核裂變與核聚變“基本”粒子課件 2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊(cè)

第4節(jié)

核裂變與核聚變新教材人教版物理（高中選擇性必修第三冊(cè)）第五章

原子核課堂引入問(wèn)題與思考：較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并成中等大小的核的過(guò)程中，都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉(zhuǎn)化和使用的呢？一、核裂變的發(fā)現(xiàn)1938年底，德國(guó)物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轟擊鈾核的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，生成物中有原子序數(shù)為56的元素鋇。奧地利物理學(xué)家邁特納和弗里施對(duì)此做出了解釋，鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊。弗里施借用細(xì)胞分裂的生物學(xué)名詞，把這類核反應(yīng)定名為核裂變。哈恩邁特納一、核裂變的發(fā)現(xiàn)1.核裂變：物理學(xué)中把重核分裂成兩個(gè)較輕的核時(shí)，釋放出核能的反應(yīng)叫做核裂變。2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程，叫作核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量，或者鈾塊的體積大于臨界體積。一、核裂變的發(fā)現(xiàn)1947年，我國(guó)著名物理學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧夫婦在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鈾核也可能分裂為三部分或四部分。其概率大約是分裂為兩部分的概率的

。3.核裂變釋放大量的能量

一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放的能量如果200MeV估算，1kg鈾235全部裂變時(shí)放出的能量就相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的化學(xué)能!閱讀書(shū)本P121的拓展學(xué)習(xí)二、反應(yīng)堆與核電站原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)也可以在人工控制下進(jìn)行。這樣，釋放的核能就可以為人類的和平建設(shè)服務(wù)。其實(shí)，在第一個(gè)原子彈制成以前，科學(xué)家們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了核能的可控釋放。1942年，美籍意大利物理學(xué)家費(fèi)米就主持建立了世界上第一個(gè)稱為“核反應(yīng)堆”的裝置，首次通過(guò)可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)現(xiàn)了核能的釋放。反應(yīng)堆核心設(shè)施：濃縮鈾制成的鈾棒減速劑：石墨、重水或普通水，

用于減小中子的速度?？刂瓢簦烘k棒，用于吸收中子，

控制核反應(yīng)的快慢。三、核聚變1.核聚變：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫作核聚變。2.核聚變條件：使原子核間的距離達(dá)到10-15m3.實(shí)現(xiàn)的方法：把原子核加熱到溫度達(dá)到幾百萬(wàn)開(kāi)爾文4.核聚變應(yīng)用：氫彈5.天然核聚變：太陽(yáng)的核燃燒三、核聚變6.核聚變的優(yōu)點(diǎn)：（1）輕核聚變產(chǎn)能效率高，也就是說(shuō)，相同質(zhì)量的核燃料，反應(yīng)中產(chǎn)生的能量比較多；（2）地球上核聚變?nèi)剂想碗皟?chǔ)量豐富；（3）輕核聚變更為安全、清潔。8.解決的兩種方案：

（1）磁約束：帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中會(huì)由于洛倫茲力的作用而不飛散，因此有可能利用磁場(chǎng)來(lái)約束參加反應(yīng)的物質(zhì)，這就是磁約束。7.實(shí)現(xiàn)可控核聚變的困難：

核聚變需要的溫度太高，地球上沒(méi)有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度。中科院環(huán)流器裝置EAST三、核聚變（2）慣性約束：利用核聚變物質(zhì)的慣性進(jìn)行約束。在慣性約束下，可以用高能量密度的激光或X射線從各個(gè)方向照射參加反應(yīng)物質(zhì)，使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)。由于核聚變反應(yīng)的時(shí)間非常短，被“擠”在一起的核聚變物質(zhì)因自身的慣性還來(lái)不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)。8.解決的兩種方案：

第5節(jié)

“基本”粒子新教材人教版物理（高中選擇性必修第三冊(cè)）第五章

原子核一、發(fā)現(xiàn)新粒子1.發(fā)現(xiàn)歷史：

直到19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒。后來(lái)發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子和中子，并且知道了原子核和電子組成了原子，質(zhì)子和中子組成了原子核。于是許多人認(rèn)為光子、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，并把它們叫作“基本粒子”。然而，隨著科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到這些粒子并不“基本”。道爾頓（原子）湯姆孫（電子）盧瑟福（質(zhì)子）查德威克（中子）一、發(fā)現(xiàn)新粒子2.發(fā)現(xiàn)新粒子：從20世紀(jì)30年代以來(lái)，人們?cè)趯?duì)宇宙線的研究中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些新的粒子。二、粒子的分類1.強(qiáng)子：參與強(qiáng)相互作用的粒子。質(zhì)子和中子都是強(qiáng)子。4.希格斯玻色子：希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)。基本粒子因與希格斯場(chǎng)耦合而獲得質(zhì)量。2.輕子：輕子不參與強(qiáng)相互作用。最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子，后來(lái)發(fā)現(xiàn)的輕子有電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微