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1、7核聚变8粒子和宇宙知识内容考试要求必考加试核聚变c粒子和宇宙a课时要求1.知道聚变的概念及条件，会计算聚变反应释放的能量.2.知道电子、中子、质子并不是组成物质的最基本粒子，知道粒子可以分为强子、轻子、媒介子三类.3.知道夸克是组成强子的成分，知道夸克可以带分数电荷.一、核聚变导学探究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？答案轻核的聚变反应，是较轻的核子聚合成较重的核子，要使得核子的强相互作用发挥作用，必须使核子间接近到发生相互作用的距离，约为1015 m；同时由于原子核之间在此距离时的库仑斥力十分巨大，因而需要核子x有很大的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温
2、度2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？答案(1)目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸，是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(2)实现热核反应存在的困难是：地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温知识梳理对核聚变的认识1聚变两个轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为核聚变，聚变反应又称为热核反应2聚变方程HHHen17.6 MeV.3聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离1015 m，这要克服电荷间巨大的库仑斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到
3、几百万开尔文的高温即学即用判断下列说法的正误(1)核聚变时吸收能量()(2)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放出的能量大()(3)轻核聚变比裂变更完全、清洁()(4)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温度()二、粒子和宇宙导学探究强子和夸克的关系是怎样的？它的带电性是怎样的？什么是夸克的“禁闭”？答案夸克是强子的基本组成成分；它们带的电荷分别为元电荷的或，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”知识梳理对粒子和宇宙的理解1“基本粒子”不基本(1)直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来人们发
4、现了光子、电子、质子、中子，并把它们叫做“基本粒子”(2)随着科学的发展，科学们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构2粒子的分类按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子3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，认为强子是由夸克构成的即学即用判断下列说法的正误(1)质子、中子不能再分()(2)夸克的带电荷量是电子电荷的整数倍()一、核聚变的特点及应用1核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使
5、反应进行下去(3)普遍性：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2核聚变的应用(1)核武器氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸(2)可控热核反应：目前处于探索阶段3重核裂变与轻核聚变的区别重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大34倍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%主要原料是氘，氘在
6、地球上的储量非常丰富.1 L水中大约有0.03 g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300 L汽油释放的能量相当可控性速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能目前，除氢弹以外，人们还不能控制它例1氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：HHHex，式中x是某种粒子已知：H、H、He和粒子x的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u，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)答案n(或中子)17.6解析根据质量数和电荷数守恒可
7、得x是n(中子)核反应中的质量亏损为m2.014 1 u3.016 1 u4.002 6 u1.008 7 u0.018 9 u所以该反应释放出的能量为Emc217.6 MeV.针对训练(多选)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”的说法正确的是()A“人造太阳”的核反应方程是HHHenB“人造太阳”的核反应方程是UnBaKr3nC根据公式Emc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D根据公式Emc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同答案AC解析HHHen是轻
8、核聚变方程，故A项正确；根据轻核聚变特点，相同质量的核燃料，轻核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故选项C正确例2(2016台州路桥中学高二上学期月考)科学家发现在月球上含有丰富的He(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方程为HeHe2HHe，关于He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聚变反应没有质量亏损D目前核电站都采用He聚变反应发电答案B解析由于核聚变过程中存在质量亏损，故C错误根据爱因斯坦质能方程Emc2可以确定既然有质量亏损，核聚变会释放能量，故A错误由于该核反应的生成物有He和H，故该反应产生了新的原子核故B
9、正确目前的核电站都采用了U235的核裂变，而核聚变仍处于实验阶段，故D错误二、夸克模型1夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的2夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的或.例如，上夸克带的电荷量为，下夸克带的电荷量为.3意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷例3目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的u夸克带电荷量为e，d夸克带电荷量为e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是()A质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1
10、个u夸克和2个d夸克组成C质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成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夸克组成答案B解析质子H带电荷量为2e(e)e，中子n带电荷量为e2(e)0.可见B正确.1(多选)下列关于聚变的说法中，正确的是()A要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫做热核反应C原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应D太阳和许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应，在地球内部也可自发地进行答案ABC解析轻核聚变时，要使轻核之间距离达到1015 m以内，故必须克服库仑斥
11、力做功，A正确；要克服核子间作用力做功，必须使反应的原子核有足够大的动能，方法就是将其加热到几百万开尔文的高温，B正确；热核反应必须在几百万开尔文的高温下进行，这样高的温度可利用原子弹爆炸释放的能量获得，C正确；在太阳和许多恒星内部都存在热核反应，但在地球内部不会自发地进行，D错2关于粒子，下列说法正确的是()A电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B强子都是带电的粒子C夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位答案D解析由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、B错误；夸克模型是
12、研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为e和，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C错误，D正确3(2016湖州市高二下学期期中)一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，同时释放核能，已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c，下列说法不正确的是()A该核反应属于轻核聚变B核反应方程是：HHHenC核反应中的质量亏损mm1m2m3m4D释放的能量E(m3m4m1m2)c2答案D解析一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，是质量数小的原子核聚变生成质量数大的原子核的过程，属于轻核聚变，故A正确；当一个氘核和一个氚核经过核反应后生成
13、一个氦核和一个中子时，由质量数守恒和电荷数守恒可知，核反应方程是：HHHen，故B正确；该反应的过程中质量亏损为mm1m2m3m4，故C正确；根据爱因斯坦质能方程Emc2，因此核反应放出的能量E(m1m2m3m4)c2，故D错误4太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源(已知质子质量为mH1.007 3 u，氦核质量为mHe4.001 5 u，正电子质量为me0.000 55 u，结果保留两位小数，1 u相当于931.5 MeV的能量)(1)写出这个核反应方程；(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能
14、量为3.81026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？答案(1)4HHe2e(2)24.78 MeV(3)4.22109 kg解析(1)由题意可得核反应方程为4HHe2e.(2)反应前的质量m14mH41.007 3 u4.029 2 u，反应后的质量m2mHe2me4.001 5 u20.000 55 u4002 6 u，mm1m20.026 6 u，由质能方程得，释放能量Emc20.026 6931.5 MeV24.78 MeV.(3)由质能方程Emc2得太阳每秒减少的质量m kg4.22109 kg.一、选择题1下列说法正确的是()A聚变是裂变的逆反应B核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量C轻核聚变比裂变更为安全、清洁D强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子答案C解析聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A错；实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能
