物理學(xué)-質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件

§8.3質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系§8.3質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系1牛頓力學(xué)中慣性質(zhì)量和速度的關(guān)系愛因斯坦光速不變的新思想幾乎影響了每一個物理量：時間（t）、空間（x）、質(zhì)量（m）等。?恒定外力慣性質(zhì)量牛頓第二運(yùn)動定律:牛頓力學(xué)中慣性質(zhì)量和速度的關(guān)系愛因斯坦光速不2狀態(tài)量持續(xù)作用持續(xù)增大隨速率增大而增大，這要求的上限是但質(zhì)量是相對的，質(zhì)量隨物體運(yùn)動速度的增大而增大。狀態(tài)量持續(xù)作用持續(xù)增大隨速率增大而增大，這要求的上限是但質(zhì)量3理論和實驗表明，質(zhì)量和速度的關(guān)系為:顯然時，m0為靜質(zhì)量,反映物體本身的屬性,即包含的物質(zhì)的量。m為物體的慣性質(zhì)量,是相對的,決定于物體速度,速度趨于光速時，慣性質(zhì)量為無窮大。一、相對論質(zhì)速關(guān)系理論和實驗表明，質(zhì)量和速度的關(guān)系為:顯然時，4質(zhì)速關(guān)系反映了物質(zhì)與運(yùn)動的不可分割性。右圖曲線表示質(zhì)量隨速度增大情況。當(dāng)v=0.1cm增加0.5%當(dāng)v=0.866c當(dāng)v

c當(dāng)v=c(如:光子)質(zhì)速關(guān)系反映了物質(zhì)與運(yùn)動的不可分割性。當(dāng)v=0.15例：子以v=0.9c的速度運(yùn)動，求此時的質(zhì)量為靜止質(zhì)量的多少倍？解：例：子以v=0.9c的速度運(yùn)動，求此時的質(zhì)量為靜止質(zhì)量的6相對論中：物體受到恒力F時，加速度并非恒定。物體不會被加速到光速。速度——時間曲線相對論中：物體受到恒力F時，加速度并非恒定。物體不會被加速7二、相對論動量與動能相對論動量相對論動能二、相對論動量與動能相對論動量相對論動能8三、相對論的能量動能：

總能：靜能：三、相對論的能量動能：總能：靜能：9推導(dǎo)過程：推導(dǎo)過程：10相對論質(zhì)能關(guān)系：

相對論中，質(zhì)量與能量等效，質(zhì)量守恒即能量守恒，質(zhì)量的變化意味著能量的變化：。物體的動能為總能與靜能的差：當(dāng)v<<c時，相對論質(zhì)能關(guān)系：。物體的動能為總能與靜能的差：11討論(1)質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律;(2)靜能E0=m0c2表征物體靜止時的總內(nèi)能;分子間相互作用勢能分子運(yùn)動動能原子間結(jié)合在一起的化學(xué)能原子核與電子結(jié)合在一起的電磁能原子核內(nèi)基本粒子間的結(jié)合能討論(1)質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律;(2)12每秒鐘太陽輻射的能量，即功率：解：例：太陽向四周空間輻射能量，每秒鐘相應(yīng)的質(zhì)量虧損若為4.5×109kg，求：太陽輻射的功率。每秒鐘太陽輻射的能量，即功率：解：例：太陽向四周空間輻射能量13碳的燃燒過程可用以下方程表示：

求燃燒前后質(zhì)量的變化。例：碳的燃燒過程可用以下方程表示：求燃燒前后質(zhì)量的變化。例：14相對論的誕生是人類從對世界的片面認(rèn)識到完整認(rèn)識的轉(zhuǎn)折。經(jīng)典物理認(rèn)識物質(zhì)的內(nèi)部能量是以原子為最小單位來研究的，而相對論把粒子和場結(jié)合起來討論則包括了粒子內(nèi)部的所有結(jié)構(gòu)，因而靜止能量E0=m0c2是所有內(nèi)部能量。相對論的誕生是人類從對世界的片面認(rèn)識到完整認(rèn)15四、核的聚變和裂變太陽能原子能1.核的聚變一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成一個較重的氘核，它將釋放出2.224MeV的能量.質(zhì)子中子氘核以射線形式放出這個能量稱為氘核的結(jié)合能。原子能就是指聚變和裂變過程中所釋放的能量。四、核的聚變和裂變太陽能原子能1.核的聚變16對每個核，當(dāng)其中這些質(zhì)子和中子，由于吸引相互結(jié)合在一起成為一個原子核的過程中都有能量放出，這個能量就是這個核的結(jié)合能。實際結(jié)合能的計算，直接利用質(zhì)能關(guān)系可得：結(jié)合能的計算對每個核，當(dāng)其中這些質(zhì)子和中子，由于吸引相互結(jié)合在一17實際要用原子質(zhì)量計算，可改為(Mev)u是原子質(zhì)量單位，1u=1.66×10-27(kg)

