2018_2019学年高中物理第十九章原子核7核聚变8粒子和宇宙课件新人教版选修3_5

（2）核反应中释放的核能为
ΔE=Δmc2=(238.999655 - 234.99347 - 4.001509)×931.5
=4.356MeV
由能的转化和守恒定律知 EkU+E kα=ΔE - 0.09 = 4.266MeV ∵pU=pα ∴由EK=1/2·mv2 =p 2/2m EKU / EKα=mα /mU=4/235 ∴ α粒子的动能为 EK α = (EkU+E kα ) × mU ／ (mα +mU )
1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的 大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播 开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间 的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应 该理解为空间的急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙，或 者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。
4．宇宙的演化、恒星的演化
要了解宇宙起源需了解物质的组成的粒子， 这是因为在物理学中研究微观世界的粒子物理、 量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通、 相互支撑。
➢ ➢
宇宙——从何而来？
❖ 大爆炸理论 (The Big Bang Theory) ❖ 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
宙 时 各大 间 处爆 的 同炸 零 时是 点 产在
宇宙的演化过程示意图
大爆炸——夸克、轻子、胶子等——强子时 代——轻子时代——核合成时代——电子质 子复合成氢原子——形成恒星和星系。
恒星演化过程示意图
宇宙尘埃——星云团——恒星诞生——氢核聚 合成氦核——氦核聚合成碳核——其他聚变 过程——无聚变反应、形成白矮星,中子星或 黑洞。

强子
轻子
媒介子
介子 重子
电子、电子中 光子，中间
微子、μ子、 玻色子、胶
π K 质子、中 μ子中微子、 子
介 介 子、超子 τ子、τ子中
子子
微子
4．夸克模型
• 1964年提出夸克模型，
认为强子由更基本的成
分组成，这种成分叫做
夸克（quark）。
盖 尔
• 1995美国费米国家加 曼
速器实验室证实了顶夸
磁约束 ——环流器
带电粒子运动时在均匀磁场中会由于洛仑兹力的 作用而不飞散，因此，有可能利用磁场来约束参 与反应的物质，这就是磁约束。环流器是目前性 能最好的一种磁约束装置，图19.7-3是其结构示 意图。
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 方向照射参与反以反应的物质，使它们“挤”在一起 发生反应
强子结构夸克模型 (1964年 ) ： 介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
• 例：已知π+介子、π-介子都是由一个夸克
（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克u
• 或反夸克d）组成的，它们的带电荷量如下表
所示，表中e为元电荷。下列说法正确的是AD
（）
• A.π+由u和 d 组成
π+ π- u d u d
(3)1 s 内参与上述热核反应的质子数目．
解析：(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PΒιβλιοθήκη N Δ4 E ，有N＝ 4m
p－m4αP－2mec2.
在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放 出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953 年， 莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统， 利用中微子与水中 11H 的核反应，间接地证实了中微子的存在．

中子10n带电荷量为 2e2(1故e)B0正. 确.
3
3
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【典例】(2011·聊城高二检测)两个动能均为1 MeV的氘核发
生正面碰撞，引起如下反应：21H+21H
31H+11H.已知：
氘核的质量为2.013 6 u，氚核的质量为3.015 6 u，氢核的
质量为1.007 3u，1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV.试求
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【标准解答】(1)由质能方程，核反应中放出的能量为： ΔE=Δmc2=(2×2.013 6 u-3.015 6 u-1.007 3 u)×(3× 108 m/s)2=4.005 MeV. (2)相互作用过程中动量守恒p1=p2
新生的氚核的动能：
Ek1
m1v12 2
p12 2m1
新生的氢核的动能：
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一、核聚变的发生条件、特点及其与核裂变的比较
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1.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.
例如21H+31H
克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸
克组成
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【解题指导】题目中给出的信息是u夸克与d夸克的带电 荷量，据质子11H带一个元电荷的电荷量及中子10n不带电进行 判断.
【标准解答】选B.根据质子和中子所带电荷量，经验证：质
子11H带电荷量为 22e(1e)e

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【变式 1】 据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一 套全超导核聚变实验装置 (又称“人造太阳”)已完成了首次 工程调试．下列关于“人造太阳”的说法中正确的是( )． 3 4 1 A． “人造太阳”的核反应方程是2 H ＋ H → He ＋ 1 1 2 0n 1 141 92 1 B． “人造太阳”的核反应方程是235 U ＋ n → Ba ＋ Kr ＋ 3 92 0 56 36 0n C． “人造太阳”释放的能量大小的计算公式是Δ E＝Δ mc2 1 2 D． “人造太阳”核能大小的计算公式是 E＝ mc 2
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解析
媒介子、轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内
部结构，故A正确．反粒子与其对应的正粒子带等量异种电 荷，反粒子与其对应的正粒子相遇时会发生湮灭现象，故C 正确．质子是最早发现的强子，故D正确． 答案 ACD
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【变式4】 根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子
家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒
子是 A．夸克、轻子、胶子等粒子 B．质子和中子等强子 C．光子、中微子和电子等轻子 D．氦核、氚核、氦子等轻核 解析 由大爆炸理论可知，大爆炸之后最早产生的粒子是 ( )．
夸克、轻子、胶子等粒子，故A选项正确． 答案 A
分类例析
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借题发挥
主要核反应类型有：(1)衰变：衰变是原子核自
发转变为另一种核并辐射出α或β粒子．(2)人工转变：人工 转变常用α粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕获α粒 子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子．(3)核裂变： 核裂变时铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核， 并放出几个中子．(4)核聚变：轻核聚变时也会放出中子．
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