高三物理第三册轻核的聚变.doc

用心爱心专心

轻核的聚变
【教学目标】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
【教学重点】聚变反应的特点
【教学难点】聚变反应的条件
【授课时数】1-2课时
【教学过程】
［预习导读］
【知识要点】○、复习&引入
复习提问1：利用核能的两大途径分别是什么？
☆学生：轻核的聚变核重核的裂变。
复习提问2：利用重核裂变获取核能时，有哪些不利因素？
☆学生：燃料利用率低，废料处理存在隐患。
复习提问3：什么是核子平均质量？从核子平均质量曲线可以看出，最大效能利用核能的途径是什么？
☆学生：原子核的质量除以核子总数；轻核聚变。
一、轻核聚变
1、方程：+→+
计算表明，这个核反应释放的能量是17.6MeV。这个量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（201MeV）少，但平均每个核子产生的能量=3.52MeV却是铀裂变（=0.852MeV）的约4倍。
2、条件：使轻核的距离达到10－15m之内
由于库仑斥力的存在，要实现这个条件是相当困难的。可以采取的措施是使轻核具备很大的初动能，然后相向靠近。实际的做法是给轻核加高热，所以轻核聚变也称热核反应。
为了获取高热，常常使用重核裂变作为“引子”。所以，原子弹可以作为氢弹的“雷管”。
二、热核反应
学生阅读解决——
1、什么是热核反应
2、太阳的能源来自热核反应
3、什么是可控热核反应
4、氘核核氚核的来源
三、小结
总之，轻核聚变的前景无疑是比重核裂变更加诱人，但由于条件的难以实现和可控性尚未真正解决，其应用就不如重核裂变那样普遍。所以，教材的介绍就简短一些。我们在学习的时候，也主要停留在了解的层面就可以了。

【学法指导】
【疑难辩析】
【典型例析】
【例1】．四个氢核变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出多少能量？若1g氢完全聚变，能释放多少焦能量？（氢核质量为1.008142u，氦核质量为4.001509u）．4.47×10-12J，6.93×1011J

【例2】两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，中子的质量为1．0087u，质子的质量为1．0073u，氦核的质量为4．0026u，试计算用中子和质子生成1kg的氦时，要释放多少核能?
【例2】解析先计算生成一个氦核释放的能量，再根据1kg氦核的个数即可算出释放的总的核能．
核反应方程，
生成一个氦核过程的质量亏损
△m＝(1．0087u+1．0073u)×2-4．0026u＝0．0294u，
释放的核能△E＝0．0294×931．5Mev＝27．386Mev，
生成1kg氦核释放的能量

答案．
点评由于该题已知质量单位为原子质量单位，故先写出核反应方程，进而确定△m，最后利用“1u相当于931．5Mev”先算出△E，再将单位换算成焦耳就成了．

【例3】.两个氘核发生了如下核反应：H+H→H+n，其中氘核质量为2.1036u，氢核质量为3.1050u，中子质量为1.0087u。求：
①核反应中释放的核能。
②在两个氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。
③假设反应中产生的氦核沿直线向原来静止的碳核(C)接近，受库仑力的影响，当它们的距离最近时，两个原子核的动能各是多少?
【例3】.解析①释放的核能△E=3.26Mev②=0.99MevEn=2.97MeV③最近两者动能==0.04MeVEc==0.16Mev

【例4】．太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和H、He等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2e+4H→He+释放的核能，这些核能量最后转化为辐射能，根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的H核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段，为了简单，假定目前太阳全部由电子和H核组成。
（1）为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M，已知地球半径R=6.4×106m。地球质量m=6.0×1024kg，日地中心的距离r=1.5×1011m，地球表面处的重力加速度g=10m/s2，1年约为3.2×107秒，试估算目前太阳的质量M。
（2）已知质子质量mp=1.6726×10-27kg，He质量mα=6.6458×10-27kg，电子质量me=0.9×10-30kg，光速c=3×108m/s，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。
（3）又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能ω=1.35×103W/m2，试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命（估算结果只要求一位有效数字）。
【例4】．【解析】本题为2001年全国高考试题（理科综合卷）
（1）估算太阳的质量M
设T为地球绕日心运动的周期，则由万有力定律和