1uc2=931.5(Mev)實際要用原子質(zhì)量計算，可改為(Mev)u是原子質(zhì)量單位，118輕核聚合成較重的核釋放出能量的過程稱為輕核聚變。輕核聚合成較重的核釋放出能量的過程稱為輕核聚變。19氫-3核氫-2核中子氦-4

He42+H21n10++能量H31核聚變氫-3核氫-2核中子氦-4He42+H21n10++能20例:氫彈的爆炸過程可用以下方程表示：求：這一反應(yīng)過程釋放出的能量。已知以上各成分的質(zhì)量分別為：氘:2.01360(a.u.)氚:3.01600(a.u.)氦:4.00260(a.u.)中子:1.00867(a.u.)解：(Mev)例:氫彈的爆炸過程可用以下方程表示：求：這一21氫的三種同位素及其三種水質(zhì)子數(shù)111中子數(shù)012同位素氕氘氚氫氧化物普通水重水超重水各種水占百分比99.98%0.016%微量各種水對于生物人體必需死亡之水氫的三種同位素及其三種水質(zhì)子數(shù)111中子數(shù)012同位素氕氘22常用的聚變反應(yīng)有下面4個：常用的聚變反應(yīng)有下面4個：23核聚變的產(chǎn)生條件

因為原子核帶正電荷，它們之間會互相排斥。

要使聚變發(fā)生,兩個氫核必須以極快的速度靠近，He42+H21n10++能量H31做法是把氫氣加熱到極其高溫度(108C)！使氘核和氚核有足夠的動能接近到10-15米核聚變的產(chǎn)生條件因為原子核帶正電荷，它們之間會互相排斥。24根據(jù)計算,聚變反應(yīng)引起的太陽質(zhì)量減小率只是3×10-19kg/s,是很小的量。目前太陽處于“中年”,估計太陽還有壽命50億年。對氫原子核聚變反應(yīng)的研究,可以追溯到20世紀(jì)30年代對太陽的研究.1938年物理學(xué)家證明,太陽里進(jìn)行的氫核聚變成氮核的反應(yīng),使它還能光芒萬丈地燃燒幾十億年.2.太陽能根據(jù)計算,聚變反應(yīng)引起的太陽質(zhì)量減小率只是3×1025物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件263.核裂變

裂變是質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個新原子核,并釋放出能量的過程。比如中子轟擊鈾235產(chǎn)生核能裂變產(chǎn)生的新原子核質(zhì)量不對稱,一部分質(zhì)量是90～100,一部分是134～1443.核裂變裂變是質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成227重核裂變?yōu)閮蓚€中等核而釋放能量的過程稱為重核裂變。容易計算出：即一次裂變約有180MeV可資利用的核能。

