《2018-2019学年高中物理 第十九章 原子核 19.7-19.8 核聚变 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019学年高中物理 第十九章 原子核 19.7-19.8 核聚变 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、7核聚变8粒子和宇宙一、核聚变一、核聚变1.1.定义定义: :两个轻核结合成两个轻核结合成_的核的核, ,并释放出并释放出_的反应。的反应。2.2.举例举例: : 质量较大质量较大能量能量3.3.条件条件: :要使轻核发生聚变要使轻核发生聚变, ,必须使它们的距离达到必须使它们的距离达到_m_m以内以内, ,核力才能起作用。由于原子核都带正电核力才能起作用。由于原子核都带正电, ,要使它们接近到这种程度要使它们接近到这种程度, ,必须克服巨大的必须克服巨大的_,_,这就要求原子核具有足够的动能这就要求原子核具有足够的动能, ,有一种方法就是把它有一种方法就是把它们加热到很高的温度们加热到很高的
2、温度, ,温度高达温度高达_开尔文开尔文, ,因此聚因此聚变又叫变又叫_。1010-15-15库仑斥力库仑斥力几百万几百万热核反应热核反应4.4.应用应用: :目前目前, ,热核反应主要用在核武器上热核反应主要用在核武器上, ,那就是那就是_,_,需要用需要用_爆炸产生的高温高压引发核爆炸。爆炸产生的高温高压引发核爆炸。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,在此高温下在此高温下, ,氢核聚变成氦核的反应不停地进行氢核聚变成氦核的反应不停地进行着着, ,太阳能就来自于太阳内部太阳能就来自于太阳内部_释放
3、的核能。释放的核能。氢弹氢弹原子弹原子弹氢氢聚变聚变二、受控热核反应二、受控热核反应1.1.聚变的优点聚变的优点: :第一第一: :轻核聚变产能效率高。第二轻核聚变产能效率高。第二: :地球地球上聚变燃料的储量丰富。第三上聚变燃料的储量丰富。第三: :轻核聚变更为安全、清轻核聚变更为安全、清洁洁, ,控制温度控制温度, ,可控制反应可控制反应, ,而且生成的废物数量少、易而且生成的废物数量少、易处理。处理。2.2.聚变的难点聚变的难点: :地球上没有任何容器能够经受热核反应地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。的高温。3.3.控制方法控制方法: :(1)(1)磁约束磁约束: :利用磁场约束
4、参加反应的物质利用磁场约束参加反应的物质, ,目前最好的目前最好的一种磁约束装置是一种磁约束装置是_。环流器环流器(2)(2)惯性约束惯性约束: :聚变物质因自身的惯性聚变物质因自身的惯性, ,在极短时间内来在极短时间内来不及扩散就完成了核反应不及扩散就完成了核反应, ,在惯性约束下在惯性约束下, ,用用_从各从各个方向照射反应物个方向照射反应物, ,使它们使它们“挤挤”在一起发生反应。在一起发生反应。激光激光三、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世纪末世纪末, ,人们都认为人们都认为_、电子、电子、_和中子和中子是组成物质的不可再分的最基本
5、的粒子。是组成物质的不可再分的最基本的粒子。(2)(2)随着科学的发展随着科学的发展, ,科学家们发现了很多的新粒子都科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的不是由质子、中子、电子组成的, ,又发现又发现_等本身也有自己的复杂结构。等本身也有自己的复杂结构。光子光子质子质子质子、中子质子、中子2.2.发现新粒子发现新粒子: :(1)(1)新粒子新粒子:1932:1932年发现了年发现了_,1937_,1937年发现了年发现了_,_,19471947年发现了年发现了_和和_及以后的质量比质子的及以后的质量比质子的质量大的质量大的_。(2)(2)粒子的分类粒子的分类: :按照按照_
6、的不同关系的不同关系, ,可将粒子分为三大类可将粒子分为三大类:_:_、_和和_。正电子正电子子子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子强子轻子轻子媒介子媒介子(3)(3)夸克模型的提出夸克模型的提出:1964:1964年美国物理学家盖尔曼提出年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型了强子的夸克模型, ,认为强子是由更基本的成分组成认为强子是由更基本的成分组成, ,这种成分叫作这种成分叫作_。夸克模型指出电子电荷不再是电。夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单位荷的最小单位, ,即存在即存在_。夸克夸克分数电荷分数电荷3.3.宇宙和恒星的演化宇宙和恒星的演化:
7、:(1)(1)宇宙的演化宇宙的演化: :宇宙大爆炸宇宙大爆炸 温度为温度为10103232K,K,产生了产生了_等粒子等粒子 温度下降到温度下降到10101313K K左右左右,_,_时代时代温度下降到温度下降到10101111K K时时,_,_时代时代温度下降到温度下降到10109 9K K时时, ,_时代时代 温度下降到温度下降到10104 4K,K,混合电离态混合电离态温度温度下降到下降到3000K3000K时时,_ _,_ _。夸克、轻子、夸克、轻子、胶子胶子强子强子轻子轻子核合成核合成中性的氢原子中性的氢原子恒星和星系恒星和星系(2)(2)恒星的演化恒星的演化: :宇宙尘埃宇宙尘埃_
8、恒星诞生恒星诞生氢核氢核聚合成聚合成_氦核聚合成碳核氦核聚合成碳核其他聚变过程其他聚变过程无聚无聚变反应变反应, ,形成白矮星或形成白矮星或_或黑洞。或黑洞。星云团星云团氦核氦核中子星中子星【预习诊断】【预习诊断】1.1.请判断下列说法的正误。请判断下列说法的正误。(1)(1)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, ,比裂变反应中平比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。均每个核子放出的能量大。( () )(2)(2)热核反应除用在核武器上外热核反应除用在核武器上外, ,还用于核电站发电。还用于核电站发电。( () )(3)(3)热核反应一旦发生热核反应一旦发生, ,就不再需
9、要外界给它能量。就不再需要外界给它能量。( () )(4)(4)质子、中子不能再分。质子、中子不能再分。( () )(5)(5)夸克的带电量是电子电荷的整数倍。夸克的带电量是电子电荷的整数倍。( () )提示提示: :(1)(1)。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, ,比裂变比裂变反应中平均每个核子放出的能量大反应中平均每个核子放出的能量大3 34 4倍。倍。(2)(2)。热核反应主要用在核武器上。热核反应主要用在核武器上, ,核电站发电利用核电站发电利用的是重核裂变。的是重核裂变。(3)(3)。热核反应一旦发生。热核反应一旦发生, ,就不再需要外界给它能量就不再需要
10、外界给它能量, ,靠自身产生的热就可以使反应进行下去。靠自身产生的热就可以使反应进行下去。(4)(4)。质子、中子本身也有复杂的结构。质子、中子本身也有复杂的结构, ,是可再分的。是可再分的。(5)(5)。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。2.(2.(多选多选) )下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )A.A.聚变反应中有质量亏损聚变反应中有质量亏损, ,所以必向外界放出能量所以必向外界放出能量B.B.使核发生聚变反应必须使核之间的距离接近到使核发生聚变反应必须使核之间的距离接近到1.5101.510-15-15m,m,也就是接近到核力能够发生作用的
11、范围内也就是接近到核力能够发生作用的范围内C.C.要使核发生聚变反应要使核发生聚变反应, ,无须克服核力做功无须克服核力做功D.D.热核反应只有在人工控制下才能发生热核反应只有在人工控制下才能发生【解析】【解析】选选A A、B B。由质能方程可知。由质能方程可知A A正确正确; ;轻核结合成轻核结合成质量较大核质量较大核, ,必须使轻核间的距离达到能产生核力的范必须使轻核间的距离达到能产生核力的范围围, ,才能使它们紧密地结合起来才能使它们紧密地结合起来,B,B正确、正确、C C错误错误; ;热核反热核反应必须在很高的温度下才能发生应必须在很高的温度下才能发生, ,不一定要人工控制不一定要人工
12、控制,D,D错误。错误。3.3.太阳放出的大量中微子向地球飞来太阳放出的大量中微子向地球飞来, ,但实验测定的数但实验测定的数目只有理论的三分之一目只有理论的三分之一, ,后来科学家发现中微子在向地后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个球传播过程中衰变成一个子和一个子和一个子。若在衰变子。若在衰变过程中过程中子的速度方向与中微子原来的方向一致子的速度方向与中微子原来的方向一致, ,则则子的运动方向子的运动方向( () )A.A.一定与一定与子同方向子同方向B.B.一定与一定与子反方向子反方向C.C.一定与一定与子在同一直线上子在同一直线上D.D.不一定与不一定与子在同一直线上子在同一
