7 核聚变 8 粒子和宇宙
[学习目标] 1.知道聚变反应的特点．(重点)2.了解聚变反应的条件．(难点)3.知道轻核聚变能够放出很多的能量，若能加以控制将为人类提供广阔的能源前景.4.初步了解粒子物理学的基础知识及恒星演化.5.了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神．
一、核聚变
1．定义
两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．
2．举例
H＋H→He＋n＋17.6 MeV.
3．条件
(1)轻核的距离要达到10－15 m以内．
(2)需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．
4．优点
(1)轻核聚变产能效率高．
(2)地球上聚变燃料的储量丰富．
(3)轻核聚变更为安全、清洁．
5．约束方法
磁约束和惯性约束．
二、粒子和宇宙
1．基本粒子不基本
(1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子．
(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构．
2．发现新粒子
(1)新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子及以后的超子等．
(2)粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子．
(3)夸克模型的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的．
3．宇宙及恒星的演化
(1)宇宙演化
根据大爆炸理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期．在大爆炸之后逐渐形成了夸克、轻子和胶子等粒子，随后经过强子时代、轻子时代、核合成时代，继续冷却，质子、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和星系．
(2)恒星的演化
①恒星的形成：大爆炸后，在万有引力作用下形成星云团，进一步凝聚使引力势能转变为内能，温度升高，直到发光，于是恒星诞生了．
②恒星演变：核聚变反应，层级递进地在恒星内发生，直到各种热核反应不再发生时，恒星的中心密度达到极大．
③恒星归宿：恒星最后的归宿有三种，它们是白矮星、中子星、黑洞．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些． (×)
(2)现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应． (√)
(3)质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子． (×)
(4)按照夸克模型，电子所带电荷不再是电荷的最小单元． (√)
2．(多选)下列关于聚变的说法中正确的是( )
A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功
B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应
C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应
D．自然界中不存在天然的热核反应
[解析] 轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15 m以内，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D错误．
[答案] ABC
3．(多选)根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( )
A．夸克 B．质子
C．轻子 D．中子
[解析] 宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A、C正确，B、D错误．
[答案] AC
