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2019-2020年高中物理
19.7核聚变学案新人教选修3-5学习目标1.了解聚变反应的特点及其条件.2.了解可控热核反应及其研究和发展.3.知道轻核的聚变能够释放出很多的能量如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景学习重点聚变核反应的特点聚变反应的条件自主学习
一、核聚变1.定义两个轻核结合成质量______的核的反应.轻核聚变反应必须在______下进行,因此又叫热核反应.2.核反应举例H+H―→__________+n+
17.6MeV3.特点在消耗相同质量的核燃料时,轻核聚变比重核裂变能__________的能量.热核反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠__________的热就可以使反应进行下去.4.实例分析1核武器______,由普通炸药引爆________,再由________爆炸产生的高温高压引发热核爆炸.2宇宙天体热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着,太阳就是一个巨大的____________.
二、受控热核反应1.聚变与裂变相比有很多优点1轻核聚变____________相同质量的核燃料,聚变反应产生的能量较多.2地球上聚变燃料的储量______.地球上的河流、湖泊、海洋中的水中含有丰富的____,反应中所用的氚可以用____制取,而____在地球上也有很大的储量.3轻核聚变更为安全、清洁.聚变反应产生的____没有放射性,放射性废物主要是泄漏的氚和聚变时产生的高速______、______与其他物质反应而生成的放射性物质,比裂变反应堆生成的废物________、容易处理.2.约束核聚变材料的方法1磁约束带电粒子在均匀磁场中运动时会由于洛伦兹力的作用而不飞散,所以可用磁场约束参加反应的物质,目前性能最好的磁约束装置是________.2惯性约束聚变反应的时间非常短,聚变物质由于自身______还来不及扩散就完成了反应,因此,在______约束下,可以用激光照射的方法使聚变物质“挤”在一起发生反应.典型例题例
1、xx·烟台诊断两个动能均为1MeV的氘核发生正面碰撞,引起如下反应H+H―→H+H,已知氘核的质量为
2.0136u,氚核的质量为
3.0156u,氢核的质量为
1.0073u1原子质量单位u相当于
931.5MeV.试求1此核反应中放出的能量ΔE为多少MeV2若放出的能量全部变为新生核的动能,则新生的氢核所具有的动能为多少MeV[解析]1由质能方程的简化公式得ΔE=Δm×
931.5MeV=2×
2.0136-
3.0156-
1.0073×
931.5MeV≈
4.005MeV2设氚核和氢核的动量分别为p
1、p2,动能分别为Ek
1、Ek
2.相互作用过程中动量守恒p1=p2Ek1==Ek2==由能量守恒得2Ek+ΔE=Ek1+Ek2由以上几式并代入数据可解得Ek2≈
4.5MeV.答案
14.005MeV
24.5MeV自我检测1.发生热核反应的办法有 A.用中子轰击B.保持室温环境、增大压强C.把物体加热到几百万摄氏度以上D.用γ光子照射2.关于轻核聚变释放核能,下列说法正确的是 A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B.聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量大C.聚变反应中粒子的比结合能变小D.聚变反应中由于形成质量较大的核,故反应后质量增加3.xx·郑州质检钱学森被评为“xx感动中国十大人物”,他参与了我国第一颗原子弹和第一颗氢弹的研制工作.氢弹爆炸时发生的核反应是 A.Be+He―→C+nB.Th―→Pa+eC.U+n―→Sr+Xe+10nD.H+H―→He+n4.已知氦原子核的质量为mHeu,电子的质量为meu,质子的质量为mpu,中子的质量为mnu,u为原子质量单位,且由爱因斯坦的质能方程E=mc2可知1u对应
931.5MeV的能量,若取光速c=3×108m/s,则每合成聚变一个氦原子核,释放的能量为 A.[2×mp+mn-mHe]×
931.5MeVB.[2×mp+mn+me]×
931.5MeVC.[2×mp+mn+me]×c2D.[2×mp+mn-mHe]×c25.有下列反应
①He+Al―→P+n
②H+H―→He+γ
③F+H―→O+He
④U+n―→Sr+Xe+10n+γ关于上面四个核反应方程,下列说法正确的是 A.
①是原子核的人工转变的反应方程式B.
②是聚变的核反应方程式C.
③是α衰变的反应方程式D.
④是裂变的核反应方程式6.xx·东营模拟一个氘核和一个氚核的反应方程是H+H―→He+n,此反应过程产生的质量亏损为Δm.已知阿伏加德罗常数为NA,真空中的光速为c.若1mol氘和1mol氚完全发生反应生成氦,则在这个核反应中释放的能量为 A.NAΔmc2B.NAΔmc2C.2NAΔmc2D.5NAΔmc27.xx·潍坊质检设太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核放出2个正电子的热核反应,这个核反应释放的大量能量就是太阳的能源.已知mp=
1.007276u,mHe=
4.002603u,me=
0.000548u.1写出这个核反应方程;2这一核反应释放出的能量有多少焦?3若太阳向空间辐射的总功率为
3.8×1026W,则太阳的质量每秒将减少多少千克?8.试求在氢弹中合成1kg的氦时所释放的能量.氘核H的质量为
2.0136u,氚核H的质量为
3.0166u,氦核He的质量为
4.0026u,中子的质量为
1.0087u参考答案
一、
1.较大 高温
2.He
3.产生更多 自身产生4.1氢弹 原子弹 原子弹 2热核反应堆
二、
1.1产能效率高 2丰富 氘 锂 锂 3氦 中子 质子 数量少
2.1环流器 2惯性 惯性1.选C 要发生热核反应,必须使轻核接近核力发生作用的距离10-15m,这就要求原子核应具有足够的动能,方法是给原子核加热,使其达到几百万摄氏度的高温.2.选B 在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多,但平均每个核子释放的能量一定大,故A错误,B正确;由于聚变反应中释放出巨大能量,则比结合能一定增加,质量发生亏损,故C、D错误.6.选A 其核反应方程为2H+2n―→He,则其反应中的质量亏损为[2mp+mn-mHe]u,所以ΔE=[2mp+mn-mHe]×
931.5MeV,A选项正确.7.选ABD 根据各种定义可知
①是人工转变的反应方程式;
②是聚变的核反应方程式;
③并不是α衰变,而是人工转变,衰变是自发进行的,不需要外界因素的影响;
④是裂变的核反应方程式.故答案为A、B、D.8.选B 由爱因斯坦质能方程E=mc2可知,一次核反应释放出的核能为ΔE=Δmc2,则1mol氘和1mol氚核反应释放的能量为NAΔmc
2.9.解析1核反应方程式为4H―→He+2e2该核反应中放出的结合能为ΔE=4mp-mHe-2mec2解得ΔE≈
23.7MeV≈
3.79×10-12J3太阳每秒减少的质量为Δm=解得Δm≈
4.2×109kg答案14H―→He+2e
23.79×10-12J
34.2×109kg10.解析设弹壳内装的是氘和氚,它们在高温下聚变生成氦,核聚变方程为H+H―→He+n.当一个氘核H与一个氚核H发生反应时放出的能量为ΔE=Δmc2=
2.0136+
3.0166-
4.0026-
1.0087×
931.5MeV≈
17.6MeV.1kg氦He中所含的原子核数目为N=nNA=×
6.02×1023个≈
1.5×1026个.可求得合成1kg氦时所释放的总能量为E=NΔE=
1.5×1026×
17.6MeV=
2.64×1027MeV.答案
2.64×1027MeV。