专题13 核裂变与核聚变、“基本”粒子【八大题型】-【压轴题】2024-2025 学年高中物理同步培优训练（人教版2019 选择性必修第三册）

专题13 核裂变与核聚变、“基本”粒子【八大题型】 一．重核的裂变及反应条件（共4小题） 二．核裂变的反应方程（共4小题） 三．重核裂变的应用（核电站与反应堆）（共4小题） 四．链式反应的条件与控制（共4小题） 五．轻核的聚变及反应条件（共5小题） 六．核聚变的反应方程（共5小题） 七．轻核聚变的应用（共5小题） 八．“基本”粒子（共4小题） 一．重核的裂变及反应条件（共4小题） 1．铀235是重要的核燃料，关于铀235的裂变，下列说法正确的是（　　） A．铀235裂变的方程可能为U→CsRb+10n B．铀235裂变后的生成物是多样的，但都要发生质量亏损 C．铀核裂变生成钡和氪的核反应方程是Un→BaKr+2n D．铀235裂变一旦发生就能自动延续下去，与铀块体积大小无关 【答案】B 【解答】解：A、铀235裂变的方程需要慢中子撞击，故A错误； B、铀235裂变后的生成物是多样的，但都要发生质量亏损，因为要释放核能，故B正确； C、该核反应方程式不遵循质量数守恒，故C错误； D、铀235裂变即使发生了，如果铀块体积小于临界体积，则核反应不能持续下去，故D错误。 故选：B。 2．（多选）有些核反应堆里要让中子与原子核碰撞，以便把中子的速率降下来，包含这种原子核的物质被称作慢化剂，常用的慢化剂有重水（2H核）和石墨（12C核），若视被碰原子核在碰前是静止的，且视中子与原子核的碰撞为弹性正碰，则对这两种慢化过程的说法中正确的有（　　） A．与原子核碰撞后，中子速度均会反向 B．与原子核碰撞后，中子速度改变相同 C．与12C核碰撞后，中子速率改变更大 D．与2H核碰撞后，中子速率改变更大 【答案】AD 【解答】解：A.设中子质量为m，原子核质量为M，则有M＞m，规定碰前中子速度方向为正方向，根据动量守恒定律和机械能守恒定律有mv＝mv1+Mv2，，可得，故与原子核碰撞后，中子速度均会反向，故A正确； B.中子速度的变化量为，故M不同时，中子速度的改变不同，故B错误； CD.中子速率的改变量为|Δv|＝v，故被碰原子核质量M越小，|Δv|越大，故C错误，D正确。 故选：AD。 3．（多选）下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　） A．卢瑟福通过分析甲图中的α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型 B．乙图为布朗运动实验，图中显示的是花粉颗粒的运动轨迹 C．丙图表示磁场对α、β和γ射线的作用情况，其中①是α射线，②是γ射线，③是β射线 D．丁图表示的核反应属于重核裂变，是目前人工无法控制的核反应 【答案】AC 【解答】解：A．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故A正确； B．布朗运动实验，图中显示的是花粉颗粒的不同时刻的位置，并把这些位置用折线连接起来，但不是运动轨迹，故B错误； C．根据左手定则可得，丙图射线①是α射线，而图线③是β射线，γ射线因为不带电在磁场中不偏转，因此②是γ射线，故C正确； D．图丁表示的核反应属于重核裂变，是人工可以控制的核反应，故D错误。 故选：AC。 4．2011年3月11日，日本发生9.0级地震后暴发海啸，导致福岛核电站核泄漏，核安全问题引起世界关注．福岛核电站属于轻水反应堆，即反应堆使用普通水作为减速剂，使快中子减速变成慢中子，便于被U俘获，发生可控制核裂变的链式反应． ①若铀核U俘获一个慢中子，发生核裂变后产生了Xe和Sr，试写出核裂变方程． ②若快中子的减速过程可视为快中子与普通水中H核发生对心正碰后减速．上述碰撞过程可简化为弹性碰撞，现假定某次碰撞前快中子速率为v0，靶核H核静止．试通过计算说明，此次碰撞后中子的速度变为多少？（已知氢核质量和中子质量近似相等）． 【答案】解：①由质量数守恒与核电荷数守恒可得，核裂变方程式为： Un→XeSr+3n； ②中子质量为m，原来速度为v0，碰撞后速度为v1， 质子质量为M，碰撞后速度为v2，则由动量守恒得： mv0＝mv1+Mv2， 由能量守恒定律得： mv02mv12Mv22， 解得：v1v0，v2v0； 由于中子质量m与质子质量M近似相等， 即m＝M，则v1＝0． 答：①核裂变方程为Un→XeSr+3n； ②碰撞后中子的速度变为0． 二．核裂变的反应方程（共4小题） 5．钍是一种放射性元素，广泛分布在自然界中。钍经中子（n）轰击可得到核燃料铀（U），其反应方程为Thn→U+2X，此反应能将现有的钍资源变成潜在的核燃料。下列说法正确的是（　　） A．X为质子 B．该过程发生了一次α衰变 C．该过程发生了一次β衰变 D．