一. 本周教學內容： 輕核的聚變
二. 要點：
1. 了解輕核的聚變特點，知道可控熱核反應，知道熱核反應及其應用。
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三. 疑難辨析：
1. 核學中把輕核結合成質量較大的核，釋放出核能的反應叫做輕核的聚變、簡稱聚變。聚變放出核能的原因是原子序數很小的輕核（質量數小于30）結合成一個原子序數大些的核時，會有質量虧損，因而放出核能。
使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離十分接近，達到10－15m的近距離。由于原子核都是帶正電的，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的庫侖斥力。這就需要原子核有足夠的動能，有一種辦法，就是把它加熱到幾百萬攝氏度以上的高溫，因此聚變反應又叫熱核反應。熱核反應一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產生的熱就可以使反應進行下去。
熱核反應與核裂變反應相比具有以下優(yōu)越性：① 就相同質量的核燃料而言，熱核反應釋放的核能比裂變反應大得多；② 裂變時產生的放射性物質，由于放射性強、半衰期大，處理起來比較困難，而熱核反應在這方面的問題要簡單得多；③ 就核燃料的儲量而言，熱核反應所用的燃料氘，在地球上的儲量非常豐富。
2. 利用人工控制的熱核反應稱為可控熱核反應。太陽輻射的能量來自太陽內部的熱核反應。氫彈的原理也是熱核反應。
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【典型例題】
[例1] 一個質子和兩個中子聚變成一個氚核，已知質子的質量為< style= > =1.0073u，中子質量為解：
（1）聚變方程為
（2）質量虧損Δm=mH 2mn－m＝（1.0073 2×1.0087－3.0180）u=0.0067u
釋放的核能ΔE=Δmc2＝0.0067×931.5MeV≈6.24MeV
（3）平均每個核子放出的能量為
B.
解：由定義可知，A、C正確
[例3] 甲、乙兩個原來靜止的原子核在勻強磁場中衰變后的運動軌跡分別如圖中的（甲）和（乙）所示。
（1）哪一個是 衰變?哪一個是 粒子的徑跡？哪一個是 粒子的徑跡？
（3）如果甲圖中軌道半徑之比為 ，求發(fā)生衰變的原子核的原子序數為多少？
衰變，圖（乙）是 粒子的徑跡，②是 粒子的徑跡；（3）90
[例4] 在慢中子反應堆中，用石墨作減速劑，將鈾核裂變產生的快中子變成慢中子。若初速度為v0的中子與碳原子發(fā)生彈性正碰，且碳原子在碰撞之前是靜止的，求中子與n個碳原子核發(fā)生碰撞后的速度。（已知碳核的質量是中子的12倍）
【模擬一】（答題時間：30分鐘）
1. 下列關于核聚變的說法中，正確的是（ ）
A. 要使聚變產生必須克服庫侖力做功
B. 輕核聚變需要幾百萬攝氏度的高溫，因此聚變又叫做熱核反應
C. 原子彈爆炸能產生幾百萬攝氏度的高溫。所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應
D. 太陽和許多恒星內部都在激烈地進行著熱核反應
2. 1994年3月，中國科學技術研制了比較先進的HT?D7型超導托卡馬克。托卡馬克（Tokamak）是研究受控核聚變的一種裝置。這個詞是 torodal（環(huán)形的）、kamera（真空室）、magnit（磁）的頭兩個字母以及katushka（線圈）的第一個字母組成的縮寫詞。根據以上信息，下述判斷中可能正確的是（ ）
A. 核反應原理是氫的原子核在裝置中聚變成氦核，同時放出大量的能量，和太陽發(fā)光的原理類似
B. 線圈的作用是通電產生磁場使氘核等帶電粒子在磁場中旋轉而不溢出
C. 這種裝置同我國秦山、大亞灣核電站所用核裝置的核反應原理相同
D. 這種裝置可以控制熱核反應的速度，使聚變能緩慢而穩(wěn)定地釋放
3. 兩個氘核聚變產生一個中子和?D個氦核，已知1個氘核質量為mD=2.0136u，氦核質量 ＝0.35MeV。它們正面對撞發(fā)生核聚變，且反應之后釋放的核能全部轉變?yōu)閯幽�。則反應后產生的氦核和中子的動能各是多少？
4. 太陽內部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質子聚變?yōu)楹ず说臒岷朔磻�。這個核反應釋放出的大量能量就是太陽的能源。
（1）寫出這個核反應方程；
