17.4核反应和核能 讲义 -2025届高考物理一轮复习三精系列

2025高考物理一轮复习三精系列 第十七章 原子物理 专题17.4 核反应和核能 第一部分 知识点精讲 1.核力 原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 【特别提醒】 （1）核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。 （2）核力是短程力，约在数量级时起作用，距离大于时为引力，距离小于时为斥力，距离为时核力几乎消失。 （3）核力具有饱和性。核子只跟相邻的核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。 （4）核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用。 【特别提醒】.四种基本相互作用的理解 （1）引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。万有引力是长程力。 （2）电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体，是长程力。 （3）强相互作用：在原子核内，将核子束缚在一起，是短程力。 （4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强相互作用更短，为，作用强度则比电磁力小。 2. 核能 ①原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能①。这个能量也是核子结合成原子核而释放的能量。 ②原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。 ③原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损②。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。 【特别提醒】原子的核子数越多，结合能越大，但是比结合能不一定越大。 质能方程E＝mc2表明质量和能量有着紧密联系，但二者不能相互转化。 ④核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 【温馨提示】质量亏损的理解 质量亏损并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。 质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来。是核反应前与核反应后的质量之差。 3．裂变反应和聚变反应 (1)重核裂变 ①定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 ②典型的裂变反应方程：U＋n→Kr＋Ba＋3n。 【特别提醒】一些重核裂变的产物一般不是唯一的，可能有多种组合。 ③链式反应：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 ④临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。 ⑤裂变的应用：原子弹、核电站。 ⑥反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。 (2)轻核聚变 ①定义：两个轻核结合成质量 较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。 ②典型的聚变反应方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 4 .核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 产生条件 意义 应用 衰变 α衰变 自发 所有原子序数大于８３的元素及个别小于或等于８３的元素自发进行 揭开了人类研究原子核结构的序幕 利用放射性元素的半衰期进行文物年代鉴定等 β衰变 自发 人工转变 人工控制 （卢瑟福发现质子） 需要人工用高速粒子进行诱发 发现了质子、中子、正电子等基本粒子和一些人工放射性同位素 得到人工放射性同位素、作示踪原子 （查德威克发现中子） 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 重核裂变 比较容易进行人工控制 需要中子的轰击和一定的临界体积 人类获得新能源的一种重要途径 核电站、核潜艇、原子弹等 重核裂变 很难控制 需要极高的温度，原子核才能获得足够的动能克服库仑斥力 人类获得新能源的一种重要途径 氢弹、热核反应 5 .核反应方程式的书写 （1）熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子、中子、α粒子、β粒子、正电子、氘核、氚核等。 （2）掌握核反应方程遵循的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“ ”表示反应方向。 （3）核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。 6.计算核能的方法 （1）.根据质能方程计算 根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损。 