鈾235U和钚239Pu是常用的兩種裂變核，可用做反應(yīng)堆和原子彈中的核燃料。重核裂變?yōu)閮蓚€中等核而釋放能量的過程稱為重核裂變。容易計算出28物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件291.裂變產(chǎn)物通常是一塊較重，一塊較輕，即不對稱裂變的概率大。2.裂變產(chǎn)物由于相比它們的穩(wěn)定核都是有多余電子的，所以都有-放射性(壽命很長)，由于原子核常處于激發(fā)態(tài)，所以有大量射線放出。因此對放射性廢物的處理極為重要。核裂變有兩個重要特征：1.裂變產(chǎn)物通常是一塊較重，一塊較輕，即不對稱核裂變有兩30原子彈氫彈原子彈氫彈31自發(fā)裂變鈾-235的含量很少，例如天然鈾只含0.714%，堆放得也比較松散，則每次裂變放出的2～3個中子都散失到空間去了，只有偶爾的1～2個中子又能擊中其它鈾核。這樣的裂變反應(yīng)不會連續(xù)不斷地進(jìn)行。天然鈾礦就是這種情況，一般每千克鈾元素中每秒鐘有幾個原子核發(fā)生裂變，這叫做自發(fā)裂變。自發(fā)裂變鈾-235的含量很少，例如天然鈾只含32核爆炸如果元素中的鈾-235的含量非常高，如達(dá)90%以上，而且堆放得又很緊湊，則一個鈾的裂變放出的2～3個中子馬上又會引起2～3個原子核裂變，產(chǎn)生的4～9個中子又引起4～9個原子核裂變，放出8～27個中子，再引起8～27原子核裂變……如此迅速蔓延，使裂變不斷成倍增長，如排山倒海而來，十分迅猛，能量釋放也十分劇烈。如果這堆鈾有一定數(shù)量，例如幾千克，就會發(fā)生核爆炸，這就是原子彈。核爆炸如果元素中的鈾-235的含量非常高，如33核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子鈾-235核分裂逃逸核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子鈾-235逃逸34核反應(yīng)堆如果這堆鈾堆放得很巧，使得每個原子核裂變放出的中子中恰好有一個擊中別的原子核發(fā)生裂變，而其余的中子散失到空間或者被其它物質(zhì)吸收而不引起裂變，那么連鎖反應(yīng)就會以穩(wěn)定的水平維持不斷的進(jìn)行下去，能量平穩(wěn)釋放。這種堆放核的裝置就是我們通常所說的核反應(yīng)堆。核反應(yīng)堆用的核燃料濃度一般很低,例如最常見的壓水反應(yīng)堆的鈾-235濃度為3～4%,比起原子彈90%的濃度低的多得多。因此，核反應(yīng)堆是不可能象原子彈那樣發(fā)生核爆炸的。核反應(yīng)堆如果這堆鈾堆放得很巧，使得每個原子核35中國導(dǎo)彈核潛艇氫彈爆炸時形成的冷凝云氫彈空中爆炸的火球原子彈中國導(dǎo)彈核潛艇氫彈爆炸時形成的冷凝云氫彈空中爆炸的火球原子彈36面對巨大的爆炸，曼哈頓工程負(fù)責(zé)人，被稱為“原子彈之父”奧本海默在核爆觀測站里感到十分震驚，他想起了印度一首古詩：“漫天奇光異彩，有如圣靈逞威，只有一千個太陽，才能與其爭輝。我是死神，我是世界的毀滅者?！泵鎸薮蟮谋?，曼哈頓工程負(fù)責(zé)人，被稱為“原子彈之37愛因斯坦與西拉德起草信件給羅斯福愛因斯坦與西拉德起草信件給羅斯福38愛因斯坦與美國理論物理學(xué)家羅伯特-奧本海默，愛因斯坦1933年移居美國，在美國愛因斯坦幫助開發(fā)曼哈頓島計劃(即利用核的裂變反應(yīng)制造原子彈)。愛因斯坦與美國理論物理學(xué)家羅伯特-奧本海默，39原子核的裂變1.裂變能的釋放已提純的235U,準(zhǔn)備再加工為實彈彈頭原子核的裂變1.裂變能的釋放已提純的235U,準(zhǔn)備再加40原子彈和氫彈美國投到日本廣島的原子彈“小男孩”美國投到日本長崎的原子彈“胖子”利用自持進(jìn)行的原子核裂變或聚變反應(yīng)瞬時釋放的能量。原子彈:主要利用或等重原子核的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)原理制成的核武器。原子彈和氫彈美國投到日本廣島美國投到日本長崎利用自持進(jìn)行的原41物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件42槍法原子彈結(jié)構(gòu)原理圖內(nèi)爆法原子彈結(jié)構(gòu)示意圖氫彈結(jié)構(gòu)原理示意圖氫彈:主要利用重氫﹑超重氫等輕原子核的熱核聚變反應(yīng)原理制成的核武器槍法原子彈結(jié)構(gòu)原理圖內(nèi)爆法原子彈結(jié)構(gòu)示意圖氫彈結(jié)構(gòu)原理示意圖431945年8月6日美國向日本廣島投下原子彈。此彈重4082公斤，彈長3.05米，彈徑0.711米，裝料為60公斤鈾235，當(dāng)中只有約1公斤在爆炸中進(jìn)行了核裂變，釋放的能量約相等于一萬三千公噸的TNT烈性炸藥，即大概為5.5×1013焦。被稱為“小男孩”。原子彈造成了死亡7.1萬人，傷6.8萬人，遭到破壞的總面積達(dá)12平方公里，破壞建筑物5萬余所。在距離爆炸地點約200米的半徑內(nèi)，高溫及炫目的光線使周圍的一切東西被燒毀或者褪了顏色,強(qiáng)烈的沖擊波把燒焦的物體濺到墻壁上。一座繁榮的城市瞬間變成了煙霧彌漫的廢墟。1945年8月6日美國向日本廣島投下原子彈。44原子彈爆炸原子彈爆炸45氫彈爆炸時形成的冷凝云氫彈爆炸時形成的冷凝云46核能利用核能利用47核聚變能源的無可比擬優(yōu)點：（1）能量巨大：核聚變比核裂變釋放出更多的能量。如鈾235的裂變反應(yīng)將千分之一的物質(zhì)變成了能量;而氘的聚變反應(yīng)則將近千分之四的物質(zhì)變成了能量。（2）資源豐富：重核裂變使用的主要原料是鈾，目前探明的儲量僅夠使用約1000年；而輕核聚變使用的燃料是海水中的氘，1升海水能提取30毫克氘，在聚變反應(yīng)中能產(chǎn)生約等于300升汽油的能量，即“1升海水約等于300升汽油”，地球上海水中就有45萬億噸氘，足夠人類使用百億年。核聚變能源的無可比擬優(yōu)點：（1）能量巨大：核聚變比核裂變釋放48