13、直线上【解析】【解析】选选C C。中微子衰变成。中微子衰变成子和子和子子, ,满足动量守满足动量守恒恒,子的速度方向与中微子原来的方向一致子的速度方向与中微子原来的方向一致,子必子必定也在这条直线上。定也在这条直线上。知识点一核聚变的特点及应用知识点一核聚变的特点及应用探究导入探究导入: :如图为氢弹原理示意图。如图为氢弹原理示意图。(1)(1)若要发生核聚变若要发生核聚变, ,对原子核间的距离有什么要求对原子核间的距离有什么要求? ?(2)(2)核聚变为何又叫热核反应核聚变为何又叫热核反应? ?提示提示: :(1)(1)原子核间的距离达到原子核间的距离达到1010-15-15m m以内。以内
14、。(2)(2)核聚变需要在几百万开尔文的高温下才能进行核聚变需要在几百万开尔文的高温下才能进行, ,因因此核聚变又叫热核反应。此核聚变又叫热核反应。 【归纳总结】【归纳总结】 1.1.聚变发生的条件聚变发生的条件: :要使轻核聚变要使轻核聚变, ,必须使轻核接近核必须使轻核接近核力发生作用的距离力发生作用的距离1010-15-15m,m,这要克服电荷间强大的斥力这要克服电荷间强大的斥力作用作用, ,要求使轻核具有足够大的动能要求使轻核具有足够大的动能, ,有一种办法就是有一种办法就是把它们加热到几百万开尔文的高温。把它们加热到几百万开尔文的高温。2.2.轻核聚变是放能反应轻核聚变是放能反应:
15、:从比结合能的图线看从比结合能的图线看, ,轻核聚轻核聚变后比结合能增加变后比结合能增加, ,因此聚变反应是一个放能反应。因此聚变反应是一个放能反应。3.3.核聚变的特点核聚变的特点: :(1)(1)在消耗相同质量的核燃料时在消耗相同质量的核燃料时, ,轻核聚变比重核裂变轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。释放更多的能量。(2)(2)热核反应一旦发生热核反应一旦发生, ,就不再需要外界给它能量就不再需要外界给它能量, ,靠自靠自身产生的热就可以使反应进行下去。身产生的热就可以使反应进行下去。(3)(3)普遍性普遍性: :热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着, ,太阳太
16、阳就是一个巨大的热核反应堆。就是一个巨大的热核反应堆。4.4.核聚变的应用核聚变的应用: :(1)(1)核武器核武器氢弹氢弹: :一种不需要人工控制的轻核聚变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。压引发热核聚变爆炸。(2)(2)可控热核反应可控热核反应: :目前处于探索阶段。目前处于探索阶段。5.5.重核裂变与轻核聚变的区别重核裂变与轻核聚变的区别: :重核裂变重核裂变轻核聚变轻核聚变放能放能原理原理重核分裂成两个或多个重核分裂成两个或多个中等质量的原子核中等质量的原子核, ,放放出核能出核能
17、两个轻核结合成质两个轻核结合成质量较大的原子核量较大的原子核, ,放出核能放出核能放能放能多少多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大能量要大3 34 4倍倍核废料核废料处理难度处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多得多重核裂变重核裂变轻核聚变轻核聚变原料的原料的蕴藏量蕴藏量核裂变燃料铀在地球上核裂变燃料铀在地球上储量有限储量有限主要原料是氘主要原料是氘, ,氘氘在地球上的储量非在地球上的储量非常丰富常丰富可控性可控性速度比较容易进行人工速度比较容易进行人工控制控制, ,现在的核电站都现在的核电站都是用核
18、裂变反应释放核是用核裂变反应释放核能能目前目前, ,除氢弹以外除氢弹以外, ,人们还不能控制它人们还不能控制它 【典例探究】【典例探究】 考查角度考查角度1 1 对核聚变的理解对核聚变的理解【典例【典例1 1】( (多选多选) )下列关于聚变的说法中下列关于聚变的说法中, ,正确的是正确的是( () )A.A.要使聚变产生要使聚变产生, ,必须克服库仑斥力做功必须克服库仑斥力做功B.B.轻核聚变需要几百万开尔文的高温轻核聚变需要几百万开尔文的高温, ,因此聚变又叫作因此聚变又叫作热核反应热核反应C.C.原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温, ,所以氢弹利所以氢弹