根据爱因斯坦质能方程计算核能。 其中的单位是千克，的单位是焦耳。 （2）.利用原子质量单位和电子伏特计算 明确原子质量单位和电子伏特之间的关系 ， 由 得 根据1原子质量单位相当于的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以， 即。 其中的单位是，的单位是。 （3）.根据能量守恒和动量守恒来计算核能 参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，利用动量守恒和能量守恒可以计算出核能的变化。 （4）.利用平均结合能来计算核能 原子核的结合能=核子的平均结合能×核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放（或吸收）的核能。 （5）.应用阿伏加德罗常数计算核能 若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的能量，应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便。根据物体的质量和摩尔质量由求出物质的量，并求出原子核的个数：。由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量（或直接从题目中找出）。再根据求出总能量。 第二部分 最新高考题精选 1. （2024年1月浙江选考·7）已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，中子质量为，阿伏加德罗常数取，氘核摩尔质量为，相当于。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　） A. 核反应方程式为 B. 氘核的比结合能比氦核的大 C. 氘核与氚核的间距达到就能发生核聚变 D. 氘完全参与聚变释放出能量的数量级为 2. （2023高考福建卷）福建福清核电站采用我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了安全级别世界最高的机组。机组利用235U核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为，则A = _________；Z = _________；若核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为_________J。（光速大小取3.0 × 108m/s） 3. （2023高考全国甲卷）在下列两个核反应方程中 X+N→Y+O Y+Li→2X X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则 A. Z=1，A=1， B. Z=1，A=2， C. Z=2，A=3， D. Z=2，A=4， 4. （2023高考全国乙卷） 2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为 。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为） A. B. C. D. 5. （2023高考湖南卷）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置（EAST）创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是（ ） A. 相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多 B. 氘氚核聚变的核反应方程为 C. 核聚变的核反应燃料主要是铀235 D. 核聚变反应过程中没有质量亏损 6. （2022高考湖北物理）上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在实验方案：如果静止原子核俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即 。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是（　　） A. 原子核X是 B. 核反应前后的总质子数不变 C. 核反应前后总质量数不同 D. 中微子的电荷量与电子的相同 7. （2022高考辽宁物理） 2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为，己知、、的质量分别为，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是（　　） A. X为氘核 B. X为氚核 C. D. 第三部分 最新模拟题精选 1.（2024广东名校5月高考适应性练习）科幻片《流浪地球2》再次带领大家回到“氦闪”的世界。“氦闪”的本质是恒星内部的氦核聚变，其核聚变反应方程为。已知一个氦核的质量为，一个X核的质量为，一个质子的质量为，一个中子的质量为，真空中的光速为c，则下列说法正确的是 A.该核反应方程中的X是氮核 B.核的比结合能大于X核的比结合能 C.该聚变反应释放的核能为 D.X核的比结合能为 2．（2024年4月黑龙江牡丹江模拟）2024年3月，山东威海实现自主核能供热，全球首座第四代核电站开始向居民供暖，是核能综合利用的一次突破。