（3）成本低廉：1kg氘的價格只為1kg濃縮鈾的1/40。（4）安全、無污染：核聚變不產(chǎn)生放射性污染物，萬一發(fā)生事故，反應(yīng)堆會自動冷卻而停止反應(yīng)，不會發(fā)生爆炸?？傊芸睾司圩兊娜剂先≈槐M、用之不竭，核聚變能源將是21世紀(jì)最理想的“長壽”能源。（3）成本低廉：1kg氘的價格只為1kg濃縮鈾的1/40。49截至2000年底，全世界正在運(yùn)行的核動力堆共有438座，總裝機(jī)容量為351兆千瓦，為提供的電力的16%。而受控核聚變堆有望到21世紀(jì)中葉實現(xiàn)。

法國比利時瑞典日本德國英國美國中國74.6%56.8%39%33.8%30.6%22%20%1.2%各國核電占總電力的百分比截至2000年底，全世界正在運(yùn)行的核動力堆共50核反應(yīng)堆需要有慢化劑,通過它的原子與中子碰撞,將快中子慢化為熱中子。核反應(yīng)堆需要有慢化劑,通過它的原子與中子碰撞,將快中子慢51費(fèi)米建立的第一個鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆1941年12月，費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)一批物理學(xué)家在芝加哥大學(xué)斯塔格運(yùn)動場的西看臺下建造世界上第一座原子反應(yīng)堆。該反應(yīng)堆是用石墨層和鈾層相間堆砌的,共有57層，高6米。費(fèi)米建立的第一個鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆1941年1252核電站示意圖核電站示意圖53采用中子慢化技術(shù)——熱中子堆提高鈾燃料中235U的含量——快中子堆2.自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)采用中子慢化技提高鈾燃料中235U的2.自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)54（天然鈾52噸、高純石墨1000多噸，總重1400噸）世界第一座核反應(yīng)堆（天然鈾52噸、高純石墨1000多噸，總重1400噸）世界第55中國第一座實驗用核反應(yīng)堆外貌

