高中物理第三章原子核3.6核聚变省公开课一等奖新名师优质课获奖课件.pptx

6,核聚变,1/53,一、核聚变,1.,核聚变,:,轻原子核,聚合成,_,原子核反应称为,聚变反应,简称核聚变。,2.,轻核聚变必须在高温下进行,所以核聚变又叫,_,。,3.,核反应举例,:,较重,热核反应,2/53,4.,聚变与裂变相比有很多优点,:,(1),轻核聚变,产能,_,。,(2),地球上聚变燃料储量,_,。,(3),轻核聚变更为,_,。,效率高,丰富,安全、清洁,3/53,5.,热核反应,:,实际举例,(1),氢弹原理。,(2),太阳内部核聚变释放核能。,4/53,二、可控核聚变反应研究进展,1.,我们,把,_,情况下释放能量装置,称为,_,。,2.,一个被称作,_,受控热核反应研究领先于,其它路径。,3.,近年来重大突破是将,_,成功地应用于,产生,_,线圈上。,受控聚变,聚变反应堆,托卡马克,超导技术,托卡马克强磁场,5/53,【,判一判,】,(1),用加速器给氘核加速,很轻易发生聚变反,应。,(,),(2),托卡马克是利用电磁感应产生大电流对等离子,体加热。,(,),(3),当前,人类已经实现了受控热核聚变。,(,),6/53,提醒,:,(1),用加速器给氘核加速,加速了氘,(H),核打在,氚,(H),核固体靶上,大部分能量会消耗在与电子碰,撞上,发生聚变概率非常小,(1),错。,(2),托卡马克是用电磁感应产生大电流对等离子进行,加热,从而实现等离子体核燃料,点火,”,(2),对。,(3),当前,受控热核聚变还处于研究阶段,(3),错。,7/53,三、恒星演化中核反应,1.,引力坍缩,:,因为,物质间,_,而聚集到一起,现象。,2.,供太阳发生核聚变过程燃料是,_,。太阳内部核,聚变反应方程式为,_,。,相互吸引,氢,8/53,知识点一、核聚变与恒星演化,思索探究,:,如图是,1967,年,6,月,17,日,我国第一颗氢弹,爆炸成功图片资料,请思索以下问题,:,(1),氢弹威力相比原子弹威力哪一个大,?,(2),氢弹爆炸过程中核反应是怎样进行,?,9/53,【,归纳总结,】,1.,从比结合能图线看,轻核聚变后比结合能增加,所以聚变反应是一个放能反应。,比如,10/53,2.,聚变发生条件,:,要使轻核聚变,必须使轻核靠近核力发生作用距离,10,-15,m,这要克服电荷间强大斥力作用,要求使轻核含有足够大动能。要使原子核含有足够大动能,就要给它们加热,使物质到达几百万开尔文高温。,11/53,3.,12/53,4.,恒星演化,:,13/53,【,典例探究,】,【,典例,】,核聚变能是一个含有经济性能优越、安全可,靠、无环境污染等优势新能源。近年来,受控核聚变,科学可行性已得到验证,当前正在突破关键技术,最,终将建成商用核聚变电站。一个常见核聚变反应是,由氢同位素氘,(,又叫重氢,),和氚,(,又叫超重氢,),聚合成,氦,并释放一个中子若已知氘原子质量为,2.014u,14/53,氚原子质量为,3.016 0u,氦原子质量为,4.0026u,中子质量为,1.008 7u,1u=1.6610,-27,kg,。,(1),写出氘和氚聚合反应方程。,(2),试计算这个核反应释放出来能量。,(3),若建一座功率为,3.010,5,kW,核聚变电站,假设聚变所产生能量有二分之一变成了电能,每年要消耗多少质量氘,?(,一年按,3.210,7,s,计算,光速,c=3.0010,8,m/s,结果取两位有效数字,),15/53,【,思绪点拨,】,解答该题应关注以下三点,:,(1),依据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程。,(2),由爱因斯坦质能方程求解释放能量。,(3),由功率意义求一年内核反应次数。,16/53,【,正确解答,】,(1),依据质量数和电荷数守恒,可得核,反应方程为,17/53,(2),质量亏损,m=m,2,+m,3,-m,4,-m,1,=(2.014+3.016 0-4.002 6-1.008 7)u,=0.018 71.6610,-27,kg,=3.104 210,-29,kg,依据爱因斯坦质能方程,E=mc,2,核反应释放核能,E=mc,2,=3.104 210,-29,(310,8,),2,J=2.810,-12,J,18/53,(3),一年中产生电能发生核反应次数为,n=,所需氘质量,m=nm,2,1.6610,-27,kg=23kg.,答案,:,(1),(2)2.810,-12,J,(3)23kg,19/53,【,总结提升,】,轻核聚变释放核能计算,(1),正确书写核反应方程式是解题前提。