目前核电站获取核能的基本核反应方程：，其中不稳定，衰变的半衰期为，下列说法正确的是（　　） A．反应产物的中子数为50 B．上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量 C．反应产物的比结合能比的比结合能小 D．1.5kg的原子核，经过后剩余的质量是开始时的 3. （2024年4月安徽安庆示范高中联考）根据研究团队的预测，到2027年全球人工智能行业的能源消耗将达到惊人的1.2万亿千瓦时，可控核聚变可以提供大量的清洁能源，下列关于核聚变的说法正确的是（ ） A.核聚变过程中释放能量，因此质量数不守恒 B.核聚变反应中生成的新核比结合能大于反应前原子核的比结合能 C.只有氘和氚能发生核聚变，其他原子核不能 D.要使核聚变持续发生，需要外界持续不断提供能量 4．（2024年4月北京东城区模拟）科学家发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，用表示。“四中子”是通过向液态氢靶上发射原子核而产生的，与H碰撞可将一个核分裂成一个粒子和一个“四中子”。由于核由四个核子组成，与“四中子”体系很相近，所以早在上个世纪50年代就有人根据核的结合能，估算“四中子”的结合能最大约为，其后有很多实验对四中子体系进行探测，但多数结论是否定的。2022年，由数十个国家的科学家组成的团队发现了“四中子态”存在的明确证据。下列有关“四中子”粒子的说法正确的是 A．可以通过电磁场使形成高速粒子束 B．产生“四中子”的核反应为 C．从核子间相互作用来看，“四中子”与核的区别在于是否存在电磁力 D．按上世纪50年代的估算，4个中子结合成“四中子”至多需要吸收的能量 5.（2024湖北4月质检）2023年11月6日，全球首座第四代核电站在山东石岛湾并网发电，这标志着我国在高温气冷堆核电技术领域领先全球.当前广泛应用的第三代核电站主要利用铀 裂变产能，铀（ 的一种典型裂变产物是钡（Ba）和氪（Kr）下列说法正确的是 A. U有92 个中子,143个质子 B.铀原子核 U的结合能大于钡原子核（ Ba）的结合能 C.重核裂变成中等大小的核，核的比结合能减小 D.上述裂变反应方程为 6. （2024安徽安庆市二模）太阳内部每天都进行着大量的核聚变反应，其中一种核聚变反应为两个氘核对心碰撞发生的核聚变：。已知一个氘核的质量为，一个氦核的质量为，一个中子的质量为，下列说法正确的是（　　） A. 氦核和中子的质量数之和小于两个氘核的质量数之和 B. 该核反应吸收的能量为 C. 核反应前后系统总动量减小 D. 该核反应释放的能量为 7. （2024福建泉州质检2）2023年8月25日，“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核能开发进程中的重要里程碑。其中的核反应方程之一为，则该核反应属于______（选填“聚绕”或“裂变”）反应，X是_______（选填“质子”或“中子”）。已知核的质量为，核的质量为，核的质量为，X的质量为，真空中光速为c，则该核反应释放的核能大小为_______。 8.（2024山东威海期末） 关于核反应方程：①②③④，下列说法正确的是（　　） A. ①是衰变，1g经过两个半衰期全部衰变 B. ②是核裂变，β射线的电离本领比α射线强 C. ③是人工转变，的比结合能比大 D. ④是热核反应，该反应需要很高的温度并放出热量 9. （2024年2月吉林质检）研究表明原子核核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。一般认为大于铁原子核质量数（56）的为重核，小于则是轻核。下列对该图像的理解正确的是（　　） A. 从图中可以看出，Fe原子核最稳定 B. 从图中可以看出，重核A裂变成原子核B和C时，需要吸收能量 C. 从图中可以看出，轻核D和E发生聚变生成原子核F时，需要吸收能量 D. 从图中可以看出，重核随原子序数的增加，比结合能变大 10. （2024江西吉安一中期末）如图为太阳内部的一种轻核聚变的示意图，此反应需要超高温；另一种核反应是几个氦核在高温高压的作用下变成一个，此核反应是放热反应。已知的比结合能为E1，的比结合能为E2，光速为c，下列说法正确的是（ ） 核聚变示意图 A. 图像所对应的核反应方程式为 B. 另外一种核反应的方程式为 C. 的比结合能小于的比结合能 D. 另外一种核反应中的质量亏损为 11. （2024河南焦作一模） 原子核的结合能很难直接测量，但根据爱因斯坦质能方程可以推知原子核的结合能。原子核的结合能与核子数之比被称为该原子核的比结合能，不同原子核的比结合能不一样，如图所示为按照实际测量结果画出的不同原子核的比结合能随质量数A的变化情况，则（　　） A. 由图可知中等质量原子核的比结合能较大，原子核较稳定 B. 由图可知氦原子核的结合能大于 C. 图中的质量数等于原子核的核子数与中子数之和 D. 由图可知核裂变生成物的结合能之和等于反应物的结合能之和 12．（2024安徽合肥一模）核反应有衰变、核裂变、核聚变和人工核转变4种类型。下列有关说法中正确的是（ ） A．核聚变时电荷数守恒，质量也守恒 B．用中子轰击样品中的会产生和电子 C．对于大量氡222，每经过一个半衰期就有一半的氡发生衰变 D．铀235裂变的方程为 13.