2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 原子核 第6節(jié) 核聚變教學(xué)案 教科版選修-5

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第6節(jié) 核_聚_變（對應(yīng)學(xué)生用書頁碼p47）一、熱核反應(yīng)1核聚變輕原子核聚合成較重原子核的反應(yīng).2核聚變較裂變的優(yōu)越性（1)相同質(zhì)量的燃料下，放出的能量更多。(2)不產(chǎn)生放射性廢料。（3）燃料儲量非常豐富。3熱核反應(yīng)因為核聚變要在高達(dá)108_k的溫度下才能發(fā)生,故核聚變反應(yīng)也稱熱核反應(yīng).4熱核反應(yīng)的應(yīng)用目前主要用在核武器上，如氫彈.二、可控核聚變反應(yīng)1托卡馬克是一種環(huán)形磁約束受控?zé)岷朔磻?yīng)裝置，也叫環(huán)流器。2超導(dǎo)托卡馬克把超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用在產(chǎn)生托卡馬克強磁場的線圈上。三、恒星演化中的核反應(yīng)1恒星的形成恒星主要是由遍布宇宙中的極其彌散的氣態(tài)塵埃聚集形成的，且內(nèi)部發(fā)生聚變反應(yīng)。

2、2恒星的演變恒星內(nèi)部隨聚變反應(yīng)的發(fā)生，核燃料減少經(jīng)慢長時間最終將成為殘骸。（對應(yīng)學(xué)生用書頁碼p47)對核聚變的理解1.聚變輕原子核聚合成較重原子核的反應(yīng)叫聚變。例如:hhhen17。60 mev。2熱核反應(yīng)輕核必須在很高的溫度下相遇才能發(fā)生聚合放出更大的能量,這種在很高溫度下產(chǎn)生的聚變又叫熱核反應(yīng)。3聚變比裂變反應(yīng)放出更多能量的原因(1）平均每個核子釋放能量較多，是裂變反應(yīng)的23倍。如一個氚核和一個氘核結(jié)合成一個氦核時放出能量17。6 mev，平均每個核子放出能量約3.5 mev；而鈾235裂變時,平均每個核子放出能量為1 mev.(2）同樣質(zhì)量的情況下,輕核的核子個數(shù)多,如氘和氚聚變?yōu)? k

3、g氦時放出的能量為e1，則e16。02102317.6 mev2。651033 ev。假設(shè)一個鈾核裂變時平均放出的能量為200 mev，則1 kg鈾核全部裂變時放出能量為e2，即e26.021023200 mev5.121032 ev，得：5。2.1下列說法中正確的是()a聚變反應(yīng)從外界吸收能量b聚變反應(yīng)向外界放出能量c聚變反應(yīng)可以無條件地進(jìn)行d聚變反應(yīng)必須使核之間的距離接近1015 m解析:選bd聚變反應(yīng)時有質(zhì)量虧損,所以會向外界放出能量。聚變必須使核之間的距離接近1015 m，才能發(fā)生聚變反應(yīng)生成新核，所以是有條件的.重核裂變與輕核聚變的對比比較項目重 核 裂 變輕 核 聚 變放能原理把重

4、核分裂成兩個或多個中等質(zhì)量的核,并釋放出核能兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，并釋放出核能放能多少聚變反應(yīng)平均每個核子釋放的核能比裂變反應(yīng)要大得多核廢料的處理難度比較困難比較容易原料的蘊藏量儲量較少，特別是u主要原料氘儲量非常豐富可控性比較容易進(jìn)行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用重核裂變釋放核能目前除氫彈以外，還不能進(jìn)行人工控制2熱核反應(yīng)是一種理想能源的原因是（）a就每一個核子平均來說,比重核裂變時釋放的能量多b對環(huán)境的放射性污染較裂變輕，且較容易處理c熱核反應(yīng)的原料在地球上儲量豐富d熱核反應(yīng)的速度容易控制解析：選abc聚變反應(yīng)平均每個核子比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量要大34倍,且其原料均為氫的同