原子核的质量小于原子核的质量 【答案】D 【解答】解：A.根据质量数和电荷数守恒定律知，反应方程为Thn→U，即X为电子，属于β衰变，故A错误； BC.根据反应方程可知，该过程发生了两次β衰变，故BC错误； D.由于质量数大，故原子核的质量大于原子核的质量，故D正确。 故选：D。 6．下列说法正确的是（　　） A．一个中子和一个质子结合生成氘核时，会发生质量亏损 B．一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，可能产生6种不同频率的光子 C．氡（Rn）衰变的半衰期为3.8天，升高温度后其半衰期将小于3.8天 D．核反应HH→Hen是裂变 【答案】A 【解答】解：A、一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，由质能方程可知，此过程中有质量亏损，故A正确； B、一个处于n＝4能级的氢原子向较低能级跃迁，最终跃迁到基态，跃迁情况可能是：4→1，释放1种频率的光子。4→3→1，4→2→1，释放2种频率的光子。4→3→2→1，释放3种频率的光子，可能最多产生3种不同频率的光子，故B错误； C、原子核衰变的半衰期由原子核自身性质决定，是不变的，与核外的压强、温度等因素均无关，故选项C错误； D、核反应HH→Hen是轻核的聚变，故D错误； 故选：A。 7．（多选）我国首艘攻击核潜艇，其核反应堆采用的燃料是铀235，用一个动能约为0.025eV的中子（慢中子）轰击铀235，生成不稳定的铀236，从而再裂变为钡144和氪89，同时放出能量和3个快中子，而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将反应中放出的快中子减速，从而使生成的中子继续撞击其他铀235。有一种减速的方法是使用石墨（碳12）为减速剂，假设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞，则（　　） A．该反应的核反应方程式为Un→BaKrn B．一个速度为v0的快中子与静止的碳原子碰撞一次后，快中子的速度大小约为v1v0 C．一个动能为E0＝1.75MeV的快中子与静止的碳原子碰撞一次后，快中子的动能约为1.25MeV D．若一个动能为E0的快中子每次均与静止的碳原子碰撞，碰撞3次后的动能为E3＝（）6E0 【答案】ACD 【解答】解：A、根据质量数和电荷数守恒，该反应的核反应方程式为，故A正确； BC、碰撞过程中动量守恒，取v0方向为正方向，根据动量守恒定律mv0＝mv1+12mv2 快中子与静止的碳原子发生弹性碰撞，根据能量守恒定律 解得快中子的速度大小为 负号表示快中子的速度方向与规定的正方向相反； 快中子动能 综上分析，故B错误，C正确； D、第一次碰撞后反弹的快中子与静止的碳原子发生弹性碰撞，取v1方向为正方向 根据动量守恒定律mv1＝mv3+12mv4 根据能量守恒定律 联立解得 第二次碰撞后，快中子的动能 因此第3次碰撞后，快中子的动能 综上分析，故D正确。 故选：ACD。 8．氢原子由一个质子和一个电子组成，它具有许多神奇的功效与作用。 （1）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生属于巴尔末系的四种可见光，其光谱如图所示。 ①巴尔末系谱线波长经验公式是（式中n＝3，4，5，…）。公式中n取6时可算得Hδ谱线的波长，则要计算Hα谱线的波长，n应取 　A　 。 A．3 B．5 C．7 D．9 ②如图所示，保持阴极K的材料不变，分别用Hδ和Hγ两种光照射阴极K，都能产生光电效应。则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随A、K两极间电压U变化关系的图像是 　D　 。 （2）太阳内部所发生的核聚变反应称为p﹣p循环，其中一个核聚变方程为：　H　 。请在该核聚变方程的横线处填写正确的内容。 （3）轻核结合成质量较大的原子核的核反应称为核聚变，核聚变可以产生大量能量。在核聚变反应中轻核的平均结合能 　C　 （选择：A．大于B．等于C．小于）质量较大原子核的平均结合能。 【答案】（1）①A；②D；（2）；（3）C。 【解答】解：（1）①n取6时可算得Hδ谱线的波长，由此可知Hδ谱线的波长小于Hα谱线的波长，且在光谱图中可知Hα谱线的波长最长，则能量最小，所以对应的能级差最小，即n取3，故A正确，BCD错误。 故选：A。 ②由光谱图可知Hδ的频率大于Hγ的频率，根据光电效应方程有Ek＝hν﹣W0，根据动能定理有eUc＝Ek，所以Hδ对应的光电子的最大初动能较大，则对应的遏止电压较大。图线的斜率表示电子的电量，所以Ekm随A、K两极间电压U变化关系图线相互平行，故D正确，ABC错误。 故选：D。 （2）根据质量数守恒和电荷数守恒可知，和氘核发生聚变反应的电荷数为1，质量数为1，所以应该是氕核，即为 （3）核反应是朝着比结合能大的方向进行的，所以在核聚变反应中轻核的平均结合能小于质量较大原子核的平均结合能，故C正确，AB错误。 故选：C。 故答案为：（1）①A；②D；（2）；（3）C。 三．重核裂变的应用（核电站与反应堆）（共4小题） 9．核裂变和核聚变是人类获取核能的两种方式，下列有关核物理知识叙述错误的是（　　） A．在进行链式反应中，随着辐射中子数量不断增加，后期反应越来越剧烈 B．在核反应堆中重水和石墨都能使慢中子加速，从而控制链式反应 C．磁约束是指利用磁场将高温、高密度等离子体约束在一定的容积内，使其达到核聚变的条件 D．从原子弹爆炸到氢弹爆炸，我国只用了两年零八个月，氢弹是一种利用核聚变的反应装置 【答案】B 【解答】解：A.链式反应中，中子数量的增加会导致反应速率加快，反应越来越剧烈，故A正确； B.重水和石墨是常用的中子慢化剂，用于将快中子减速为慢中子，从而控制链式反应，故B错误； C.磁约束是核聚变实验中常用的技术，通过磁场约束参加反应的物质，使其达到核聚变的条件，故C正确； D.从原子弹爆炸到氢弹爆炸，我国只用了两年零八个月，氢弹是一种利用核聚变的反应装置，故D正确； 本题选错误的， 故选：B。 10．2023年，全球首座四代核反应堆在中国正式运行，标志着中国在核领域的领先地位。如图是我国大亚湾核电站外景。核反应堆是核电站的热源，其内部进行核反应产生源源不断的能量，核反应产生的热能通过载热剂传给汽轮机做功，汽轮机带动发电机，产生的电能被输送到电网。下列关于核反应堆的说法正确的是（　　） A．核反应堆都是核聚变反应 B．反应堆实现中子慢化是让作为慢化剂的原子核与中子进行碰撞来降低中子速度 C．若核燃料是铀核（U），产物是钡（Ba）和氪（Kr），那么铀（U）的比结合能比钡（Ba）和氪（Kr）的都要高 D．在很多化学反应中，可以通过加催化剂、高温等条件加快反应速度，以此类推，升高温度也可以加快核废料的衰变，为核废料的安全处理提供帮助 【答案】B 【解答】解：A、现在核电站是利用原子核裂变发生链式反应时释放的大量能量来发电的，故A错误； B、慢化剂使快中子变成慢中子，其原理是通过碰撞来降低中子速度，故B正确； C、铀核裂变释放能量，生成物比铀核更稳定，所以产物的比结合能比铀核更高，故C错误； D、半衰期不受温度、压强以及该物质是单质还是化合物的影响，所以升温达不到加快处理核废料的目的，故D错误。 故选：B。 11．（多选）2011年3月，日本地震引发海啸，继而福岛核电站（世界最大的核电站）发生核泄漏．关于核电站和核辐射，下列说法中正确的是（　　） A．核反应堆发生的是轻核聚变反应 B．核反应堆发生的是重核裂变反应 C．放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关 D．放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关 【答案】BC 【解答】解：A、核电站是利用重核的裂变来发电的，重核的裂变形成的链式反应是可在人工控制下进行的。而轻核的聚变现在是无法人工控制的，核反应堆发生的是重核裂变反应，所以选项B正确、A错误。 C、放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。所以选项C正确、D错误。 故选：BC。 12．2011年3月11日，日本发生了9.0级地震后暴发海啸，导致福岛核电站核泄漏，核安全问题引起世界关注．福岛核电站属于轻水反应堆，即反应堆使用普通水作为减速剂，使快中子减速变成慢中子，便于被U俘获，发生可控制核裂变的链式反应． （1）若铀核U俘获一个慢中子，发生核裂变后产生了Xe和Sr，试写出核裂变方程； （2）若快中子的减速过程可视为快中子与普通水中的H核发生对心正碰后减速，碰撞过程可简化为弹性碰撞．假定碰撞前H核静止，快中子速度为v0＝3.2×107m/s．求碰撞后中子的速度．（已知中子质量mn为氢核质量mH的1.16倍） 【答案】解：（1）由质量数守恒与核电荷数守恒可得，核裂变方程式为： U→XeSr+3n （2）快中子与H核发生弹性对心正碰，由动量守恒定律得： mnv0+0＝mnvn+mHvH 由机械能守恒定律得： 代入数据解得： vn＝2.4×106m/s 答：（1）核裂变方程为：U→XeSr+3n； （2）碰撞后中子的速度为2.4×106m/s． 四．链式反应的条件与控制（共4小题） 13．如图所示，某次铀核裂变反应式为Un→BaKrn，反应产生的中子可能击中其它铀原子核从而引发链式反应，用mU、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr核的质量，c为真空中的光速，下列说法正确的是（　　） A．