（2024江苏南京期末） 2023年4月12日，我国“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了新的世界纪录，成功实现稳定态高约束模式等离子体运行403秒，其内部发生轻核聚变的核反应方程为，其中的X是（　　） A. 质子 B. 中子 C. 粒子 D. 正电子 14. （2024海南海口市质检）几十亿年后太阳内部氢元素消耗殆尽，内部高温高压使三个氦核发生短暂的热核反应，被称为氦闪，核反应方程为 该反应放出的能量为E，真空中光速为c。 则（　　） A. 该反应属于核聚变 B. X核中有 6个核子 C. 氦核的比结合能为 D. 该反应的质量亏损为 15. （2024年1月安徽联考）核能是蕴藏在原子核内部的能量，合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺问题。在铀核裂变实验中，核反应方程是，核的结合能为，核的结合能为，核的结合能为．则（　　） A. 该核反应过程动量不守恒 B. 该核反应方程中的X为 C. 该核反应中释放的核能为 D. 该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2025高考物理一轮复习三精系列 第十七章 原子物理 专题17.4 核反应和核能 第一部分 知识点精讲 1.核力 原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 【特别提醒】 （1）核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。 （2）核力是短程力，约在数量级时起作用，距离大于时为引力，距离小于时为斥力，距离为时核力几乎消失。 （3）核力具有饱和性。核子只跟相邻的核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。 （4）核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用。 【特别提醒】.四种基本相互作用的理解 （1）引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。万有引力是长程力。 （2）电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体，是长程力。 （3）强相互作用：在原子核内，将核子束缚在一起，是短程力。 （4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强相互作用更短，为，作用强度则比电磁力小。 2. 核能 ①原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能①。这个能量也是核子结合成原子核而释放的能量。 ②原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。 ③原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损②。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。 【特别提醒】原子的核子数越多，结合能越大，但是比结合能不一定越大。 质能方程E＝mc2表明质量和能量有着紧密联系，但二者不能相互转化。 ④核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 【温馨提示】质量亏损的理解 质量亏损并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。 质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来。是核反应前与核反应后的质量之差。 3．裂变反应和聚变反应 (1)重核裂变 ①定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 ②典型的裂变反应方程：U＋n→Kr＋Ba＋3n。 【特别提醒】一些重核裂变的产物一般不是唯一的，可能有多种组合。 ③链式反应：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 ④临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。 ⑤裂变的应用：原子弹、核电站。 ⑥反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。 (2)轻核聚变 ①定义：两个轻核结合成质量 较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。 ②典型的聚变反应方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 4 .核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 产生条件 意义 应用 衰变 α衰变 自发 所有原子序数大于８３的元素及个别小于或等于８３的元素自发进行 揭开了人类研究原子核结构的序幕 利用放射性元素的半衰期进行文物年代鉴定等 β衰变 自发 人工转变 人工控制 （卢瑟福发现质子） 需要人工用高速粒子进行诱发 发现了质子、中子、正电子等基本粒子和一些人工放射性同位素 得到人工放射性同位素、作示踪原子 （查德威克发现中子） 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 重核裂变 比较容易进行人工控制 需要中子的轰击和一定的临界体积 人类获得新能源的一种重要途径 核电站、核潜艇、原子弹等 重核裂变 很难控制 需要极高的温度，原子核才能获得足够的动能克服库仑斥力 人类获得新能源的一种重要途径 氢弹、热核反应 5 .