19、利用原子弹引发热核反应用原子弹引发热核反应D.D.太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应, ,在在地球内部也可以自发地进行地球内部也可以自发地进行【解析】【解析】选选A A、B B、C C。轻核聚变时。轻核聚变时, ,要使轻核之间距离要使轻核之间距离达到达到1010-15-15m,m,所以必须克服库仑斥力做功所以必须克服库仑斥力做功,A,A正确正确; ;原子核原子核必须有足够的动能必须有足够的动能, ,才能使它们接近到核力能发生作用才能使它们接近到核力能发生作用的范围的范围, ,实验证实实验证实, ,原子核必须处在几百万开尔文的高原子核必须处在几百
20、万开尔文的高温下才有这样的能量温下才有这样的能量, ,这样高的温度通过原子弹爆炸获这样高的温度通过原子弹爆炸获得得, ,故故B B、C C正确正确; ;在太阳和其他恒星内部都存在着热核在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应反应, ,但在地球上不会自发地进行但在地球上不会自发地进行,D,D错误。错误。考查角度考查角度2 2 核聚变释放核能的计算核聚变释放核能的计算【典例【典例2 2】(2017(2017全国卷全国卷)大科学工程大科学工程“人造太阳人造太阳”主主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方程是应方程是 已知已知 的质量为的质量为
21、2.013 6 u2.013 6 u， 的质量为的质量为3.015 0 u3.015 0 u， 的质量为的质量为1.008 7 u1.008 7 u，1 u1 u=931 MeV/c=931 MeV/c2 2。氘核聚变反应中释放的核能约为。氘核聚变反应中释放的核能约为( )( )A.3.7 MeV B. 3.3 MeV C. 2.7 MeV D.0.93 MeV A.3.7 MeV B. 3.3 MeV C. 2.7 MeV D.0.93 MeV 【解析】【解析】选选B B。氘核聚变反应的质量亏损。氘核聚变反应的质量亏损m=2mm=2m氘氘-m-m氦氦- -m mn n=0.003 5 u=0
22、.003 5 u，则该反应释放的核能为，则该反应释放的核能为E=mE=m931 MeV=3.258 5 MeV3.3 MeV931 MeV=3.258 5 MeV3.3 MeV。【过关训练】【过关训练】1.1.科学家发现在月球上含有丰富的科学家发现在月球上含有丰富的 ( (氦氦3),3),它是一它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料种高效、清洁、安全的核聚变燃料, ,其参与的一种核聚其参与的一种核聚变反应的方程式为变反应的方程式为 关于关于 聚变聚变下列表述正确的是下列表述正确的是( () )A.A.聚变反应不会释放能量聚变反应不会释放能量B.B.聚变反应产生了新的原子核聚变反应产生了新的原子核
23、C.C.聚变反应没有质量亏损聚变反应没有质量亏损D.D.目前核电站都采用目前核电站都采用 聚变反应发电聚变反应发电【解析】【解析】选选B B。核聚变反应中产生新的原子核。核聚变反应中产生新的原子核, ,同时由同时由于发生了质量亏损于发生了质量亏损, ,会有核能的释放会有核能的释放,B,B正确正确,A,A、C C错误错误; ;核聚变是人类利用核能的途径之一。目前核电站大多核聚变是人类利用核能的途径之一。目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电,D,D错误。错误。2.(2.(多选多选) )能源是社会发展的基础能源是社会发展的基础, ,发展核能是解决
24、能源发展核能是解决能源问题的途径之一问题的途径之一, ,下列释放核能的反应方程下列释放核能的反应方程, ,表述正确表述正确的有的有( () )【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。两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应应为核聚变反应, ,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应裂变反应, ,故故C C对。原子核放出对。原子核放出或或粒子后变成另一粒子后变成另一种原子核的反应称为原子核的衰变。原子核的衰变的种原子核的反应称为原子核
25、的衰变。原子核的衰变的反应物只有一种反应物只有一种, ,故故D D错。错。知识点二新粒子的发现和夸克模型知识点二新粒子的发现和夸克模型探究导入探究导入: :图为欧洲粒子加速器图为欧洲粒子加速器, ,能使粒子获得能使粒子获得1313万亿电子伏特的万亿电子伏特的能量。能量。(1)(1)高速粒子碰撞能产生一些新的粒子高速粒子碰撞能产生一些新的粒子, ,试说出部分试说出部分2020世纪世纪3030年代以来发现的新粒子。年代以来发现的新粒子。(2)(2)随着新粒子的发现随着新粒子的发现, ,质子与中子为什么不再被称为质子与中子为什么不再被称为“基本粒子基本粒子”? ?提示提示: :(1)(1)介子、超子