,书写核反应方程式时,要明确反应物和生成物,并注意它们元素符号,尤其是同位素,不要忘记依据质量数守恒与电荷数守恒配平方程式。,20/53,(2),核能计算式要选取正确单位。,在利用,E=mc,2,进行计算时,若,m,取,kg,为单位,则,c,单位为,m/s;,若质量单位用原子质量单位,u,则要利用,1u,相当于,931.5MeV,计算核能。,21/53,【,赔偿训练,】,一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量,m,H,=1.0073u,中子质量,m,n,=1.0087u,氚核质量,m=3.0180u.,(1),写出聚变方程,.,(2),求释放出核能多大,.,(3),求平均每个核子释放能量是多大,.,22/53,【,解析,】,(1),聚变方程,(2),质量亏损,m=m,H,+2m,n,-m=(1.0073+21.0087-,3.0180)u=0.0067u,释放核能,E=mc,2,=0.0067931.5MeV6.24MeV,。,(3),平均每个核子放出能量为,MeV=2.08MeV.,答案,:,(1)(2)6.24MeV,(3)2.08MeV,23/53,【,过关训练,】,氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大能量,该反应方程为,:,式中,x,是某种粒子。,已知,:,和粒子,x,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,是真空中光速。由上述反应方程和数据可知,粒子,x,是,_,该反应释放出能量为,_MeV(,结果保留,3,位,有效数字,),。,24/53,【,解析,】,依据质量数和电荷数守恒可得,x,是,(,中子,),。核反应中质量亏损为,m=(2.014 1 u+3.016 1 u-4.002 6 u-1.008 7 u),=0.018 9 u,所以该反应释放出能量为,E=m,c,2,=17.6 MeV,答案,:,(1)(,或中子,),17.6,25/53,知识点二、可控核聚变反应研究进展,思索探究,:,如图描述是我国第一颗氢弹爆炸,成功消息传出后,人们欢呼庆贺,场景,请思索以下问题,:,(1),氢弹爆炸时,核能释放速度应该快还是慢,?,(2),当前,人们能否有效地控制核聚变速度,?,26/53,【,归纳总结,】,1.,核子聚变条件,:,要使核子发生聚变,必须使核子靠近核力能发生作用范围。,2.,聚变反应堆,:,受控聚变情况下释放能量装置。,27/53,3.,聚变反应堆研究进展,:,(1),托卡马克受控热核反应研究领先于其它路径。,(2),环流器,:,托卡马克是一个环形磁约束受控热核反应装置。,28/53,(3),环流器原理,:,在这种装置中,等离子体被不一样方向磁场约束在一个环管状金属反应室中,用电磁感应产生大电流对等离子体进行加热,从而实现等离子体热核燃料,“,点火,”,。,(4),超导托卡马克,:,将超导技术成功地应用于产生托卡马克强磁场线圈上制成。,29/53,4.,核聚变是一个安全、不产生放射性物质、原料成本低廉能源,是人类未来能源希望。,30/53,【,典例探究,】,【,典例,】,(,全国卷,),在以下描述核过程方程中,属于,衰变是,_,属于,衰变是,_,属于裂变是,_,属于聚变是,_,。,31/53,32/53,【,正确解答,】,原子核发生,衰变会产生一个新核和所以选项,C,是,衰变,;,原子核发生,衰变会产,生一个新核和,所以,A,、,B,选项为,衰变,;,重核被轰击后,发生裂变会产生几个质量差不多新核,所以选项,E,为裂变,;,两个轻核结合成质量较大核核反应,为核聚变,所以选项,F,为核聚变。,答案,:,C,A,、,B,E,F,33/53,【,过关训练,】,(,多项选择,),能源是社会发展基础,发展核能是处理能源问题路径之一,以下释放核能反应方程,表述正确有,(,),34/53,35/53,【,解析,】,选,A,、,C,。两个轻核聚合成一个较重核反应为核聚变反应,故,A,对,B,错。重核被中子轰击后分裂成两个中等质量原子核并放出若干个中子反应为核裂变反应,故,C,对。