核反应方程式的书写 （1）熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子、中子、α粒子、β粒子、正电子、氘核、氚核等。 （2）掌握核反应方程遵循的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“ ”表示反应方向。 （3）核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。 6.计算核能的方法 （1）.根据质能方程计算 根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损。 根据爱因斯坦质能方程计算核能。 其中的单位是千克，的单位是焦耳。 （2）.利用原子质量单位和电子伏特计算 明确原子质量单位和电子伏特之间的关系 ， 由 得 根据1原子质量单位相当于的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以， 即。 其中的单位是，的单位是。 （3）.根据能量守恒和动量守恒来计算核能 参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，利用动量守恒和能量守恒可以计算出核能的变化。 （4）.利用平均结合能来计算核能 原子核的结合能=核子的平均结合能×核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放（或吸收）的核能。 （5）.应用阿伏加德罗常数计算核能 若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的能量，应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便。根据物体的质量和摩尔质量由求出物质的量，并求出原子核的个数：。由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量（或直接从题目中找出）。再根据求出总能量。 第二部分 最新高考题精选 1. （2024年1月浙江选考·7）已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，中子质量为，阿伏加德罗常数取，氘核摩尔质量为，相当于。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　） A. 核反应方程式为 B. 氘核的比结合能比氦核的大 C. 氘核与氚核的间距达到就能发生核聚变 D. 氘完全参与聚变释放出能量的数量级为 【参考答案】D 【名师解析】核反应方程式为，A错误；氘核的比结合能比氦核的小，B错误；氘核与氚核它们间的距离达到以内，才能发生核聚变反应，C错误；一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损，根据质能方程，聚变反应释放的能量是 氘完全参与聚变释放出能量，数量级为，D正确。 2. （2023高考福建卷）福建福清核电站采用我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了安全级别世界最高的机组。机组利用235U核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为，则A = _________；Z = _________；若核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为_________J。（光速大小取3.0 × 108m/s） 【参考答案】 ①. 92 ②. 56 ③. 9 × 1013 【名师解析】 根据核反应前后质量数守恒有1＋235 = 141＋A＋3，解得A = 92。 根据核反应前后电荷数守恒有92 = Z＋36，解得Z = 56。 根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为 E = mc2 = 1 × 10－3 × 9.0 × 1016J = 9 × 1013J 3. （2023高考全国甲卷）在下列两个核反应方程中 X+N→Y+O Y+Li→2X X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则 A. Z=1，A=1， B. Z=1，A=2， C. Z=2，A=3， D. Z=2，A=4， 【参考答案】D 【命题意图】本题考查核反应方程及其相关知识点。 【解题思路】设Y的电荷数为Z’, 质量数为A’，根据核反应方程满足的质量数守恒和电荷数守恒，Z+7=Z’+8，A+14=A’+17，Z’+3=2Z，A’+7=2A，联立解得：Z=2，A=4，Z’=1，A’=1，即Y为质子，X为氦核，D正确。 4. （2023高考全国乙卷） 2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为 。