26、、电子中微子、介子、超子、电子中微子、子、子、子中微子中微子、子、子、子、子中微子等。子中微子等。(2)(2)因为质子与中子也有着复杂的内部结构因为质子与中子也有着复杂的内部结构, ,它们也是它们也是由更基本的粒子组成由更基本的粒子组成, ,质子与中子不再被称为质子与中子不再被称为“基本粒基本粒子子”。 【归纳总结】【归纳总结】 1.1.新粒子的发现及特点新粒子的发现及特点: :发现发现时间时间19321932年年19371937年年19471947年年2020世纪世纪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子基本基本特点特点质量与相对应的质量与相对应的
27、粒子相同而电荷粒子相同而电荷及其他一些物理及其他一些物理性质相反性质相反比质子比质子的质量的质量小小质量介于质量介于电子与核电子与核子之间子之间其质量比其质量比质子大质子大2.2.粒子的分类粒子的分类: :分类分类参与的相参与的相互作用互作用发现的粒子发现的粒子备注备注强子强子参与强相互参与强相互作用作用质子、中子、介质子、中子、介子、超子子、超子有内部结构有内部结构, ,由由“夸克夸克”构成，可构成，可分为介子和重子分为介子和重子分类分类参与的相参与的相互作用互作用发现的粒子发现的粒子备注备注轻子轻子不参与强相不参与强相互作用互作用电子、电子中微电子、电子中微子、子、子、子、子子中微子、中微
28、子、子、子、子中微子子中微子未发现内部结构未发现内部结构媒媒介子介子传递各种相传递各种相互作用互作用光子、中间玻色光子、中间玻色子、胶子子、胶子光子、中间玻色光子、中间玻色子、胶子分别传子、胶子分别传递电磁、弱、强递电磁、弱、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年美国物理学家盖尔曼提出了强年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型子的夸克模型, ,认为强子是由夸克构成的。认为强子是由夸克构成的。(2)(2)夸克的种类夸克的种类: :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
29、)(c)、底夸克、底夸克(b)(b)和顶夸克和顶夸克(t)(t)。(3)(3)夸克所带电荷夸克所带电荷: :夸克所带的电荷量是分数电荷量夸克所带的电荷量是分数电荷量, ,即即其电荷量为元电荷的其电荷量为元电荷的- - 或或+ + 。例如。例如, ,上夸克带的电荷上夸克带的电荷量为量为+ ,+ ,下夸克带的电荷量为下夸克带的电荷量为- - 。(4)(4)意义意义: :电子电荷不再是电荷的最小单位电子电荷不再是电荷的最小单位, ,即存在分数即存在分数电荷。电荷。 【典例探究】【典例探究】 【典例】【典例】以下说法正确的是以下说法正确的是( () )A.A.最早发现的轻子是电子最早发现的轻子是电子,
30、 ,最早发现的强子是中子最早发现的强子是中子B.B.质子、中子、介子和超子都属于强子质子、中子、介子和超子都属于强子C.C.强子、轻子都有内部结构强子、轻子都有内部结构D.D.子质量比核子质量大子质量比核子质量大,子不属于轻子子不属于轻子【解析】【解析】选选B B。最早发现的强子是质子。最早发现的强子是质子, ,最早发现的轻最早发现的轻子是电子子是电子, ,故选项故选项A A错误错误; ;强子有内部结构强子有内部结构, ,由夸克组成由夸克组成, ,轻子没有内部结构轻子没有内部结构, ,所以所以C C错误错误; ;质子、中子、介子、超质子、中子、介子、超子都属于强子子都属于强子,子质量比核子质量
31、大子质量比核子质量大, ,但仍属于轻子但仍属于轻子,B,B正确、正确、D D不正确。不正确。【过关训练】【过关训练】( (多选多选)(2018)(2018合肥高二检测合肥高二检测) )下列关于夸克模型的说下列关于夸克模型的说法正确的是法正确的是( () )A.A.强子是由更基本的夸克组成的强子是由更基本的夸克组成的B.B.夸克的电荷量分别为元电荷的夸克的电荷量分别为元电荷的+ + 或或- - C.C.每种夸克都有对应的反夸克每种夸克都有对应的反夸克D.D.夸克能以自由的状态单个出现夸克能以自由的状态单个出现【解析】【解析】选选A A、B B、C C。夸克不能以自由的状态单个出现。夸克不能以自由