（2）這一核反應釋放出的能量有多少焦；
（3）太陽的質量每秒減少多少千克；
（4）若太陽質量減少 ，熱核反應就不能繼續(xù)發(fā)生，計算太陽還能存在多少年。（已知太陽向空間輻射的總功率為3.8×1026W，太陽的質量為2×1030kg 高一，mp＝1.008142u， =0.000548u）
【模擬試題二】（答題時間：40分鐘）
一. 選擇題：
1. 下列關于原子和原子核的說法中，正確的是（ ）
A. 盧瑟福的 粒子散射實驗說明了原子具有核式結構
B. 愛因斯坦提出了質能方程，從而可計算出核能
C. 氕、氘、氚核中具有相同的中子數和不同的質量數，所以是氫的同位素
D. 氫原子輻射一個光子后，氫原子的電勢能減少，核外電子的動能增加
2. 下列說法中正確的有（ ）
A. 我們無法改變放射性元素的半衰期，除非把它變成另外一種元素的同位素
B. 氡的半衰期為3.8天，若有4個氡核，經過3.8天就剩下2個氡核
C. 放射性同位素的性質和半衰期都相同
D. 氡的半衰期為3.8天，若有4克氡，經過3.8天就剩下2克氡
3. 在 粒子散射實驗中，當α粒子最接近金原子核時 粒子符合下列哪種情況（ ）
A. 動能最小
B. 勢能最小
C. 粒子與金原子核組成的系統的能量最大
D. 所受的原子核的核力最大
4. 下面說法中正確的是（ ）
① 粒子不同于氦原子核；
④ 粒子的強。
A. ②、① B. ①、③ C. ②、④ D. ①、④
5. 光子的能量為 ，動量大小為 光子，則衰變以后的原子核（ ）
A. 仍然靜止
B. 沿著與光子運動方向相同的方向運動
C. 沿著與光子運動方向相反的方向運動
D. 可能沿任何方向運動
二. 填空題：
6. ，其中 的核外電子數為 ，衰變產物 靜止，根據云室照片可以看出，衰變產物 和 ，那么衰變過程將違背 守恒定律。
（3） 俘獲一個速度為2.3×107m／s的中子生成一個復核X，X又衰變成Y、Z兩個新核，設Y、Z的速度方向與中子的速度方向相同。Y的質量是中子的11倍，速度是1×106m／s，Y、Z在同一勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑之比為RY：RZ＝11:30。求：
（1）X核的速度大��；
（2）根據計算判斷Z是什么核；
（3）寫出核反應方程式。
9. 云室處在磁感應強度為B的勻強磁場中，?D個靜止的質量為M的原子核在云室中發(fā)生一次 衰變， 粒子的質量為m，電荷量為q，其運動軌跡在與磁場垂直的平面內。現測得 粒子運動的軌道半徑為R，試求在衰變過程中的質量虧損。（涉及動量問題時，虧損的質量可忽略不計，且放出的核能全部轉化為粒子的動能）
10. 已知太陽每秒輻射出3.8×1026J的能量，問：
（1）太陽每秒損失的質量為多少?
（2）假設太陽放射出的能量由“燃燒氫”的核反應 為中微子，中微子是一種質量遠小于電子質量、穿透率極強的中性粒子。試計算地球上在與太陽光垂直的每平方米的面積上每秒有多少中微子到達。
（3）假設原始的太陽全部由 和電子組成，且僅有10％的 可供燃燒，試估算太陽的壽命。已知太陽質量M0=2.0×l030kg。質子質量mp=1.7×10－27kg，日地距離R=1.5×1011m。
1. A、B、D 2. A、D 3. A 4. C 5. C
7. 5.03×l0－29 8.（1）3×106m/s；（2）Z核是
10..（1）4.2×109kg；（2）6.0×1014個；（3）3.5×1017s
【勵志故事】
沉靜?D?D思考?D?D判斷?D?D成功
從前有位地主巡視谷倉時，不慎將一只名表遺失，因遍尋不獲，便定下賞金，要農場上的小孩幫忙尋找，誰能找到手表，獎金500美元。眾小孩在重賞之下，無不賣力搜尋，奈何谷倉內到處都是成堆的谷粒和稻草，大家忙到太陽下山仍無所獲，結果一個接著一個都放棄了。
只有一個貧窮小孩，為了那筆巨額獎金，仍不死心地尋找。當天色漸黑，眾人離去，雜沓人聲靜下來之后，他突然聽到一個奇怪的聲音。那聲音“滴答、滴答”不停地響著，小孩立刻停下所有的動作，谷倉內更安靜了，滴答聲也響得更為清晰。小孩循著聲音，終于在諾大漆黑的谷倉中找到了那只名貴手表。
“靜坐無所為，春來草自青。”
惟有讓流水平靜下來，太陽和月亮才能在它的表面上顯現倒影。
當人沉靜下來，才能看出所有干擾清晰思考，蒙蔽真實感情，影響智慧判斷，以及阻礙自己找到答案的問題所在。
在自己的內心保留一處夢想可以停駐的寧靜地方。
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