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为） A. B. C. D. 【参考答案】C 【命题意图】本题考查平抛运动及其相关知识点。 【解题思路】1s时间内释放的能量为△E=1.6×1046J，由质能方程可得△E=△mc2，解得△m=1029kg，C正确。 【易错提醒】注意1分钟释放的能量要转化为1s时间内释放的能量。 5. （2023高考湖南卷）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置（EAST）创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是（ ） A. 相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多 B. 氘氚核聚变的核反应方程为 C. 核聚变的核反应燃料主要是铀235 D. 核聚变反应过程中没有质量亏损 【参考答案】A 【名师解析】相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；根据核反应方程满足的质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为，B错误；核裂变的核反应燃料主要是铀235，而核聚变的核反应燃料主要是氘和氚，C错误；根据质能方程，任何释放能量的核反应都有质量亏损，所以核聚变反应过程中有质量亏损，D错误。 6. （2022高考湖北物理）上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在实验方案：如果静止原子核俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即 。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是（　　） A. 原子核X是 B. 核反应前后的总质子数不变 C. 核反应前后总质量数不同 D. 中微子的电荷量与电子的相同 【参考答案】A 【命题意图】本题考查核反应及其相关知识点。 【解题思路】根据核反应遵循的规律，核反应前后质量数守恒，电荷数守恒，X原子核的电荷数为3，质量数为7，所以原子核X是Li，选项A正确BCD错误。 7. （2022高考辽宁物理） 2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为，己知、、的质量分别为，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是（　　） A. X为氘核 B. X为氚核 C. D. 【参考答案】B 【命题意图】本题考查核反应/核能及其相关知识点. 【名师解析】 根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为3，电荷数为1，为氚核，选项A错误，B正确；因该反应为人工转变，反应前两种粒子都有动能（总动能设为Ek1），反应后的生成物也有动能Ek2，根据质能方程可知，由于质量亏损反应放出的能量为,则反应释放的能量为,选项CD错误。 第三部分 最新模拟题精选 1.（2024广东名校5月高考适应性练习）科幻片《流浪地球2》再次带领大家回到“氦闪”的世界。“氦闪”的本质是恒星内部的氦核聚变，其核聚变反应方程为。已知一个氦核的质量为，一个X核的质量为，一个质子的质量为，一个中子的质量为，真空中的光速为c，则下列说法正确的是 A.该核反应方程中的X是氮核 B.核的比结合能大于X核的比结合能 C.该聚变反应释放的核能为 D.X核的比结合能为 参考答案 D 解题分析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为6，质量数为12，X是碳核，A项错误；聚变反应释放能量，表明X核比核更加稳定，则核的比结合能小于X核的比结合能，B项错误；根据爱因斯坦质能方程，该聚变反应释放的核能，C项错误；根据比结合能的定义可知，X核的比结合能为，D项正确。 思路点拨 本题考查了原子物理，属于基础知识，对物理学上的重大发现、发明、著名理论要加强记忆，要求考生重视课本，回归课本。 2．（2024年4月黑龙江牡丹江模拟）2024年3月，山东威海实现自主核能供热，全球首座第四代核电站开始向居民供暖，是核能综合利用的一次突破。目前核电站获取核能的基本核反应方程：，其中不稳定，衰变的半衰期为，下列说法正确的是（　　） A．反应产物的中子数为50 B．上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量 C．反应产物的比结合能比的比结合能小 D．1.5kg的原子核，经过后剩余的质量是开始时的 【参考答案】D 【名师解析】．根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为可知反应产物的中子数为53，故A错误； 该核反应为重核裂变反应，B错误；C．核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，C错误； 根据半衰期公式可知时所以1.5kg的原子核，经过后剩余的质量是开始时的，D正确。故选D。 3. （2024年4月安徽安庆示范高中联考）根据研究团队的预测，到2027年全球人工智能行业的能源消耗将达到惊人的1.2万亿千瓦时，可控核聚变可以提供大量的清洁能源，下列关于核聚变的说法正确的是（ ） A.