5、位素，在地球上儲量極為豐富，其放射性污染也較裂變輕。但是，目前只是能夠讓輕核聚變發(fā)生，還不能控制聚變反應(yīng)、和平利用聚變時釋放的核能。故正確選項為a、b、c。（對應(yīng)學(xué)生用書頁碼p48）對輕核聚變的理解例1以下說法正確的是（）a聚變是裂變的逆反應(yīng)b如果裂變釋放能量,則聚變反應(yīng)必定吸收能量c聚變必須將反應(yīng)物加熱至數(shù)百萬攝氏度以上高溫,顯然是吸收能量d裂變與聚變均可釋放巨大的能量解析a選項,從形式上看,裂變與聚變似乎是互為逆反應(yīng),其實不然,因為二者的反應(yīng)物與生成物全然不同，裂變是重核分裂成中等質(zhì)量的核,而聚變則是輕核聚合成為較重的核，無直接關(guān)聯(lián)，并非互為逆反應(yīng)。b選項，既然裂變與聚變不是互為逆反應(yīng),則

6、在能量的流向上也不相反.c選項,要實現(xiàn)聚變反應(yīng),必須使參加反應(yīng)的輕核充分接近，需要數(shù)百萬攝氏度高溫,但聚變一旦實現(xiàn)，所釋放的能量遠(yuǎn)大于所吸收的能量，因此，總的說來,聚變反應(yīng)還是釋放能量，故正確答案為d。答案d輕核聚變釋放的能量例2太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核的熱核反應(yīng),這個核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽的能源。（mp1。007 3 u，m4.001 5 u，me0。000 55 u）（1）寫出這個核反應(yīng)方程。（2)這一核反應(yīng)釋放出多少能量？解析（1)核反應(yīng)方程是4hhe2e。(2）這一核反應(yīng)的質(zhì)量虧損是m4mpm2me0。026 6 u，emc20。026 6931.5 me

7、v24。78 mev.答案(1）見解析（2)24。78 mev寫核聚變反應(yīng)方程與其他核反應(yīng)方程一樣，仍需要遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的原則，放出核能的計算仍要根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程求解.(對應(yīng)學(xué)生用書頁碼p48）1發(fā)生熱核反應(yīng)的辦法有（)a用中子轟擊b保持室溫環(huán)境、增大壓強c把物體加熱到幾百萬攝氏度以上d用光子照射解析:選c要發(fā)生熱核反應(yīng),必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離1015m，這就要求原子核應(yīng)具有足夠的動能,方法是給原子核加熱，使其達(dá)到幾百萬攝氏度的高溫.2關(guān)于輕核聚變釋放核能,下列說法正確的是()a一次聚變反應(yīng)一定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多b聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)每個核子釋放的平均能量大c聚

8、變反應(yīng)中粒子的比結(jié)合能變小d聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核，故反應(yīng)后質(zhì)量增加 解析:選b在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不一定比裂變反應(yīng)多，但平均每個核子釋放的能量一定大，故a錯誤,b正確；由于聚變反應(yīng)中釋放出巨大能量,則比結(jié)合能一定增加,質(zhì)量發(fā)生虧損，故c、d錯誤。3科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的he(氦3），它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為hehe2hhe。關(guān)于he聚變下列表述正確的是()a聚變反應(yīng)不會釋放能量b聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核c聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損d目前核電站都采用聚變反應(yīng)發(fā)電解析:選b聚變反應(yīng)時將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的核，聚變過程會有質(zhì)量虧

9、損,要放出大量的能量，但目前核電站都采用鈾核的裂變反應(yīng)。4現(xiàn)有三個核反應(yīng)：namgeunbakr3nhhhen下列說法正確的是（）a是裂變，是衰變,是聚變b是聚變,是裂變，是衰變c是衰變,是裂變，是聚變d是衰變，是聚變，是裂變解析：選c中的e是粒子,故發(fā)生的是衰變,是重核分裂成質(zhì)量較小的核，是裂變,是典型的聚變，所以c正確。5下列關(guān)于聚變的說法中，正確的是()a要使聚變產(chǎn)生,必須克服庫侖斥力做功b輕核聚變需幾百萬攝氏度的高溫，因此聚變又叫做熱核反應(yīng)c原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬攝氏度的高溫,所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)d太陽和許多恒星內(nèi)部都在激烈地進(jìn)行著核裂變反應(yīng)解析：選abc輕核聚變時，要使輕核

10、之間距離達(dá)到1015 m,所以必須克服庫侖斥力做功,a正確;原子核必須有足夠的動能，才能使它們接近到核力能發(fā)生作用的范圍，實驗證實，原子核必須處在幾百萬攝氏度下才有這樣的能量，這樣高的溫度通常利用原子彈爆炸獲得,故b、c正確;在太陽內(nèi)部或其他恒星內(nèi)部都存在著熱核反應(yīng),d錯誤.6錢學(xué)森被評為“2007感動中國十大人物”,他參與了我國第一顆原子彈和第一顆氫彈的研制工作。下列核反應(yīng)方程中屬研究兩彈的基本核反應(yīng)方程式的是（）a。nheohb.unsrxe10nc.uthhed。hhhen解析：選bd“兩彈”指原子彈和氫彈，它們的核反應(yīng)屬于重核的裂變與輕核的聚變，故應(yīng)選b、d。7east裝置是中國耗時8

