日和平利用核聚變能而 作出自己的努力。 ❖ 教學重點:聚變核反應的特點。聚變反應的條件。 ❖ 教學方法:教師啟發、引導，學生討論、交流。 ❖ 教學用具：多媒體教學設備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。
磁場約束
現在的技術還不能控制熱核反應。
問題有： １、熱核反應的的點火溫度很高； ２、如何約束聚變所需的燃料； ３、反應裝置中的氣體密度 要很低 ，相當於常溫常壓下 氣體密度的幾萬分之一；

惯性约束
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核聚变普遍存在于宇宙中
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核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
铀235
原
子
外壳
弹
2 1
H
3 1
H
4 2
H
e
1 0
n
氘、氚、重 氢化钾等
普通炸药 爆炸 Ｕ235 裂变 氘、氚 聚变
引爆装置
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2、发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
3、实现的方法有:
1）用加速器加速原子核； 不经济 ２）把原子核加热到很高的温度；
108～109K 聚变反应又叫热核反应
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（2）地球上聚变燃料的储量丰富
每升水中就含有 0.03 g 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。 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. 现在的技术还不能控制热核反应，问题有
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 1 3 2 1 0
2 1
2 1
H H He H
2 1 3 2 1 1
3 1 4 2 1 0
H H He n
计算下面核聚变放出的能量:
2 1
H + H He + n
3 1 4 2 1 0
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
201 是铀裂变（ = 0.852MeV）的约4倍。 235 + 1
2、发生聚变的条件:

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。
1 2H+1 3H 2 4H e+0 1n
计算下面核聚变放出的能量:
1 2H +1 3H 2 4H e+0 1n
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
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。
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
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。Fra bibliotek19. 7 核聚变

• 莉泽· 迈特纳（Lise Meitner）和奥多· 哈恩（Otto Hahn）同为 德国柏林威廉皇帝研究所（Kaiser Wilhelm Institute）的研究员。 作为放射性元素研究的一部分，迈特纳和哈恩曾经奋斗多年创造比 铀重的原子（超铀原子）。用游离质子轰击铀原子，一些质子会撞 击到铀原子核，并粘在上面，从而产生比铀重的元素。这一点看起 来显而易见，却一直没能成功。 • 他们用其他重金属测试了自己的方法，每次的反应都不出所 料，一切都按莉泽的物理方程式所描述的发生了。可是一到铀，这 种人们所知的最重的元素，就行不通了。整个20世纪30年代，没人 能解释为什么用铀做的实验总是失败。 • 从物理学上讲，比铀重的原子不可能存在是没有道理的。但 是，100多次的试验，没有一次成功。显然，实验过程中发生了他 们没有意识到的事情。他们需要新的实验来说明游离的质子轰击铀 原子核时究竟发生了什么。 • 最后，奥多想到了一个办法：用非放射性的钡作标记，不断 地探测和测量放射性的镭的存在。如果铀衰变为镭，钡就会探测到。 • 他们先进行前期实验，确定在铀存在的条件下钡对放射性镭 的反应，还重新测量了镭的确切衰变速度和衰变模式。这花了他们 三个月的时间。
• 裂变释放能量是因为原子核中质量－能量的储存方式以铁及相关元素(见核合成)的核 的形态最为有效。从最重的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的，所以， 重核能够分裂为较轻核(到铁为止)的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元素的 核能够分裂并形成较轻的核，就会有能量释放出来。然而，很多这类重元素的核一旦在 恒星内部形成，即使在形成时要求输入能量(取自超新星爆发)，它们却是很稳定的。不稳 定的重核，比如铀-235的核，可以自发裂变。快速运动的中子撞击不稳定核时，也能触 发裂变。由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放射性物质(如铀235)堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变，其中每一个至 少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。这就是称之为原子弹(实 际上是核弹)和用于发电的核反应堆(通过受控的缓慢方式)的能量释放过程。对于核弹， 链式反应是失控的爆炸，因为每个核的裂变引起另外好几个核的裂变。对于核反应堆， 反应进行的速率用插入铀(或其他放射性物质)堆的可吸收部分中子的物质来控制，使得平 均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。 • 核裂变所释放的高能量中子移动速度极高(快中子)，因此必须通过减速，以增加 其撞击原子的机会，同时引发更多核裂变。一般商用核反应堆多使用慢化剂将高能量中 子速度减慢，变成低能量的中子(热中子) 。商营核反应堆普遍采用普通水、石墨和较昂 贵的重水作为慢化剂。 • 核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像 铀、钍等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多 个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量，又能使别的原子核接着 发生核裂变……，使过程持续进行下去，这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂变 时，释放出巨大的能量称为原子核能，俗称原子能。1克铀235完全发生核裂变后放出的 能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。比原子弹威力更大的核武器是氢弹，就是利用核 聚变来发挥作用的。核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过 程。只有较轻的原子核才能发生核聚变，比如氢的同位素氘、氚等。核聚变也会放出巨 大的能量，而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行着氢聚变成氦过程，它的 光和热就是由核聚变产生的。

