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学而优教有方
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第五章原子核
第四节核裂变与核聚变
第五节“基本”粒子
[核心素养·明目标]
核心素养
学习目标
物理观念
知道核聚变与和裂变的不同,通过核反应方程能计算所释放的能量;关于粒子、粒子与相互作用、夸克模型等的基本认识
科学思维
分清裂变和聚变的含义,知道当前核聚变是不受控制的;分清粒子大小的数量级以及相互组成的关系,知道当前还有许多新粒子被不断发现。
科学探究
通过核裂变的示意图推理出三分裂和四分裂的概念;通过研究宇宙射线和强子对撞机,是发现新粒子的两种方法
科学态度
与责任
通过观看我国原子弹氢弹的爆炸视频,激发学生献身国防的爱国主义热情;粒子是不断发展的,具有相对持久性和普适性。我们要把粒子思想应用与实际生活中
[基础知识深层理解提高]
知识点一:核裂变的发现
1.核裂变:铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块,这类核反应定名为核裂变.
2.铀核裂变:用中子轰击铀核时,铀核发生裂变,其产物是多种多样的,其中一种典型的反应是
eq\o\al(235,?92)U+eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,?56)Ba+eq\o\al(89,36)Kr+3eq\o\al(1,0)n.
3.链式反应:中子轰击重核发生裂变后,裂变释放的中子继续与其他重核发生反应,引起新的核裂变,使核裂变反应一代接一代继续下去,这样的过程叫作核裂变的链式反应.
4.临界体积和临界质量:核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积,相应的质量叫作临界质量.
知识点二:反应堆与核电站
1.核电站:利用核能发电,它的核心设施是反应堆,它主要由以下几部分组成:(1)燃料:铀棒.(2)慢化剂:石墨、重水和普通水(也叫轻水).(3)控制棒: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,它吸收中子的能力很强,当反应过于激烈时,将镉棒插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些,这种镉棒叫作控制棒.
2.工作原理:核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高,水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动,把反应堆内的热量传输出去,用于发电,同时也使反应堆冷却.
3.核污染的处理:在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层,用来屏蔽裂变产物放出的各种射线.核废料具有很强的放射性,需要装入特制的容器,深埋地下
知识点三:核聚变
1.定义:两个轻核结合成质量较大的核,这样的核反应叫作核聚变.
2.核反应方程:eq\o\al(2,1)H+eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(1,0)n+17.6MeV.
3.条件:使轻核的距离达到10-15m以内.方法:加热到很高的温度.
4.宇宙中的核聚变:太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能.
5.人工热核反应:氢弹.首先由化学炸药引爆原子弹,再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸.
6.核聚变与核裂变的比较
(1)优点:①轻核聚变产能效率高;②地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富;③轻核聚变更为安全、清洁.
(2)缺点:核聚变需要的温度太高,地球上没有任何容器能够经受如此高的温度.解决方案:磁约束和惯性约束.
知识点四:粒子和宇宙
1.“基本粒子”不基本:(1)直到19世纪末,人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子.(2)随着科学的发展,科学家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、中子等本身也有复杂结构.
2.发现新粒子:(1)新粒子:1932年发现了正电子,1937年发现了μ子,1947年发现了K介子和π介子及以后的超子等.(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:(1)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,带电量为±eq\f(2,3)e或±eq\f(1,3)e.(2)夸克的种类:上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t).(3)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-eq\f(1,3)或+eq\f(2,3).例如,上夸克带的电荷量为+eq\f(2e,3),下夸克带的电荷量为-eq\f(e,3).(4)意义:电子电荷不再是电荷的最小单位,即存在分数电荷.
4.宇宙的演化:宇宙大爆炸eq\o(――→,\s\up7(约10-44s后))温度为1032K,产生了夸克、轻子、胶子等粒子eq\o(――→,\s\up7(约10-6s后))温度下降到1013K左右,强子时代→温度下降到1011K时,轻子时代→温度下降到109K时,核合成时
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