链式反应若能发生，铀原料的体积必须大于临界体积 B．裂变产物Ba的比结合能小于U的比结合能 C．该核反应过程中质量有所增加 D．该核反应中放出的核能为（mU﹣mBa﹣mKr）c2 【答案】A 【解答】解：A、链式反应若能发生，铀原料的体积必须大于临界体积，故A正确； B、该反应释放能量，生成物比反应物更稳定，所以裂变产物的比结合能大于的比结合能，故B错误； CD、该核反应过程中质量有亏损，根据质能方程可知释放的核能为ΔE＝Δmc2＝（mU﹣mBa﹣mKr﹣2mn）c2，故CD错误。 故选：A。 14．核电站发电利用了铀核裂变的链式反应。核反应堆中的“燃料”是U，产物多样，一种典型的铀核裂变是生成锶（Sr）和氙（Xe）。下列说法正确的是（　　） A．U的比结合能比Sr小 B．任意质量体积的铀核均能发生链式反应 C．若参加反应铀核的质量为m，则反应释放的能量为mc2 D．U的半衰期为7亿年，10克U原子核经14亿年全部发生衰变 【答案】A 【解答】解：A、铀核裂变释放能量，生成物比反应物更稳定，比结合能更大，所以U核的比结合能比Sr核的比结合能小，故A正确； B、铀块的体积必须达到临界体积才能发生链式反应，故B错误； C、根据爱因斯坦质能方程，若参加反应铀核的质量为m，则反应释放的能量小于mc2，故C错误； D、10克铀核经14亿年，也就是2个半衰期，故还有2.5克是的铀核末发生衰变，故D错误。 故选：A。 15．下列几幅图的有关说法正确的是（　　） A．图一中少数α粒子穿过金箔后方向不变，大多数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转 B．图二光电效应实验说明了光具有波动性 C．图三中射线甲由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷 D．图四链式反应属于轻核的聚变，又称为热核反应 【答案】C 【解答】解：A、在α粒子的散射实验中，少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的几乎全部质量和所有正电荷主要集中在很小的核上，否则不可能发生大角度偏转，故A错误。 B、光电效应实验说明了光具有粒子性。故B错误。 C、根据带电粒子在磁场中偏转，结合左手定则可知，射线甲由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，故C正确。 D、链式反应属于重核的裂变。故D错误。 故选：C。 16．（1）能量为Ei的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子。这一能Ei称为氢的电离能。现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为　　 （用光子频率ν、电子质量m、氢原子的电离能Ei和普朗克常量h表示）。 （2）在核反应堆中，常用减速剂使快中子减速。假设减速剂的原子核质量是中子的k倍。中子与原子核的每次碰撞都可看成是弹性正碰。设每次碰撞前原子核可认为是静止的，求N次碰撞后中子速率与原速率之比。 【答案】解：（1）由题意可知氢的电离能实际上等于电子从基态向外跃迁直到电离的过程中克服核的引力所做的功， 频率为ν的光子的能量为hν，故用该光子照射处于基态的氢原子时氢原子获得的能量为hν， 要使处于基态的氢原子刚好电离，则在该电子远离核的过程中核的引力对电子所做的功为﹣E1， 由能量守恒得， 故电子远离核以后的速度为 （2）设中子和作减速剂的物质的原子核A的质量分别为mn和mA，碰撞前中子速度为vn，碰撞后速度分别为v′n和v′A， 由于发生弹性正碰，故碰撞前后水平向动量守恒， 故有mnvn＝mnv′n+mAv′A 由于发生弹性正碰，故碰撞过程中动能守恒，可得 由题设知mA＝kmn 经1次碰撞后中子速率与原速率之比为 同理可得经N次碰撞后，中子速率与原速率之比为 五．轻核的聚变及反应条件（共5小题） 17．太阳主要是由电子e和氢核H、氦核He组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是：eHHe+释放的核能，这些核能最后转化为辐射能。根据该核反应方程，下列说法正确的是（　　） A．核反应前后的总中子数不变 B．核反应前后的总质子数不变 C．核反应前后的总电荷数不变 D．核反应前后的总质量不变 【答案】C 【解答】解：A．核反应前后的总中子数分别为0、2，即中子数变大，故A错误； B．核反应前后的总质子数分别为4、2，即质子数变小，故B错误； C．核反应方程遵循电荷数守恒，核反应前后的总电荷数分别为2、2，即总电荷数不变，故C正确； D．因为核反应方程释放巨大核能的同时，一定会伴随着质量亏损，所以核反应后的总质量一定小于核反应前的总质量，故D错误。 故选：C。 18．