物理：新人教版选修3-5 19.7 核聚变 (课件)
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高中物理 19.7 核聚变课件 新人教版选修35
§7 核 聚 变
学习目标
1. 知道聚变的概念，知道太阳能是热核聚变释放的核能； 2. 知道聚变（热核反应）的条件和优点； 3. 知道海洋中拥有巨大的聚变资源，知道研究受控热核 反应的重大意义。
设计思路
当今世界，环境问题日趋严重，人们在提高生活品质的同 时，也在对能源可持续发展提出了严峻的考验。
通过让学生自己阅读课本，让他们知道核聚变反应的特点 及聚变反应的条件，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问 题的能力。
由能的转化和守恒定律知 EkU + Ekα = ΔE - 0.09 MeV= 4.266 MeV
pU = pα
Ek
1 2
m 2
p2 2m
α 粒子的动能为
——核聚变的利用
可控热核反应可以为人类提供巨 大的能源，和平利用聚变产生的核量 是非常吸引人的重大课题。2009年6月 11日，位于成都的核工业西南物理研 究院宣布，该院在受控核聚变实验装 置——中国环流器二号A装置上首次实 现了偏滤器位形下高约束模式运行。
由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式得
RU
mUU
qU B
，Rα
mαα
qα B
联立解得：RU qα 2 1 RU qU 92 46
（2）核反应中释放的核能为 ΔE = Δmc2 = (238.999655 - 234.99347 - 4.001509)×931.5 MeV = 4.356 MeV
（3）轻聚变更为安全、清洁
（高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放 射性的。废物主要是泄露的氘，高速中子，质子与其他物质 反应生成的发射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少， 容易处理）
学习目标
1. 知道聚变的概念，知道太阳能是热核聚变释放的核能； 2. 知道聚变（热核反应）的条件和优点； 3. 知道海洋中拥有巨大的聚变资源，知道研究受控热核 反应的重大意义。
设计思路
当今世界，环境问题日趋严重，人们在提高生活品质的同 时，也在对能源可持续发展提出了严峻的考验。
通过让学生自己阅读课本，让他们知道核聚变反应的特点 及聚变反应的条件，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问 题的能力。
由能的转化和守恒定律知 EkU + Ekα = ΔE - 0.09 MeV= 4.266 MeV
pU = pα
Ek
1 2
m 2
p2 2m
α 粒子的动能为
——核聚变的利用
可控热核反应可以为人类提供巨 大的能源，和平利用聚变产生的核量 是非常吸引人的重大课题。2009年6月 11日，位于成都的核工业西南物理研 究院宣布，该院在受控核聚变实验装 置——中国环流器二号A装置上首次实 现了偏滤器位形下高约束模式运行。
由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式得
RU
mUU
qU B
，Rα
mαα
qα B
联立解得：RU qα 2 1 RU qU 92 46
（2）核反应中释放的核能为 ΔE = Δmc2 = (238.999655 - 234.99347 - 4.001509)×931.5 MeV = 4.356 MeV
（3）轻聚变更为安全、清洁
（高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放 射性的。废物主要是泄露的氘，高速中子，质子与其他物质 反应生成的发射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少， 容易处理）
2015-2016高中物理 第19章 第7节 核聚变课件 新人教版选修3-5
＝ ，ΔE＝ .故
栏 目 链 接
B正确；
在常温下不能发生聚变，只有在高温下
才能发生聚变，故 C错误；我国大亚湾核电站就是利用重 核的裂变释放的能量来发电的．故D错误．
题型三
受控热核反应与核能利用
1994年3月，中国科技大学研制成功了比较先进的 HT－7
型超导托卡马克，托卡马克(Tokamak)是研究受控核聚变的 一种装置，这个词是 toroidal( 环形的 ) 、 kamera( 真空室 ) 、 magnet( 磁 )的头两个字母以及 katushka( 线圈 ) 的第一个字母 组成的缩写词，根据以上信息，下列说法不正确的是( )
它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力．
这就要使原子核具有很大的动能．用什么办法能使大量原子
核获得足够的动能来产生聚变呢？有一种办法就是给它们加
以很高的温度．当物体达到几百万摄氏度的高温时，剧烈的 热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服相互间 的库仑斥力，在碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核 反应．
解析： 太阳能是太阳内部核聚变反应产生的，反应中释放 出能量是因为 确． 核子的平均质量较 的大，故A、C正
知识点二
受控热核反应
1．热核反应的优点(与裂变相比)．
(1)产生的能量大； (2)反应后生成的放射性物质易处理； (3)热核反应的燃料在地球上储量丰富． 2．实现核聚变的难点．
栏 目 链 接
C．这个核反应中质量亏损
D．这个核反应中释放的核能
解析：由质量数守恒和电荷数守恒知：X为 该反应中质量亏损
，A、B均错，
，C错； ，D对．
题型一
核聚变与半衰期
恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当
栏 目 链 接
B正确；
在常温下不能发生聚变，只有在高温下
才能发生聚变，故 C错误；我国大亚湾核电站就是利用重 核的裂变释放的能量来发电的．故D错误．
题型三
受控热核反应与核能利用
1994年3月，中国科技大学研制成功了比较先进的 HT－7