11、年、耗資2億元人民幣自主設(shè)計、自主建造而成的，它成為世界上第一個建成并真正運行的全超導(dǎo)非圓截面核聚變實驗裝置。已知兩個氘核聚變生成一個氦3和一個中子的核反應(yīng)方程是2hhen3.26 mev若有2 g氘全部發(fā)生聚變，則釋放的能量是(na為阿伏加德羅常數(shù)）()a0.53。26 mevb3.26 mevc0。5na3。26 mev dna3。26 mev解析：選c根據(jù)核反應(yīng)方程可知，兩個氘核聚變釋放的能量為3.26 mev，那么2 g氘核(即1 mol氘核）聚變釋放的能量為0.5na3.26 mev,所以c正確.8已知一個氫原子的質(zhì)量為1.67361027 kg，一個鋰原子的質(zhì)量為11。650510

12、27 kg,一個氦原子的質(zhì)量為6。64671027 kg。一個鋰核受到一個質(zhì)子轟擊變?yōu)?個粒子,核反應(yīng)方程為hli2he.根據(jù)以上信息，以下判斷正確的是()a題中所給的核反應(yīng)屬于衰變b題中所給的核反應(yīng)屬于輕核聚變c根據(jù)題中信息，可以計算核反應(yīng)釋放的核能d因為題中給出的是三種原子的質(zhì)量，沒有給出核的質(zhì)量，故無法計算核反應(yīng)釋放的核能解析：選c核反應(yīng)類型是人工核轉(zhuǎn)變，a、b兩項均錯誤，反應(yīng)前一個氫原子和一個鋰原子共有8個核外電子，反應(yīng)后兩個氦原子也是共有8個核外電子，因此只要將一氫原子和一個鋰原子的總質(zhì)量減去兩個氦原子的質(zhì)量，得到的恰好是反應(yīng)前后核的質(zhì)量虧損，電子質(zhì)量自然消掉。由質(zhì)能方程emc2可以

13、計算釋放的核能，c選項正確.9（北京高考)質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，當(dāng)一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時,釋放的能量是（c表示真空中的光速）（）a（m1m2m3)c b(m1m2m3）cc（m1m2m3）c2 d（m1m2m3)c2解析：選c根據(jù)質(zhì)量方程emc2知，核反應(yīng)過程中釋放的能量等于質(zhì)量的減少量與光速c平方的乘積，c正確，a、b、d錯誤。10關(guān)于粒子，下列說法正確的是()a電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子b強子都是帶電的粒子c夸克模型是探究三大類粒子結(jié)構(gòu)的理論d夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位解析：選d由于質(zhì)子、中子是由不同夸克組成的,它們不是

14、最基本的粒子，不同夸克構(gòu)成不同的強子,有的強子帶電，有的強子不帶電，故a、b錯誤；夸克模型是研究強子結(jié)構(gòu)的理論，不同夸克帶電不同，分別為e和等,說明電子電荷不再是電荷的最小單位,故c錯誤，d正確.11我國自行設(shè)計并研制的“人造太陽”-托卡馬克實驗裝置運行獲得重大進(jìn)展，這標(biāo)志著我國已經(jīng)邁入可控?zé)岷朔磻?yīng)領(lǐng)域先進(jìn)國家行列，如圖3.6.1所示.該反應(yīng)所進(jìn)行的聚變過程是hhhen,反應(yīng)原料氘(h)富存于海水中，而氚(h)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通過中子轟擊鋰核（li)的人工核轉(zhuǎn)變得到。圖3.6。1（1)請把下列用中子轟擊鋰核（li）產(chǎn)生一個氚核（h）和一個新核的人工核轉(zhuǎn)變方程填寫完整：_n_h。（2）在（1）中，每產(chǎn)生1 g氚的同時有多少個li核實現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變？(阿伏加德羅常數(shù)na取6。01023 mol1）(3）一個氚核和一個氘核發(fā)生核聚變時，平均每個核子釋放的能量為5。61013 j，求該核聚變過程中的質(zhì)量虧損。解析：（1)核反應(yīng)方程為:linheh。（2)因