下列核反应方程中属于α衰变的是（　　） A．HH→Hen B．Cu→CoHe C．NHe→OH D．Un→BaKr+3n 【答案】B 【解答】解：A、核反应方程HH→Hen，是人工核反应方程，故A错误； B、核反应方程Cu→CoHe；是属于α衰变，故B正确； C、核反应方程，NHe→OH，是人工核反应方程，是发现质子的核反应方程，故C错误； D、核反应方程Un→BaKr+3n，是属于核裂变反应，故D错误。 故选：B。 19．（多选）月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3（He）”的化学元素，是热核聚变的重要原料。科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3（He）”与氘核聚变，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程为HeH→HeH B．核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量 C．氦3（He）一个核子的结合能大于氦4（He）一个核子的结合能 D．氦3（He）的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量 【答案】AD 【解答】解：A、该选项中的核反应方程就是和的核聚变的方程，在生成和的同时释放大量的能量。故A正确。 B、由于核反应的过程中释放大量的能量，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝ΔmC2，可知生成物的质量小于反应物的质量。故B错误。 C、质量中等的核的比结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变，都可使核更为稳定并放出能量，故一个生成物核子的结合能大于一个反应物的核子的结合能。故C错误。 D、由于质量中等的核的比结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变，都可使核更为稳定并放出能量。故D正确。 故选：AD。 20．在氘核H和氚核H结合成氦核He的核反应方程如下： HH→Hen+17.6MeV ①这个核反应称为 　聚变　 ②要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文。式中17.6MeV是核反应中 　放出　 （选填“放出”或“吸收”）的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量 　减少　 （选填“增加”或“减少”）了 　3×10﹣29　 kg（保留一位有效数字） 【答案】解：①该反应为聚变反应。 ②聚变反应有质量亏损，会向外放出能量，式中17.6MeV是核反应中放出的能量。反应后的总质量比反应前的总质量减小，根据ΔE＝Δmc2，得： Δmkg≈3×10﹣29kg。 故答案为：①聚变；②放出，减少，3×10﹣29。 21．太阳向空间辐射太阳能的功率大约为3.8×1026W，太阳的质量为2.0×1030kg．太阳内部不断发生着四个质子聚变为一个氦核的反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳能源，试求：（mp＝1.007 3u，mHe＝4.001 5u，me＝0.000 55u，1u的质量对应的能量为931.5MeV） （1）写出这个核反应的核反应方程。 （2）这一核反应释放出多少能量？ （3）太阳每秒钟减少的质量为多少？ 【答案】解：（1）核反应方程式为： → （2）该核反应中放出的结合能为： ΔE＝（4mp﹣mHe﹣2me）c2 代入数据解得： ΔE≈24.8 MeV≈3.97×10﹣12 J （3）太阳每秒减少的质量为： Δm 代入数据解得： Δm≈4.2×109 kg 答：（1）写出这个核反应方程：→； （2）这一核反应释放出的能量有3.97×10﹣12 J； （3）太阳质量每秒将减少4.2×109 kg。 六．核聚变的反应方程（共5小题） 22．国际热核聚变实验堆（ITER）计划俗称“人造太阳”，即为人工可控热核反应堆，该装置中发生的核聚变反应是和聚变生成并释放能量。下列说法正确的是（　　） A．该聚变的核反应方程是 B．的质量等于组成它的核子的质量之和 C．的比结合能大于的比结合能 D．为了实现可控核聚变，科学家设想的解决方案是磁约束和惯性约束 【答案】D 【解答】解：A．该聚变的核反应方程是，故A错误； B.核子结合成原子核的时候会发生质量亏损，原子核质量小于组成它的核子质量之和，故B错误； C.的比结合能小于的比结合能，故C错误； D.