活动1：小小科学家 磁约束——环流器（托卡马克）
活动1：小小科学家 磁约束——仿星器
活动1：小小科学家
惯性约束---激光点火
神 光 Ⅲ 号
二、受控热核反应
2、可控核聚变的实现方法
• 磁约束
将燃料锁定在一定空间
• 惯性约束
产生高温
二、受控热核反应
三、核聚变能源的利用
• 核聚变能源被誉为人类的终极能源 • 具有产能高、原料丰富、废料清洁等优点
3、实现方法 • 把原子核加热到足够大的温度
几百万开尔文高温
二、受控热核反应
1、实现核聚变的难点
• 地球上没有容器能承受如此高的温度 • 几百万开尔文的高温如何实现？ 通过查找资料，你是否了解到国际上主流的做法？
活动1：小小科学家 课前自主学习，课堂展示风采
• 介绍一种实现可控核聚变的方法及其原理？
2007年10月，中国、欧盟、印度、日本、韩国、 俄罗斯和美国等七个国家和地区合作开展“国际核聚变 实验（ITER）”计划。
活动2：科学辩论会 辩题：开发核聚变能源的利弊
正方：利大于弊
反方：弊大于利
一辩：陆睿韬 二辩：刘 旭 三辩：邢牧凡 四辩：胡予萱
VS 一辩：李敏慧 二辩：陆子骏 三辩：刘静怡 四辩：彭 皓
主要成分：氢
核
+
聚
高温1.5 x 107K
变
高压2000亿帕斯卡
科学家估计：
太阳核聚变能维持90~100亿年
核聚变的利用——氢弹
外壳
弹
氘、氚等热 核燃料
引爆装置
三种组合：
普通炸药 爆炸
Ｕ235
裂变
氘、氚 聚变
2 1
H

n
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 0.01884 931.5MeV
E 17.59MeV
发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m 实现的方法有:
1、用加速器加速原子核； 不经济 ２、把原子核加热到很高的温度；
108～109K 聚变反应又叫热核反应
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
铀235
原
子
外壳 弹 2 1
H
31H
4 2
He
1 0
n
普通炸药 爆炸 Ｕ235 裂变
氘、氚、重 氢化钾等
氘、氚 聚变
引爆装置
加深，直至完全学会消化。
建立 仪式感
做个便利贴 男孩/女孩
建立营造 自律圈
小作业
这并不是一份从天而降的普通作业~ 这是一份既能轻松完成，又能帮助你快速进步的高效小作业！ 1、结合本节所学的学习力相关常识，纠正自己目前存在问题的学习方 法， 养成良好学习习惯（可参考工具卡《高效学习力》）。 2、结合本节所学“学习的完整过程”和“高效学习模型”，对自己现 有 学习方法进行优化（可参考工具卡《高效学习模型》）。
《狂人日记》、《呐喊》、《孔 乙己》
《故乡》、《社戏》、《祝福》（图片来自网络） 。
TIP1：NPC代入，把自己想成其中的人物，会让自己的记忆过程更加有趣 （比如你穿越回去，成为了岳飞的母亲，你会在什么背景下怀着怎样的心情在 背 上刺下“精忠报国”四个字）； TIP2：越夸张越搞笑，越有助于刺激我们的大脑，帮助我们记忆，所以不妨在 编 故事时，让自己脑洞大开，尝试夸张怪诞些~