核聚变过程中释放能量，因此质量数不守恒 B.核聚变反应中生成的新核比结合能大于反应前原子核的比结合能 C.只有氘和氚能发生核聚变，其他原子核不能 D.要使核聚变持续发生，需要外界持续不断提供能量 【参考答案】.B 【名师解析】核聚变反应过程质量数守恒，释放大量能量，一旦发生，就不需要外界提供能量，靠自身产生的能量就会使反应继续下去，原子序数小的原子核也可以发生核聚变，核聚变反应中生成的新核比结合能大于反应前原子核的比结合能。 4．（2024年4月北京东城区模拟）科学家发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，用表示。“四中子”是通过向液态氢靶上发射原子核而产生的，与H碰撞可将一个核分裂成一个粒子和一个“四中子”。由于核由四个核子组成，与“四中子”体系很相近，所以早在上个世纪50年代就有人根据核的结合能，估算“四中子”的结合能最大约为，其后有很多实验对四中子体系进行探测，但多数结论是否定的。2022年，由数十个国家的科学家组成的团队发现了“四中子态”存在的明确证据。下列有关“四中子”粒子的说法正确的是 A．可以通过电磁场使形成高速粒子束 B．产生“四中子”的核反应为 C．从核子间相互作用来看，“四中子”与核的区别在于是否存在电磁力 D．按上世纪50年代的估算，4个中子结合成“四中子”至多需要吸收的能量 【参考答案】C 【名师解析】由于“四中子”不带电荷，不能通过电磁场使形成高速粒子束，A错误；核反应不满足质量数守恒和电荷数守恒，所以不是产生“四中子”的核反应，B错误；从核子间相互作用来看，“四中子”核子之间只有核力作用，而核的核子之间还存在库仑力作用，所以从核子间相互作用来看，“四中子”与核的区别在于是否存在电磁力，C正确；根据题述。上个世纪50年代就有人根据核的结合能，估算“四中子”的结合能最大约为，则4个中子结合成“四中子”至多需要释放的能量，D错误。 5.（2024湖北4月质检）2023年11月6日，全球首座第四代核电站在山东石岛湾并网发电，这标志着我国在高温气冷堆核电技术领域领先全球.当前广泛应用的第三代核电站主要利用铀 裂变产能，铀（ 的一种典型裂变产物是钡（Ba）和氪（Kr）下列说法正确的是 A. U有92 个中子,143个质子 B.铀原子核 U的结合能大于钡原子核（ Ba）的结合能 C.重核裂变成中等大小的核，核的比结合能减小 D.上述裂变反应方程为 【参考答案】．B 【名师解析】 U 有 92 个质子，143 个中子，A 选项错误；根据自然组成原子核的核子越 多，它的结合能就越高，因此 U 的核结合能大于 Ba 的核结合能，B 选项正确；比结合 能越大的原子核越稳定，重核分裂成两个中等大小的核，核的比结合能均会增大，C 选项错 误；铀核裂变的核反应方程为，D 选项错误。 6. （2024安徽安庆市二模）太阳内部每天都进行着大量的核聚变反应，其中一种核聚变反应为两个氘核对心碰撞发生的核聚变：。已知一个氘核的质量为，一个氦核的质量为，一个中子的质量为，下列说法正确的是（　　） A. 氦核和中子的质量数之和小于两个氘核的质量数之和 B. 该核反应吸收的能量为 C. 核反应前后系统总动量减小 D. 该核反应释放的能量为 【参考答案】D 【名师解析】 核聚变满足质量数守恒，则氦核和中子的质量数之和等于两个氘核的质量数之和，故A错误； BD．核聚变反应释放能量，反应前后有质量亏损，由爱因斯坦的质能方程可知 故B错误，D正确； C．核聚变反应为内力作用，系统的动量守恒，则核反应前后系统总动量不变，故C错误。 7. （2024福建泉州质检2）2023年8月25日，“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核能开发进程中的重要里程碑。其中的核反应方程之一为，则该核反应属于______（选填“聚绕”或“裂变”）反应，X是_______（选填“质子”或“中子”）。已知核的质量为，核的质量为，核的质量为，X的质量为，真空中光速为c，则该核反应释放的核能大小为_______。 【参考答案】 ①. 聚变 ②. 质子 ③. 【名师解析】 [1]核反应方程 为核聚变反应； [2]根据质量数守恒和电荷数守恒可知，反应式中的X为质子（）； [3]根据爱因斯坦的质能方程可知，该核反应释放的核能大小为 8.（2024山东威海期末） 关于核反应方程：①②③④，下列说法正确的是（　　） A. ①是衰变，1g经过两个半衰期全部衰变 B. ②是核裂变，β射线的电离本领比α射线强 C. ③是人工转变，的比结合能比大 D. ④是热核反应，该反应需要很高的温度并放出热量 【参考答案】D 【名师解析】 ①中生成核中有α粒子，属于α衰变，根据半衰期的规律，1g经过两个半衰期有发生了衰变，还剩余没有发生衰变，故A错误； ②中生成核中有β粒子，属于β衰变，β射线的电离本领比α射线弱，故B错误； ③是核裂变，由于裂变释放能量，说明生成核比反应核更加稳定，可知的比结合能比大，故C错误； ④核聚变，是热核反应，该反应需要很高的温度并放出热量，故D正确。 9. （2024年2月吉林质检）研究表明原子核核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。一般认为大于铁原子核质量数（56）的为重核，小于则是轻核。下列对该图像的理解正确的是（　　） A. 从图中可以看出，Fe原子核最稳定 B. 从图中可以看出，重核A裂变成原子核B和C时，需要吸收能量 C. 