核聚变反应是较轻的核子聚合成较重的核子，要使得核子的强相互作用发挥作用，必须使核子间接近到发生相互作用的距离，约为10﹣15m，要达到这个目的必须加热原子核，使得原子核的温度达到几百万摄氏度，这样才能够实现聚变，所以实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受热核反应所需的温度，为了实现可控核聚变，科学家设想的解决方是磁约束和惯性约束，故D正确。 故选：D。 23．恒星内部发生着各种热核反应，其中“氦燃烧”的核反应方程为ee→Be+γ，Be是不稳定的粒子，其半衰期为T。下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程中A的数值为9 B．“氦燃烧”是聚变反应，反应过程中没有质量亏损 C．Be的衰变需要外部激发才能发生 D．对于质量为32g的Be，经过3T时间，仍有4g未发生衰变 【答案】D 【解答】解：A.根据质量数和电荷数守恒，该核反应方程中A的数值为8，故A错误； B.“氦燃烧”是聚变反应，反应过程中出现质量亏损而释放核能，故B错误； C.的衰变不需要外部激发就能发生，是自发进行的，故C错误； D.根据半衰期的计算公式可知，对于质量为32g的，经过3T时间，仍有4g未发生衰变，故D正确。 故选：D。 24．（多选）下列说法不正确的是（　　） A．HH→Hen是聚变 B．Un→XeSr+2n是裂变 C．Ra→RnH是α衰变 D．Na→Mge是裂变 【答案】AD 【解答】解：A、HH→Hen是核聚变方程，聚变是质量轻的核结合成质量大的核，故A不正确。 B、Un→XeSr+2n是裂变方程，裂变是质量较大的核分裂成较轻的几个核，故B正确。 C、α衰变是自发地进行的，不需其它粒子轰击，生成氦原子核，Ra→RnH是α衰变，故C正确。 D、Na→Mge是β衰变，生成电子，故D不正确。 本题选择不正确的， 故选：AD。 25．2022年，中国新一代“人造太阳”科学研究取得突破性进展，HL﹣2M等离子体电流突破100万安培，创造了我国可控核聚变装置运行新纪录。其中，氢核聚变的核反应方程为HH→He+X。则X为 　中子　 ，该核反应属于 　核聚变　 （选填“核聚变”、“核裂变”）已知H质量为m1，H质量为m2，He质量为m3，X的质量为m4，光速c，则该核反应释放的核能大小为 　　 （请用m1、m2、m3、m4、c表示）。 【答案】中子；核聚变；。 【解答】解：根据核反应方程中，质量数和核电荷数守恒的特点，可知：X质量数为2+3﹣4＝1，核电荷数为1+1﹣2＝0，则X为中子； 核裂变是指重核变成两个或者多个轻核；核聚变是指两个轻核聚合成一个更重的核，由核反应方程可知，该核反应属于核聚变。 该核反应的质量亏损为：Δm＝m1+m2﹣m3﹣m4，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，释放的核能大小为：。 故答案为：中子；核聚变；。 26．近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变核电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（H）和氚（H）聚变成（He），并释放一个中子。已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u＝1.66×10﹣27kg，光速c＝3.00×108m/s。 （1）写出氘和氚聚变的反应方程； （2）试计算这个核反应释放出来的能量； （3）若建一座功率为3.0×105kW的核聚变发电站，假设聚变所产生的能量有60%变成了电能，每年要消耗多少质量的氘？[一年按3.2×107s计算，阿伏加德罗常数，氘核的摩尔质量，（2）（3）问结果均保留两位有效数字] 【答案】（1）核反应方程HH→Hen； （2）这个核反应释放出来的能量为2.8×10﹣12J； （3）每年要消耗氘的质量为19kg。 【解答】解：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得其核反应方程为 HH→Hen （2）根据爱因斯坦质能方程得， ΔE＝Δmc2＝（2.0141+3.0160﹣4.0026﹣1.0087）×1.66×10﹣27×（3×108）2J＝2.8×10﹣12J （3）设每年消耗氘的质量为m，根据能量守恒定律得，Pt6.02×1023×ΔE×60% 代入数据解得m＝19kg. 答：（1）核反应方程HH→Hen； （2）这个核反应释放出来的能量为2.8×10﹣12J； （3）每年要消耗氘的质量为19kg。 七．轻核聚变的应用（共5小题） 27．可控核聚变的目标是实现安全、持续、平稳的能量输出，这种技术一旦实现突破，它将为人类提供用之不竭的清洁能量。