古代希腊
阿基米德是古希腊的数学家、力学家。 约公元前287年生于西西里岛的叙拉古； 约公元前212年卒于叙拉古。
阿基米德的几何著作是希腊数学的顶 峰。他把欧几里得严格的推理方法与柏 拉图先验的丰富想象和谐地结合在一起， 达到了至善至美的境界，从而“使得往 后由开普勒、卡瓦列利、费马、牛顿、 莱布尼茨等人继续培育起来的微积分日 趋完美”。
阿基米德也是古希腊最伟大的力学家。 他发现了浮力定律、杠杆原理，对此他
古代希腊
在古希腊早期的数学家 中，毕达哥拉斯的影响 是最大的。毕达哥拉斯 定理(即勾股定理)是毕达 哥拉斯的主要贡献该定 理对数学的发展起到了 巨大的促进作用。此外， 毕达哥拉斯在音乐、天 文、哲学方面也做出了 一定贡献，首创地圆说， 认为日、月、五星都是 球体，浮悬在太空之中。
古代罗马
凯撒，古罗马统帅，政治家，出身 贵族，前62年与庞培、克拉苏秘密 结盟，史称"前三头同盟"。经连年 征战，凯撒获得终身独裁官、执政 官、保民官等职，兼领大将军、大 祭司长荣衔，并被尊为"祖国之父"， 成为无冕之王。其代表作《高卢战 记》、《内战记》是研究古罗马军 事历史的重要文献(见凯撒的军事思 想)。凯撒的独裁统治动摇了罗马的 共和政体，激起贵族共和派的强烈 反对。前44年3月15日，他在元老 院议事厅被布鲁图、喀西约等人阴 谋刺杀。
克娄巴特拉七世，著名埃及女王， 凯撒之情人，安东尼之妻。只活了 39岁，却做了22年女王。她的野心 和魅力，在关键时候对罗马政治曾 产生很大影响。莎士比亚这么形容 “争强好胜的女王，你无论做什么 都是那么得体，责怪也好，笑也好， 哭也好；你的每一种情绪都充分地 力图表现得美好而动人”。
埃及女王克娄巴特拉
108～109K 聚变反应又叫热核反应

日本JT-60U装置
欧共体JET装置
美国TFTR装置 22
中国环流器2号A(HL-2A)与聚变研究
中国环流器二号A（HL-2A）装置
受控核聚变研究的最好成绩，获得了聚变反应堆级的等离子体 参数：峰值离子温度～45keV，电子温度10keV，等离子体密 度～1020m-3，聚变三乘积～1.5×1021keV·s·m-3；等效聚变功 率增益达到1.25。至此，聚变能的科学可行性基本得到论证，
已经奠定有可能考虑建造聚变能实验堆，创造研究大规模核聚 变的条件。
，美国、英国、日本等国的大型托卡马克装置相继建成并投入使用。20世纪90年代，在 欧洲、日本及美国的几个大型托卡马克装置上，聚变能研究取得了突破性进展。
17
▪ 电速陈光度火空文球间锦是的概定等域 离念于 子约适 体当束的--磁电场光位形火空球间和
18
特斯拉拿着两个电光火球正在玩杂 技
19
▪ 依靠不加热方法在地球实现聚变的可行性 （A-2-D）
束，其中一个方案：在一个直径约为400μm的小球内充
以30-100大气压的氘-氚混合气体，让强劲率激光（目前
达到1012W，争取1014W）均匀地从四面八方照射小球，
使球内氘氚混合体的密度达到液体密度的一千到一万倍，
温度达到108K而引起聚变反应。除激光惯性约束外，还
有电子束等方案，但至今还没有一个成功。
1
水能
人 类 风能 使 用 的 大 自 然 能 源
潮汐能
太阳能 生2物能
对于裂变而言，由于存在着延迟好几秒的中子存在， 有温度不是很高，故可在现有的技术上实现人工 控制
对于聚变而言，由于存在一个必要条件：高温。一
般达到几亿度（为何要达到这么高温度），很多