原子核放出,或,粒子后变成另一个原子核反应称为原子核衰变。原子核衰变反应物只有一个,故,D,错。,36/53,【,赔偿训练,】,我国自行设计、研制,“,人造太阳,”,装置,全超导非圆截面核聚变试验装置,(EAST),成为世界上第一个同时含有全超导磁体和主动冷却结构核聚变试验装置,.,它建成使我国迈入磁约束核聚变领域先进国家行列,.,以下关于,“,人造太阳,”,说法正确是,(,),37/53,A.,“,人造太阳,”,核反应方程是,B.,“,人造太阳,”,核反应方程是,C.,“,人造太阳,”,核能大小计算公式是,E=mc,2,D.,“,人造太阳,”,释放能量大小计算公式是,E=mc,2,38/53,【,解析,】,选,B,、,D.“,人造太阳”内进行是核聚变反应,故,A,错误,B,正确,.,核反应放出能量应由爱因斯坦质能方程计算,C,错误,D,正确,.,39/53,【,温馨提醒,】,轻核发生聚变反应时,一样满足能量守恒和动量守恒,所以聚变反应经常与能量、动量结合起来进行考查。,40/53,【,拓展例题,】,考查内容,:,能量守恒与轻核聚变反应,综合应用,两个动能均为,1 MeV,氘核发生正面碰撞,引发以下,反应,:,已知,:,氘核质量为,2.013 6 u,氚核质量为,3.015 6 u,氢核质量为,1.007 3 u,1,原子质量单位,(u),相当于,931.5 MeV.,试求,41/53,(1),此核反应中放出能量,E,为多少,MeV?,(2),若放出能量全部变为新生核动能,则新生氢核所含有动能为多少,MeV?,42/53,【,思绪点拨,】,氘核碰撞过程动量守恒,找到新生核动能与其动量关系,进而找到两新生核动能之间关系,.,43/53,【,正确解答,】,(1),由质能方程,核反应中放出能量为,:,E=m931.5MeV=(22.013 6 u-3.015 6 u-,1.007 3 u)931.5 MeV=4.005 MeV.,44/53,(2),相互作用过程中动量守恒,p,1,=p,2,新生氚核动能,:,新生氢核动能,:,由能量守恒得,:2E,k,E=,代入数据得新生氢核动能,:=4.5 MeV,答案,:,(1)4.005 MeV,(2)4.5 MeV,45/53,轻核聚变与重核裂变区分,反应方式,比较项目,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原子核,放出核能,两个轻核结合成质量较大原子核,放出核能,46/53,反应方式,比较项目,重核裂变,轻核聚变,放能多少,聚变反应比裂变反应平均每个核子放出能量大约要大3倍4倍,核废料,处理难度,聚变反应核废料处理要比裂变反应简单得多,47/53,反应方式,比较项目,重核裂变,轻核聚变,原料,蕴藏量,核裂变燃料铀在地球上储量有限,尤其用于核裂变铀235在铀矿石中只占0.7%,主要原料是氘,氘在地球上储量非常丰富.1 L海水中大约有0.03 g氘,假如用来进行热核反应,放出能量约与燃烧300 L汽油相当,48/53,反应方式,比较项目,重核裂变,轻核聚变,可控性,速度比较轻易进行人工控制,现在核电站都是用裂变反应释放核能,当前,除氢弹以外,人们还不能控制它,49/53,【,案例展示,】,下面关于原子核裂变和聚变说法,正确是,(,),A.,重核裂变和轻核聚变都放出核能,但地球上裂变材料比聚变材料丰富得多,B.,当前人类建成核电站全部是利用重核裂变放出能量来发电,50/53,C.,要使轻原子核发生聚变,必须使它们之间距离最少靠近到,10,-10,m,D.,太阳发出光和热主要来自太阳内部原子核聚变反应,51/53,【,正确解答,】,选,B,、,D,。裂变材料是铀,在地球上储量有限,而聚变主要原料是氘,在地球上储量非常丰富,1L,海水中大约有,0.03g,氘,A,错误,;,当前人们还不能有效地控制聚变速度,核电站全部是利用重核裂变放出能量来发电,B,正确,;,要发生聚变必须使轻核进入到核力作用范围,(10,-15,m),内,C,错误,;,太阳光和热来自于原子核聚变反应,D,正确,.,52/53,【,易错分析,】,本题易错选项及错误原因分析以下,:,易错选项,错误原因,A,不知道聚变原料氘起源,海水中含有大量锂,中子和锂作用能够产生氘,C,混同原子核与原子大小,要发生聚变反应,必须抵达核力作用范围(10-15m)内,53/53,