已知氘核与氚核聚变时的核反应方程为，氘核与氦3核聚变时的核反应方程为；若氦3核的质量为3.0150u，氚核的质量为3.0160u，质子的质量为1.007u，中子的质量为1.008u。下列说法正确的是（　　） A．X为 B．Y为 C．ΔE1＝ΔE2 D．核的质量等于一个质子与一个中子的质量之和 【答案】C 【解答】解：AB．质量数和电荷数守恒可推知X为，Y为，故AB错误； C．设核的质量为m1，核的质量为m2，根据质能方程有， 故C正确； D．一个质子与一个中子在结合成核时、有质量亏损，故D错误。 故选：C。 28．我国“人造太阳”实验装置（EAST）多次创造新的放电世界纪录，其内部发生轻核聚变的核反应方程之一为：HH→He+X，其中X是（　　） A．质子，其粒子流有很强的电离作用 B．质子，其粒子流有很强的穿透能力 C．中子，其粒子流有很强的电离作用 D．中子，其粒子流有很强的穿透能力 【答案】D 【解答】解：根据质量数与电荷数守恒，核反应方程为 → 可得X是中子，中子流有很强的穿透能力，故ABC错误，D正确； 故选：D。 29．（多选）据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是（　　） A．“人造太阳”的核反应方程是→Hen B．“人造太阳”的核反应方程是Un→BaKrn C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2 D．“人造太阳”核能大小的计算公式是 【答案】AC 【解答】解：AB、人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应，其方程为→Hen，而B选项是核裂变反应，故A正确，B错误。 CD、核聚变过程中出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝ΔmC2可求出核反应释放的能量，故C正确，D错误。 故选：AC。 30．2021年12月30日，我国科学家利用东方超环实现了7000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒，对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV）。除了计算质量亏损外，的质量可以认为是中子的3倍。（计算结果单位为MeV，保留两位有效数字） （1）写出该反应的核反应方程。 （2）若两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，释放的核能也全部转化为核与中子的动能。反应前每个氘核的动能为0.37MeV，求反应后氦3和中子的动能分别为多少。 【答案】（1）该反应的核反应方程为→； （2）反应后氦3和中子的动能分别为1.0MeV、3.0MeV。 【解答】解：（1）两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，则该反应的核反应方程为 → （2）设反应后氦3和中子的速度大小分别为v1和v2。 两个氘核碰撞和核反应过程动量守恒，则碰撞前，两个氘核总动量为0，则碰撞后氦3和中子总动量为0，取碰撞后氦3的速度方向为正方向，由动量守恒定律有 3mv1﹣mv2＝0 核反应释放的能量为 ΔE＝Δmc2＝（2×2.0136﹣1.0087﹣3.0150）×931.5MeV＝3.26MeV 根据能量守恒有 3ΔE+2Ek0 其中Ek0＝0.37MeV 反应后氦3动能Ek13 解得：Ek1＝1.0MeV 中子的动能Ek2＝ΔE+2Ek0﹣Ek1＝（3.26+2×0.37﹣1.0）MeV＝3.0MeV 答：（1）该反应的核反应方程为→； （2）反应后氦3和中子的动能分别为1.0MeV、3.0MeV。 31．2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403s。在该装置内发生的核反应方程是，已知在氘核聚变反应中氘核质量为m1，X粒子质量为m2，核的质量为m3。求： （1）X是何种粒子； （2）该核反应释放的核能。 【答案】（1）X是； （2）该核反应释放的核能为。 【解答】解：（1）设X的质量数为A，电荷数为Z，根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒可知： 2+2＝3+A 1+1＝2+Z， 解得X的质量数为1，电荷数为0，即得出X是中子； （2）该核反应的质量亏损为 Δm＝2m1﹣m2﹣m3 该核反应释放的核能为 ΔE＝Δmc2 即 答：（1）X是； （2）该核反应释放的核能为。 八．“基本”粒子（共4小题） 32．