从图中可以看出，轻核D和E发生聚变生成原子核F时，需要吸收能量 D. 从图中可以看出，重核随原子序数的增加，比结合能变大 【参考答案】A 【名师解析】 轻核可聚变为更稳定的核，重核可裂变为更稳定的核，则Fe原子核最稳定，A正确； 重核A裂变成原子核B和C时，由图可知，核子平均质量减小，裂变过程存在质量亏损，需要释放能量，B错误； C．轻核D和E发生聚变生成原子核F时，由图可知，核子平均质量减小，聚变过程存在质量亏损，需要释放能量，C错误； D．由图可知重核随原子序数的增加，原子核越不稳定，故比结合能越小，D错误。 10. （2024江西吉安一中期末）如图为太阳内部的一种轻核聚变的示意图，此反应需要超高温；另一种核反应是几个氦核在高温高压的作用下变成一个，此核反应是放热反应。已知的比结合能为E1，的比结合能为E2，光速为c，下列说法正确的是（ ） 核聚变示意图 A. 图像所对应的核反应方程式为 B. 另外一种核反应的方程式为 C. 的比结合能小于的比结合能 D. 另外一种核反应中的质量亏损为 【参考答案】D 【名师解析】 图像所对应的核反应方程式为 A项错误； 另外一种核反应 的方程式为 B项错误； 另外一种核反应是放热反应，则反应后的产物比反应之前要稳定，比结合能越大，原子核越稳定，则的比结合能大于的比结合能，C项错误； 对另外一种核反应，由能量守恒可得 解得 D项正确。 11. （2024河南焦作一模） 原子核的结合能很难直接测量，但根据爱因斯坦质能方程可以推知原子核的结合能。原子核的结合能与核子数之比被称为该原子核的比结合能，不同原子核的比结合能不一样，如图所示为按照实际测量结果画出的不同原子核的比结合能随质量数A的变化情况，则（　　） A. 由图可知中等质量原子核的比结合能较大，原子核较稳定 B. 由图可知氦原子核的结合能大于 C. 图中的质量数等于原子核的核子数与中子数之和 D. 由图可知核裂变生成物的结合能之和等于反应物的结合能之和 【参考答案】AB 【名师解析】 由图可知中等质量原子核的比结合能较大，原子核较稳定，故A正确； B．由图可知氦的比结合能大于，氦原子核的结合能 故B正确； C．图中的质量数等于原子核的质子数与中子数之和，故C错误； D．由图可知核裂变释放能量，生成物的结合能之和小于反应物的结合能之和，故D错误。 12．（2024安徽合肥一模）核反应有衰变、核裂变、核聚变和人工核转变4种类型。下列有关说法中正确的是（ ） A．核聚变时电荷数守恒，质量也守恒 B．用中子轰击样品中的会产生和电子 C．对于大量氡222，每经过一个半衰期就有一半的氡发生衰变 D．铀235裂变的方程为 【参考答案】C 【名师解析】核聚变时电荷数守恒，质量数守恒，核聚变释放能量，由质能方程可知，释放能量的核反应必有质量亏损，即质量不守恒，A错误；根据核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒，可知用中子轰击样品中的不会产生和电子，B错误；对于大量氡222，每经过一个半衰期就有一半的氡原子核发生衰变，C正确；根据核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒，铀235裂变的方程为，D错误。 13.（2024江苏南京期末） 2023年4月12日，我国“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了新的世界纪录，成功实现稳定态高约束模式等离子体运行403秒，其内部发生轻核聚变的核反应方程为，其中的X是（　　） A. 质子 B. 中子 C. 粒子 D. 正电子 【参考答案】B 【名师解析】根据质量数与电荷数守恒，核反应方程为 可得X是中子。故选B。 14. （2024海南海口市质检）几十亿年后太阳内部氢元素消耗殆尽，内部高温高压使三个氦核发生短暂的热核反应，被称为氦闪，核反应方程为 该反应放出的能量为E，真空中光速为c。 则（　　） A. 该反应属于核聚变 B. X核中有 6个核子 C. 氦核的比结合能为 D. 该反应的质量亏损为 【参考答案】AD 【名师解析】 根据质量数和核电荷数守恒，可知核反应方程为 属于轻原子核结合成较重原子核反应，所以该反应属于核聚变，又核子数为质子数加上中子数等于质量数，故A正确，B错误； 比结合能又称平均结合能，等于结合能除以核子数，结合能是自由分散的核子结合成原子核所释放的能量，并不是该反应放出的能量为E，所以X核的比结合能不为，故C错误； 根据爱因斯坦质能方程 又因为该反应放出的能量为E，所以该反应的质量亏损为，故D正确。 15. （2024年1月安徽联考）核能是蕴藏在原子核内部的能量，合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺问题。在铀核裂变实验中，核反应方程是，核的结合能为，核的结合能为，核的结合能为．则（　　） A. 该核反应过程动量不守恒 B. 该核反应方程中的X为 C. 该核反应中释放的核能为 D. 该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒 【参考答案】B 【名师解析】 ．在铀核裂变的过程中，动量守恒，故A错误； 设X为，由核电荷数守恒可知 可得 由质量数守恒得 解得 所以该核反应方程中的X为，故B正确，D错误； 由能量守恒定律可知，该核反应中释放的核能为 故C错误 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$