型超导托卡马克，托卡马克(Tokamak)是研究受控核聚变的 一种装置，这个词是 toroidal( 环形的 ) 、 kamera( 真空室 ) 、 magnet( 磁 )的头两个字母以及 katushka( 线圈 ) 的第一个字母 组成的缩写词，根据以上信息，下列说法不正确的是( )
它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力．
这就要使原子核具有很大的动能．用什么办法能使大量原子
核获得足够的动能来产生聚变呢？有一种办法就是给它们加
以很高的温度．当物体达到几百万摄氏度的高温时，剧烈的 热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服相互间 的库仑斥力，在碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核 反应．
解析： 太阳能是太阳内部核聚变反应产生的，反应中释放 出能量是因为 确． 核子的平均质量较 的大，故A、C正
知识点二
受控热核反应
1．热核反应的优点(与裂变相比)．
(1)产生的能量大； (2)反应后生成的放射性物质易处理； (3)热核反应的燃料在地球上储量丰富． 2．实现核聚变的难点．
栏 目 链 接
C．这个核反应中质量亏损
D．这个核反应中释放的核能
解析：由质量数守恒和电荷数守恒知：X为 该反应中质量亏损
，A、B均错，
，C错； ，D对．
题型一
核聚变与半衰期
恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当
人教版高中物理选修35课件：第十九章+原子核第7节+核聚变+(共17张PPT)
核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
普通炸药
爆炸
铀235 外壳
原
子 弹
Ｕ235
裂变
氘、氚、重 氢化钾等
氘、氚 聚变
引爆装置
2 1
H31H42
He
01n
核聚变普遍存在于宇宙中
二、受控热核反应——核聚变的利用
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
1、轻核聚变产能效率高 2、地球上聚变燃料的储量丰富
可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用聚 变产生的核量是非常吸引人的重大课题，我国的可控 核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果.
本节要求掌握：
1、知道聚变的概念，知道太阳能是热核 聚变释放的核能
2、知道聚变（热核反应）的条件和优点 3、知道海洋中拥有巨大的聚变资源，知 道研究受控热核反应的重大意义
4、了解受控热核聚变是目前科学家研究 的重大课题
平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中 平均每个核子放出的能量大3~4倍。
发生聚变的条件:
微观上：使原子核间的距离达到10-15m，核力 才起作用 （原子核需要很大的动能才会“撞”在一起）
实现的方法有: 1、用加速器加速原子核； 不经济 ２、把原子核加热到很高的温度； 108～109K
第十九章 原子核
第7节 核聚变
一、 核聚变（热核反应） 某些轻核能够结合在一起，生成一个较 大的原子核，这种核反应叫做聚变。
2 1H3 1H 4 2He0 1n
21H21H 2 3He01n
聚变后比结合能增加， 反应中会释放能量
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1H3 1H 4 2He0 1n
人教版高中物理选修3-5课件19.7《核聚变》
He11H
2 1
H
31
H42
He
01n
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1
H
31
H42
He01
n
氘核的质量：mD = 2.014102u 氚核的质量：mT = 3.016050u 氦核的质量：mα = 4.002603u 中子的质量：mn =1.008665u
解析：亏损的质量
m m D mT (m mn ) 0.018884u
损失的能量
E mc 2 0.01884 931.5MeV E 17.59MeV
发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
实现的方法有:
1、用加速器加速原子核；
不经济
２、把原子核加热到很高的温度；
高中物理课件
灿若寒星整理制作
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。
现在环境问题日趋严重，人们在提高生活品质的同时，也在对能源可 持续发展提出了严峻的考验。
通过让学生自己阅读课本，让他们聚变核反应的特点及聚变反应的条 件，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。
2.现在的技术还不能控制热核反应。 问题有：
①热核反应的的点火温度很高；
②如何约束聚变所需的燃料； ③反应装置中的气体密度要很低 ，相当于常温常压下气体 密度的几万分之一；
磁场约束
3.实现核聚变的两种方案。 ①磁约束 ②惯性约束
环流器的结构
惯性约束
108～109K
聚变反应又叫热核反应
核聚变的利用——氢弹
优秀课件人教版高中物理选修3-5核聚变 (共16张PPT)
（2）地球上聚变燃料的储量丰富
每升水中就含有 0.03 g 氘，地球上有 138.6 亿亿立方米 的水，大约有 40 万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂 储量有2000 亿吨。 1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变， 放出的能量相当于燃烧300L汽油,轻核聚变是能源危机的终结 者。
（3）轻核聚变更安全、清洁
实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持， 反应就自动终止了。
（4）反应中放射物质的处理较容易
氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废 物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他物质反 应而生成的放射性物质，比裂变所生成的废物的数量少，容 易处理。
2. 现在的技术还不能控制热核反应，问题有
太阳的中心发生 核聚变，放出巨大 能量，太阳；这个 天然的的核聚变过 程已经发生了好几 十亿年
二、受控热核反应——核聚变的利用
1.聚变与裂变相比的优点： （1）轻核聚变产能效率高
相同的核燃料释放的能量多。常见的聚变反应平均每个核子放出 的能量约3.3MeV，而裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。
2 1 3 2 1 0
2 1
2 1
H H He H
2 1 3 2 1 1
3 1 4 2 1 0
H H He n
计算下面核聚变放出的能量:
2 1
H + H He + n
3 1 4 2 1 0
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
201 是铀裂变（ = 0.852MeV）的约4倍。 235 + 1
2、发生聚变的条件:
高中物理人教版选修3-5 第19章第7节 核聚变 课件(共22张PPT)
中国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况
东方超环——EAST全超导托卡马克实验装置
受控热核反应
（2）惯性约束：利用强激光的惯性压力约束参加反应的物质。
以激光进行惯性约束聚变的图解： 1.蓝色箭头代表激光； 2.橘色代表固态球状核燃料向外爆裂的力量； 3.紫色代表因激光热能而产生向内的惯性作用力； 4.橙色代表压缩后的燃料核，产生的热量快速向外放射 ，发散的能量是激光光束加在燃料球上的数倍。
A
C O Fe
B Z
释放核能的方式
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核 能的反应叫做裂变．把轻核结合成质量较大的核， 释放出核能的反应叫做聚变．
+
+
聚变
裂变
一、核聚变及其条件
氢核聚变
2 ：1 3 1 4 2 1 0
地球上最容 易发生的氢 核聚变
H H He n17.6 MeV
平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释 放能量的3～4倍!
2．把原子核加热到很高的温度108~109K
将一团氘和氚核约束起来，并保持一定的密度。将核加热到 上亿度的超高温，使其在极短时间内一起发生聚变。
聚变反应特点
聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量， 靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去。
实例：
1. 太阳内部和许多恒星内部温度高达107K以上， 其反应就是热核反应的实例。 2. 核武器——氢弹！在短时间释放巨大的能量， 这就是聚变引起的核爆炸。
核子平均质量（知识储备2)
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的 增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核 子的平均质量与原子序数有如图的关系：
核子的平均质量是：
人教版高二物理选修3-5第十九章19.6_7核裂变与核聚变(共19张PPT)
例1、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u
3 He 核的质量为3.0150u。求：
2
（1）写出两个氘核聚变成
3 He
2
的核反应方程式
（2）计算上述核反应中释放的核能。
【分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方 程即可求出反应释放的核能。
解答： （1）
12H 12H 23He01n
1kg
U 2 3 5
92
含有2.56×1024个
U 2 3 5
92
，如果全部发生核
裂变，放出的能量为8.2×1013J
（2）链式反应：
29325U+01n→15461Ba+3962Kr +301n
? U 235 92
→15461Ba+3962Kr
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代 继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．
H
12
H
42
He
10
n 17.6MeV
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
17.6 = 3.52MeV却是铀裂变（
23
201 235 1 = 0.852MeV）的约4倍。
1、轻核聚变的条件：
核子要距 离十分近
加热 高温
几百万度 高温
热核反应
条件、应用
➢使轻核发生聚变，必须使它们的距离十分接近，达 到10-15m的距离。 ➢为了克服巨大的库仑力，需要使原子核有极大的动 能。 ➢一般的办法是把它们加热到很高的温度。通常需要 几百万度以上的高温。
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”。
《核聚变》【公开课教学PPT课件】高中物理
活动1：小小科学家 磁约束——环流器（托卡马克）
活动1：小小科学家 磁约束——仿星器
活动1：小小科学家
惯性约束---激光点火
神 光 Ⅲ 号
二、受控热核反应
2、可控核聚变的实现方法
• 磁约束
将燃料锁定在一定空间
• 惯性约束
产生高温
二、受控热核反应
三、核聚变能源的利用
• 核聚变能源被誉为人类的终极能源 • 具有产能高、原料丰富、废料清洁等优点
3、实现方法 • 把原子核加热到足够大的温度
几百万开尔文高温
二、受控热核反应
1、实现核聚变的难点
• 地球上没有容器能承受如此高的温度 • 几百万开尔文的高温如何实现？ 通过查找资料，你是否了解到国际上主流的做法？
活动1：小小科学家 课前自主学习，课堂展示风采
• 介绍一种实现可控核聚变的方法及其原理？
2007年10月，中国、欧盟、印度、日本、韩国、 俄罗斯和美国等七个国家和地区合作开展“国际核聚变 实验（ITER）”计划。
活动2：科学辩论会 辩题：开发核聚变能源的利弊
正方：利大于弊
反方：弊大于利