中國第一座實驗用核反應(yīng)堆外貌56秦山核電站秦山核電站57廣東大亞灣核電站廣東大亞灣核電站58大亞灣核電站夜景大亞灣核電站夜景59鈾的儲量鈾在陸地上的儲量并不豐富，總量不超過500萬噸，按目前的消耗量，僅夠人類使用幾十年。在浩瀚的海水中，有超過陸地幾千萬倍的鈾，但其分布不集中，1000噸海水中僅含有3克鈾，如何提取出來是一項關(guān)鍵性步驟。目前在研究的有：吸附法、共沉淀法、氣泡分離法、藻類生物濃縮法。需要指出的是，鈾廢料的放射性污染問題是令人擔(dān)憂的。鈾的儲量鈾在陸地上的儲量并不豐富，總60切爾諾貝利核電站1986.4.26,前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站四號機(jī)組發(fā)生核泄漏,后果相當(dāng)于500顆原子彈的當(dāng)量,受污染地區(qū),主要在烏克蘭、俄羅斯和白俄羅斯,達(dá)15萬KM2,受害人口為695萬,迄今因遭受輻射而死亡的人數(shù)達(dá)30多萬。切爾諾貝利核電站1986.4.26,61“石棺”的加固工程正在進(jìn)行“石棺”的加固工程正在進(jìn)行62這15萬KM2土地,就像是蘇聯(lián)人在追求科學(xué)和工業(yè)化甚至軍備競賽中為自己掘下的一個巨大墳?zāi)?杳無人煙,一切都定格在事故發(fā)生的那一刻,連新婚夫婦的衣服、結(jié)婚宴席仍原封不動地擺在那里,誰也說不清將會擺多久。在這個巨大的墳?zāi)估?人煙絕跡,鳥獸全無,誰也不敢走進(jìn)這個大墳?zāi)?。被疏散到核輻射邊沿區(qū)的人,由于糧食短缺，便到林中采摘蘑菇,然而只吃了幾次,有人死在了采蘑菇的路上。這都是核輻射的后患。這15萬KM2土地,就像是蘇聯(lián)人在追求科學(xué)和工業(yè)化甚至63不同意外事件致命危險度車禍．．．．．．．．．跌倒．．．．．．．．．火災(zāi)．．．．．．．．．洪水．．．．．．．．．中強(qiáng)．．．．．．．．．空難．．．．．．．．．天空掉下之物．．．．．觸電．．．．．．．．．閃電．．．．．．．．．臺風(fēng)．．．．．．．．．以上全部．．．．．．．1/4,0001/10,0001/25,0001/30,0001/100,0001/100,0001/160,0001/160,0001/200,0001/250,000~1/2,000不同意外事件致命危險度車禍．．．．．．．．．1/4,00064§8.3質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系§8.3質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系65牛頓力學(xué)中慣性質(zhì)量和速度的關(guān)系愛因斯坦光速不變的新思想幾乎影響了每一個物理量：時間（t）、空間（x）、質(zhì)量（m）等。?恒定外力慣性質(zhì)量牛頓第二運(yùn)動定律:牛頓力學(xué)中慣性質(zhì)量和速度的關(guān)系愛因斯坦光速不66狀態(tài)量持續(xù)作用持續(xù)增大隨速率增大而增大，這要求的上限是但質(zhì)量是相對的，質(zhì)量隨物體運(yùn)動速度的增大而增大。狀態(tài)量持續(xù)作用持續(xù)增大隨速率增大而增大，這要求的上限是但質(zhì)量67理論和實驗表明，質(zhì)量和速度的關(guān)系為:顯然時，m0為靜質(zhì)量,反映物體本身的屬性,即包含的物質(zhì)的量。m為物體的慣性質(zhì)量,是相對的,決定于物體速度,速度趨于光速時，慣性質(zhì)量為無窮大。一、相對論質(zhì)速關(guān)系理論和實驗表明，質(zhì)量和速度的關(guān)系為:顯然時，68質(zhì)速關(guān)系反映了物質(zhì)與運(yùn)動的不可分割性。右圖曲線表示質(zhì)量隨速度增大情況。當(dāng)v=0.1cm增加0.5%當(dāng)v=0.866c當(dāng)v

c當(dāng)v=c(如:光子)質(zhì)速關(guān)系反映了物質(zhì)與運(yùn)動的不可分割性。當(dāng)v=0.169例：子以v=0.9c的速度運(yùn)動，求此時的質(zhì)量為靜止質(zhì)量的多少倍？解：例：子以v=0.9c的速度運(yùn)動，求此時的質(zhì)量為靜止質(zhì)量的70相對論中：物體受到恒力F時，加速度并非恒定。物體不會被加速到光速。速度——時間曲線相對論中：物體受到恒力F時，加速度并非恒定。物體不會被加速71二、相對論動量與動能相對論動量相對論動能二、相對論動量與動能相對論動量相對論動能72三、相對論的能量動能：