32、的状态单个出现,D,D错误错误,A,A、B B、C C正确。正确。【补偿训练】【补偿训练】1.1.根据宇宙大爆炸的理论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“粒子家粒子家族族”尽显风采的时期尽显风采的时期, ,那么在大爆炸之后最早产生的粒那么在大爆炸之后最早产生的粒子是子是( () )A.A.夸克、轻子、胶子等粒子夸克、轻子、胶子等粒子B.B.质子和中子等强子质子和中子等强子C.C.光子、中微子和电子等轻子光子、中微子和电子等轻子D.D.氢核、氘核、氦核等轻核氢核、氘核、氦核等轻核【解析】【解析】选选A A。宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子。宇宙形成之初产生了夸克、轻子和
33、胶子等粒子等粒子, ,之后又经历了质子和中子等强子时代之后又经历了质子和中子等强子时代, ,再之后再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代, ,再之再之后是中子和质子组合成氘核后是中子和质子组合成氘核, ,并形成氦核的核合成时代并形成氦核的核合成时代, ,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。2.2.目前普遍认为目前普遍认为, ,质子和中子都是由被称为质子和中子都是由被称为u u夸克和夸克和d d夸夸克的两类夸克组成的。克的两
34、类夸克组成的。u u夸克带电荷量为夸克带电荷量为 e,de,d夸克的夸克的带电荷量为带电荷量为- e,e- e,e为元电荷为元电荷, ,下列论断中可能正确的是下列论断中可能正确的是( () )A.A.质子由质子由1 1个个u u夸克和夸克和2 2个个d d夸克组成夸克组成, ,中子由中子由1 1个个u u夸克夸克和和2 2个个d d夸克组成夸克组成B.B.质子由质子由2 2个个u u夸克和夸克和1 1个个d d夸克组成夸克组成, ,中子由中子由1 1个个u u夸克和夸克和2 2个个d d夸克组成夸克组成C.C.质子由质子由1 1个个u u夸克和夸克和2 2个个d d夸克组成夸克组成, ,中子由
35、中子由2 2个个u u夸克和夸克和1 1个个d d夸克组成夸克组成D.D.质子由质子由2 2个个u u夸克和夸克和1 1个个d d夸克组成夸克组成, ,中子由中子由2 2个个u u夸克和夸克和1 1个个d d夸克组成夸克组成【解析】【解析】选选B B。质子。质子 带电荷量为带电荷量为2 e+(- e)=e,2 e+(- e)=e,中子中子 带电荷量为带电荷量为 e+2(- e)=0e+2(- e)=0。可见。可见B B正确。正确。【拓展例题】【拓展例题】考查内容考查内容: :聚变过程的核能计算聚变过程的核能计算【典例示范】【典例示范】太阳现在正处于主序星演化阶段太阳现在正处于主序星演化阶段,
36、,它主要它主要是由电子和质子、氦核等组成是由电子和质子、氦核等组成, ,维持太阳辐射的是它内维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应部的核聚变反应, ,核反应为两个电子和四个质子聚变为核反应为两个电子和四个质子聚变为氦氦, ,已知太阳的质量为已知太阳的质量为2102103030kg,kg,太阳向周围空间辐射太阳向周围空间辐射能量的总功率为能量的总功率为3.8103.8102323kWkW。(1)(1)写出上述聚变反应的方程写出上述聚变反应的方程; ;(2)(2)已知质子质量已知质子质量m mp p=1.6710=1.6710-27-27kg,kg,氦核质量氦核质量m m= =6.645 8106.6
37、45 810-27-27kg,kg,电子质量电子质量m me e=9.010=9.010-31-31kg,kg,光速光速c=3c=310108 8m/s,m/s,求每发生一次上述核反应所释放的能量求每发生一次上述核反应所释放的能量; ;(3)(3)根据题目中数据计算太阳根据题目中数据计算太阳1 1秒钟减少的质量。秒钟减少的质量。【解析】【解析】(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, ,得核反应方程为得核反应方程为 (2)(2)反应中的质量亏损反应中的质量亏损m=2mm=2me e+4m+4mp p-m-m=2=29.09.01010-31-31kg+
38、4kg+41.671.671010-27-27kg-kg-6.645 86.645 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,则太阳每秒减少则太阳每秒减少的质量为的质量为m= 4.2m= 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
