思易学教育选修十九核力与结合能;重核的裂变;核聚变;粒子和宇宙.docVIP

年 级 高三 学 科 物理 版 本 人教实验版 内容标题 第十九章 原子核 第5~8节 编稿老师 杨义 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 选修3—5 第十九章 原子核 第五节 核力与结合能 第六节 重核的裂变 第七节 核聚变 第八节 粒子与宇宙 二. 知识内容 （一）核力与结合能 1. 核力：（1）原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即核力。是核力把核子紧紧束缚在核内。 （2）特点：① 核力是强相互作用（强力）的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。 ② 核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m之内。 ③ 每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。 2. 四种基本相互作用 （1）万有引力；（2）电磁力；以上两种力都属于长程力；（3）核力；（4）弱相互作用（弱力）；以上两种力都属于短程力。 3. 原子核中质子与中子的比例：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多 4. 结合能：（1）定义：原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能. （2）比结合能：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，中等大小的核的比结合能最大。 5. 质量亏损：（1）质能方程：物体的能量与它的质量之间的关系是： （2）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。 由a个质子和b个中子结合成质量为mD的原子核其质量亏损为： Δm = amp + bmn — mD 根据爱因斯坦质能方程式可知，这些核子在结合成原子核过程放出的能量（数值上等于该原子的结合能）： ΔE =Δm c2 = （amp + bmn — mD）c2 （二）重核的裂变 1. 核裂变 （1）定义：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，弗里施把这类核反应定名为原子核的裂变。 （2） 核裂变的特点：① 裂变过程中能够放出巨大的能量；② 裂变的同时能够放出2～3（或更多个）中子；③ 裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小 典型的分裂方程： （3）链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。 2 核反应堆：（1）费米主持建立了世界上第一个称为“核反应堆”的装置； （2）在核反应堆中，为了使快中子速度减慢，在铀棒周围要放“慢化剂”； （3）为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒。 （三）核聚变 1. 核聚变 （1）定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变。聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量。 （2）氢核聚变的核反应方程：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应） （3）应用：① 热核反应主要应用在核武器上，如氢弹。 ② 在太阳内部，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，不断地放出热量。 2. 受控热核反应的优点：① 轻核聚变产能效率高，也就是说，相同质量的核燃料，反应中产生的能量比较多。② 地球上聚变燃料的储量丰富。③ 轻核聚变更为安全、清洁。 （四）粒子与宇宙 1. 粒子的分类 （1）强子：强子是参与强相互作用的粒子。质子是最早发现的强子，强子又分为介子和重子两类。 （2）轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子。最早发现的轻子是电子。 （3）媒介子：媒介子是传递各种相互作用的粒子。 2. 夸克模型：（1）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。 （2）夸克的分类：目前发现的夸克共有6种分别是，上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，且它们都存在反夸克。夸克不能以自由状态单个现出（禁闭性）。夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。 3. 宇宙演化：“粒子家族”大爆炸后10－44 s，温度1032K，产生夸克、轻子、胶子强子时间（大爆炸后10－6 s，温度1013K，夸克构成质子和中子等强子） 轻子时代（温度1011K，少量夸克，大量光子、中微子和电子等轻子存在）核合成时代（温度109K，质子、中子结合成氘核）混合电离气体时期（温度104K，电子、质子和氦核混合电离气体）中性粒子期（温度3000K，电子与质子复合成中性氢气）恒星、星系期（继续冷却，质子、电子、原子等与光子分离逐步组成恒星和星系）。 4. 恒星的演化：宇宙尘埃星云团恒星 三. 重点、难点解析 核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点