總能：靜能：三、相對論的能量動能：總能：靜能：73推導(dǎo)過程：推導(dǎo)過程：74相對論質(zhì)能關(guān)系：

相對論中，質(zhì)量與能量等效，質(zhì)量守恒即能量守恒，質(zhì)量的變化意味著能量的變化：。物體的動能為總能與靜能的差：當(dāng)v<<c時，相對論質(zhì)能關(guān)系：。物體的動能為總能與靜能的差：75討論(1)質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律;(2)靜能E0=m0c2表征物體靜止時的總內(nèi)能;分子間相互作用勢能分子運(yùn)動動能原子間結(jié)合在一起的化學(xué)能原子核與電子結(jié)合在一起的電磁能原子核內(nèi)基本粒子間的結(jié)合能討論(1)質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律;(2)76每秒鐘太陽輻射的能量，即功率：解：例：太陽向四周空間輻射能量，每秒鐘相應(yīng)的質(zhì)量虧損若為4.5×109kg，求：太陽輻射的功率。每秒鐘太陽輻射的能量，即功率：解：例：太陽向四周空間輻射能量77碳的燃燒過程可用以下方程表示：

求燃燒前后質(zhì)量的變化。例：碳的燃燒過程可用以下方程表示：求燃燒前后質(zhì)量的變化。例：78相對論的誕生是人類從對世界的片面認(rèn)識到完整認(rèn)識的轉(zhuǎn)折。經(jīng)典物理認(rèn)識物質(zhì)的內(nèi)部能量是以原子為最小單位來研究的，而相對論把粒子和場結(jié)合起來討論則包括了粒子內(nèi)部的所有結(jié)構(gòu)，因而靜止能量E0=m0c2是所有內(nèi)部能量。相對論的誕生是人類從對世界的片面認(rèn)識到完整認(rèn)79四、核的聚變和裂變太陽能原子能1.核的聚變一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成一個較重的氘核，它將釋放出2.224MeV的能量.質(zhì)子中子氘核以射線形式放出這個能量稱為氘核的結(jié)合能。原子能就是指聚變和裂變過程中所釋放的能量。四、核的聚變和裂變太陽能原子能1.核的聚變80對每個核，當(dāng)其中這些質(zhì)子和中子，由于吸引相互結(jié)合在一起成為一個原子核的過程中都有能量放出，這個能量就是這個核的結(jié)合能。實際結(jié)合能的計算，直接利用質(zhì)能關(guān)系可得：結(jié)合能的計算對每個核，當(dāng)其中這些質(zhì)子和中子，由于吸引相互結(jié)合在一81實際要用原子質(zhì)量計算，可改為(Mev)u是原子質(zhì)量單位，1u=1.66×10-27(kg)

1uc2=931.5(Mev)實際要用原子質(zhì)量計算，可改為(Mev)u是原子質(zhì)量單位，182輕核聚合成較重的核釋放出能量的過程稱為輕核聚變。輕核聚合成較重的核釋放出能量的過程稱為輕核聚變。83氫-3核氫-2核中子氦-4

He42+H21n10++能量H31核聚變氫-3核氫-2核中子氦-4He42+H21n10++能84例:氫彈的爆炸過程可用以下方程表示：求：這一反應(yīng)過程釋放出的能量。已知以上各成分的質(zhì)量分別為：氘:2.01360(a.u.)氚:3.01600(a.u.)氦:4.00260(a.u.)中子:1.00867(a.u.)解：(Mev)例:氫彈的爆炸過程可用以下方程表示：求：這一85氫的三種同位素及其三種水質(zhì)子數(shù)111中子數(shù)012同位素氕氘氚氫氧化物普通水重水超重水各種水占百分比99.98%0.016%微量各種水對于生物人體必需死亡之水氫的三種同位素及其三種水質(zhì)子數(shù)111中子數(shù)012同位素氕氘86常用的聚變反應(yīng)有下面4個：常用的聚變反應(yīng)有下面4個：87核聚變的產(chǎn)生條件

因為原子核帶正電荷，它們之間會互相排斥。

要使聚變發(fā)生,兩個氫核必須以極快的速度靠近，He42+H21n10++能量H31做法是把氫氣加熱到極其高溫度(108C)！使氘核和氚核有足夠的動能接近到10-15米核聚變的產(chǎn)生條件因為原子核帶正電荷，它們之間會互相排斥。88根據(jù)計算,聚變反應(yīng)引起的太陽質(zhì)量減小率只是3×10-19kg/s,是很小的量。目前太陽處于“中年”,估計太陽還有壽命50億年。對氫原子核聚變反應(yīng)的研究,可以追溯到20世紀(jì)30年代對太陽的研究.1938年物理學(xué)家證明,太陽里進(jìn)行的氫核聚變成氮核的反應(yīng),使它還能光芒萬丈地燃燒幾十億年.2.太陽能根據(jù)計算,聚變反應(yīng)引起的太陽質(zhì)量減小率只是3×1089物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件903.核裂變