一辩：陆睿韬 二辩：刘 旭 三辩：邢牧凡 四辩：胡予萱
VS 一辩：李敏慧 二辩：陆子骏 三辩：刘静怡 四辩：彭 皓
主要成分：氢
核
+
聚
高温1.5 x 107K
变
高压2000亿帕斯卡
科学家估计：
太阳核聚变能维持90~100亿年
核聚变的利用——氢弹
外壳
弹
氘、氚等热 核燃料
引爆装置
三种组合：
普通炸药 爆炸
Ｕ235
裂变
氘、氚 聚变
2 1
H
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2
发生聚变的条件: 使原子核间的距离达到10-15m 实现的方法有: 源自、用加速器加速原子核；不经济
２、把原子核加热到很高的温度；
108～109K
聚变反应又叫热核反应
弹体 普通炸药 铀235
H H He n 外壳
2 1 3 1 4 2 1 0
三种炸药：
小 型 原 子 弹
普通炸药
爆炸 裂变 聚变
2 1
H H He n
3 1 4 2 1 0
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
m mD mT (m mn ) 0.018884u
E mc 0.01884 931.5MeV E 17.59MeV
〓
裂变
1 轻核的聚变（热核反应）
某些轻核能 够结合在一 起，生成一 个较大的原 子核，这种 核反应叫做 聚变。
轻核的聚变:
2 1
H H He n
2 1 3 2 1 0
2 1
2 1
H H He H
2 1 3 2 1 1
H H He n
3 1 4 2 1 0
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： １、热核反应的的点火温度很高； ２、如何约束聚变所需的燃料；
磁场约束
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： １、热核反应的的点火温度很高； ２、如何约束聚变所需的燃料； ３、反应装置中的气体密度 要很低 ，相当于常温常压下 气体密度的几万分之一；
惯性约束
第七节、核聚变
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的 增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核 子的平均质量与原子序数有如图的关系：
核子的平均质量是： 原子核的质量 核子数
核子平均质量
D E F A
C O
B Z
Fe 核子的平均质量与原子序数之间的关系
一、核聚变
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核 能的反应叫做裂变．把轻核结合成质量较大的核， 释放出核能的反映叫做聚变． 〓 聚变
Ｕ235
氘、氚
氘、氚、重 氢化钾等 引爆装置
氢弹爆炸形成的磨姑云
二、可控热核反应——核聚变的利用
可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用 聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，我国的 可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研 究成果.
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 见教材P101
发生聚变的条件: 使原子核间的距离达到10-15m 实现的方法有: 源自、用加速器加速原子核；不经济
２、把原子核加热到很高的温度；
108～109K
聚变反应又叫热核反应
弹体 普通炸药 铀235
H H He n 外壳
2 1 3 1 4 2 1 0
三种炸药：
小 型 原 子 弹
普通炸药
爆炸 裂变 聚变
2 1
H H He n
3 1 4 2 1 0
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
m mD mT (m mn ) 0.018884u
E mc 0.01884 931.5MeV E 17.59MeV
〓
裂变
1 轻核的聚变（热核反应）
某些轻核能 够结合在一 起，生成一 个较大的原 子核，这种 核反应叫做 聚变。
轻核的聚变:
2 1
H H He n
2 1 3 2 1 0
2 1
2 1
H H He H
2 1 3 2 1 1
H H He n
3 1 4 2 1 0
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： １、热核反应的的点火温度很高； ２、如何约束聚变所需的燃料；
磁场约束
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： １、热核反应的的点火温度很高； ２、如何约束聚变所需的燃料； ３、反应装置中的气体密度 要很低 ，相当于常温常压下 气体密度的几万分之一；
惯性约束
第七节、核聚变
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的 增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核 子的平均质量与原子序数有如图的关系：
核子的平均质量是： 原子核的质量 核子数
核子平均质量
D E F A
C O
B Z
Fe 核子的平均质量与原子序数之间的关系
一、核聚变
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核 能的反应叫做裂变．把轻核结合成质量较大的核， 释放出核能的反映叫做聚变． 〓 聚变
Ｕ235
氘、氚
氘、氚、重 氢化钾等 引爆装置
氢弹爆炸形成的磨姑云
二、可控热核反应——核聚变的利用
可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用 聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，我国的 可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研 究成果.
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 见教材P101