裂變是質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個新原子核,并釋放出能量的過程。比如中子轟擊鈾235產(chǎn)生核能裂變產(chǎn)生的新原子核質(zhì)量不對稱,一部分質(zhì)量是90～100,一部分是134～1443.核裂變裂變是質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成291重核裂變?yōu)閮蓚€中等核而釋放能量的過程稱為重核裂變。容易計算出：即一次裂變約有180MeV可資利用的核能。

鈾235U和钚239Pu是常用的兩種裂變核，可用做反應(yīng)堆和原子彈中的核燃料。重核裂變?yōu)閮蓚€中等核而釋放能量的過程稱為重核裂變。容易計算出92物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件931.裂變產(chǎn)物通常是一塊較重，一塊較輕，即不對稱裂變的概率大。2.裂變產(chǎn)物由于相比它們的穩(wěn)定核都是有多余電子的，所以都有-放射性(壽命很長)，由于原子核常處于激發(fā)態(tài)，所以有大量射線放出。因此對放射性廢物的處理極為重要。核裂變有兩個重要特征：1.裂變產(chǎn)物通常是一塊較重，一塊較輕，即不對稱核裂變有兩94原子彈氫彈原子彈氫彈95自發(fā)裂變鈾-235的含量很少，例如天然鈾只含0.714%，堆放得也比較松散，則每次裂變放出的2～3個中子都散失到空間去了，只有偶爾的1～2個中子又能擊中其它鈾核。這樣的裂變反應(yīng)不會連續(xù)不斷地進(jìn)行。天然鈾礦就是這種情況，一般每千克鈾元素中每秒鐘有幾個原子核發(fā)生裂變，這叫做自發(fā)裂變。自發(fā)裂變鈾-235的含量很少，例如天然鈾只含96核爆炸如果元素中的鈾-235的含量非常高，如達(dá)90%以上，而且堆放得又很緊湊，則一個鈾的裂變放出的2～3個中子馬上又會引起2～3個原子核裂變，產(chǎn)生的4～9個中子又引起4～9個原子核裂變，放出8～27個中子，再引起8～27原子核裂變……如此迅速蔓延，使裂變不斷成倍增長，如排山倒海而來，十分迅猛，能量釋放也十分劇烈。如果這堆鈾有一定數(shù)量，例如幾千克，就會發(fā)生核爆炸，這就是原子彈。核爆炸如果元素中的鈾-235的含量非常高，如97核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子鈾-235核分裂逃逸核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子鈾-235逃逸98核反應(yīng)堆如果這堆鈾堆放得很巧，使得每個原子核裂變放出的中子中恰好有一個擊中別的原子核發(fā)生裂變，而其余的中子散失到空間或者被其它物質(zhì)吸收而不引起裂變，那么連鎖反應(yīng)就會以穩(wěn)定的水平維持不斷的進(jìn)行下去，能量平穩(wěn)釋放。這種堆放核的裝置就是我們通常所說的核反應(yīng)堆。核反應(yīng)堆用的核燃料濃度一般很低,例如最常見的壓水反應(yīng)堆的鈾-235濃度為3～4%,比起原子彈90%的濃度低的多得多。因此，核反應(yīng)堆是不可能象原子彈那樣發(fā)生核爆炸的。核反應(yīng)堆如果這堆鈾堆放得很巧，使得每個原子核99中國導(dǎo)彈核潛艇氫彈爆炸時形成的冷凝云氫彈空中爆炸的火球原子彈中國導(dǎo)彈核潛艇氫彈爆炸時形成的冷凝云氫彈空中爆炸的火球原子彈100面對巨大的爆炸，曼哈頓工程負(fù)責(zé)人，被稱為“原子彈之父”奧本海默在核爆觀測站里感到十分震驚，他想起了印度一首古詩：“漫天奇光異彩，有如圣靈逞威，只有一千個太陽，才能與其爭輝。我是死神，我是世界的毀滅者?！泵鎸薮蟮谋ǎD工程負(fù)責(zé)人，被稱為“原子彈之101愛因斯坦與西拉德起草信件給羅斯福愛因斯坦與西拉德起草信件給羅斯福102愛因斯坦與美國理論物理學(xué)家羅伯特-奧本海默，愛因斯坦1933年移居美國，在美國愛因斯坦幫助開發(fā)曼哈頓島計劃(即利用核的裂變反應(yīng)制造原子彈)。愛因斯坦與美國理論物理學(xué)家羅伯特-奧本海默，103原子核的裂變1.裂變能的釋放已提純的235U,準(zhǔn)備再加工為實彈彈頭原子核的裂變1.裂變能的釋放已提純的235U,準(zhǔn)備再加104原子彈和氫彈美國投到日本廣島的原子彈“小男孩”美國投到日本長崎的原子彈“胖子”利用自持進(jìn)行的原子核裂變或聚變反應(yīng)瞬時釋放的能量。原子彈:主要利用或等重原子核的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)原理制成的核武器。原子彈和氫彈美國投到日本廣島美國投到日本長崎利用自持進(jìn)行的原105物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件106槍法原子彈結(jié)構(gòu)原理圖內(nèi)爆法原子彈結(jié)構(gòu)示意圖氫彈結(jié)構(gòu)原理示意圖氫彈:主要利用重氫﹑超重氫等輕原子核的熱核聚變反應(yīng)原理制成的核武器槍法原子彈結(jié)構(gòu)原理圖內(nèi)爆法原子彈結(jié)構(gòu)示意圖氫彈結(jié)構(gòu)原理示意圖1071945年8月6日美國向日本廣島投下原子彈。此彈重4082公斤，彈長3.05米，彈徑0.711米，裝料為60公斤鈾235，當(dāng)中只有約1公斤在爆炸中進(jìn)行了核裂變，釋放的能量約相等于一萬三千公噸的TNT烈性炸藥，即大概為5.5×1013焦。被稱為“小男孩”。原子彈造成了死亡7.1萬人，傷6.8萬人，遭到破壞的總面積達(dá)12平方公里，破壞建筑物5萬余所。在距離爆炸地點約200米的半徑內(nèi)，高溫及炫目的光線使周圍的一切東西被燒毀或者褪了顏色,強(qiáng)烈的沖擊波把燒焦的物體濺到墻壁上。一座繁榮的城市瞬間變成了煙霧彌漫的廢墟。1945年8月6日美國向日本廣島投下原子彈。108原子彈爆炸原子彈爆炸109氫彈爆炸時形成的冷凝云氫彈爆炸時形成的冷凝云110核能利用核能利用111核聚變能源的無可比擬優(yōu)點：（1）能量巨大：核聚變比核裂變釋放出更多的能量。如鈾235的裂變反應(yīng)將千分之一的物質(zhì)變成了能量;而氘的聚變反應(yīng)則將近千分之四的物質(zhì)變成了能量。（2）資源豐富：重核裂變使用的主要原料是鈾，目前探明的儲量僅夠使用約1000年；而輕核聚變使用的燃料是海水中的氘，1升海水能提取30毫克氘，在聚變反應(yīng)中能產(chǎn)生約等于300升汽油的能量，即“1升海水約等于300升汽油”，地球上海水中就有45萬億噸氘，足夠人類使用百億年。核聚變能源的無可比擬優(yōu)點：（1）能量巨大：核聚變比核裂變釋放112

（3）成本低廉：1kg氘的價格只為1kg濃縮鈾的1/40。（4）安全、無污染：核聚變不產(chǎn)生放射性污染物，萬一發(fā)生事故，反應(yīng)堆會自動冷卻而停止反應(yīng)，不會發(fā)生爆炸。總之，受控核聚變的燃料取之不盡、用之不竭，核聚變能源將是21世紀(jì)最理想的“長壽”能源。（3）成本低廉：1kg氘的價格只為1kg濃縮鈾的1/40。113截至2000年底，全世界正在運(yùn)行的核動力堆共有438座，總裝機(jī)容量為351兆千瓦，為提供的電力的16%。而受控核聚變堆有望到21世紀(jì)中葉實現(xiàn)。

法國比利時瑞典日本德國英國美國中國74.6%56.8%39%33.8%30.6%22%20%1.2%各國核電占總電力的百分比截至20