如图所示，中子内有一个电荷量为e的上夸克和两个电荷量为的下夸克，三个夸克都分布在半径为r的同一圆周上，则三个夸克在其圆心处产生的电场强度为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解答】解：根据点电荷电场强度公式可得 电荷在圆心处的电场强度为： 电荷在圆心处的电场强度为：， 如图所示， 根据平行四边形定则和几何关系可得圆心处的合电场强度为：E合＝E2+E＝E2+E1，故A正确，BCD错误。 故选：A。 33．（多选）已知π+、π﹣介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，质子、中子都是由三个夸克组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。 π+ π﹣ u d 带电量 +e ﹣e e e e e 下列说法正确的是（　　） A．π+由u和组成 B．π﹣由d和组成 C．质子由2个d和1个u组成 D．中子由2个d和1个u组成 【答案】ABD 【解答】解：A、分析题中表格，由题意可知，π+介子带正电，电荷量为元电荷的电量，由u和组成，故A正确； B、π﹣介子带负电，电荷量为元电荷的电量，由d和组成，故B正确； C、质子带正电，电荷量为元电荷的电量，如果由2个d和1个u组成，则不带电，故C错误； D、中子不带电，由2个d和1个u组成，故D正确。 故选：ABD。 34．恒星的颜色与 　它表面的温度　 密切有关，最冷的恒星（大约3200℃），在天空中呈现暗红色。表面温度5500℃的太阳发出白光。太空中最热的恒星（表面温度高于10000℃）则会呈现 　偏蓝　 色。 【答案】它表面的温度，偏蓝。 【解答】解：恒星表面的颜色与它表面的温度有关，最热的恒星则会呈现偏蓝色。 故答案为：它表面的温度，偏蓝。 35．粒子物理学研究表明，介子由两个夸克构成．研究介子可以通过用高能电子与介子碰撞来进行．科学家们给这种碰撞建立了一种简化了的模型，称为“分粒子”模型，如图所示．质量为M、动能为E的电子跟介子中的某一个质量为m1的夸克在极短的时间内发生弹性碰撞，介子中的另一个夸克质量为m2（m1≠m2），两夸克间以一个无质量的弹簧相连．碰撞前两个夸克都处于静止状态，弹簧处于自然长度．所有运动都在同一条直线上．求： （1）电子在碰撞中损失的动能ΔE； （2）碰撞后质量为m2的夸克可能得到的最大动能Em． 【答案】解：（1）电子与质量为m1的夸克在极短的时间内发生弹性碰撞，取向右为正方向，由动量守恒定律得： Mv＝Mv1+m1v2 又由碰撞的过程中无机械能损失，得： Mv2m1 电子在碰撞中损失的动能为： ΔEMv2． 据题有：EMv2 解得：v2 ΔEE （2）当弹簧两次恢复原长时，质量为m2的夸克得到的动能最大，由两个夸克及弹簧组成的系统动量守恒和机械能守恒得： m1v2＝m1v3+m2v4． m1m1m2． 质量为m2的夸克能得到的最大动能为： Emm2． 联立解得：EmE 答：（1）电子在碰撞中损失的动能ΔE为E； （2）碰撞后质量为m2的夸克可能得到的最大动能Em为E． 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题13 核裂变与核聚变、“基本”粒子【八大题型】 一．重核的裂变及反应条件（共4小题） 二．核裂变的反应方程（共4小题） 三．重核裂变的应用（核电站与反应堆）（共4小题） 四．链式反应的条件与控制（共4小题） 五．轻核的聚变及反应条件（共5小题） 六．核聚变的反应方程（共5小题） 七．轻核聚变的应用（共5小题） 八．“基本”粒子（共4小题） 一．重核的裂变及反应条件（共4小题） 1．铀235是重要的核燃料，关于铀235的裂变，下列说法正确的是（　　） A．铀235裂变的方程可能为U→CsRb+10n B．铀235裂变后的生成物是多样的，但都要发生质量亏损 C．铀核裂变生成钡和氪的核反应方程是Un→BaKr+2n D．铀235裂变一旦发生就能自动延续下去，与铀块体积大小无关 2．（多选）有些核反应堆里要让中子与原子核碰撞，以便把中子的速率降下来，包含这种原子核的物质被称作慢化剂，常用的慢化剂有重水（2H核）和石墨（12C核），若视被碰原子核在碰前是静止的，且视中子与原子核的碰撞为弹性正碰，则对这两种慢化过程的说法中正确的有（　　） A．与原子核碰撞后，中子速度均会反向 B．与原子核碰撞后，中子速度改变相同 C．与12C核碰撞后，中子速率改变更大 D．与2H核碰撞后，中子速率改变更大 3．（多选）下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　） A．卢瑟福通过分析甲图中的α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型 B．乙图为布朗运动实验，图中显示的是花粉颗粒的运动轨迹 C．丙图表示磁场对α、β和γ射线的作用情况，其中①是α射线，②是γ射线，③是β射线 D．丁图表示的核反应属于重核裂变，是目前人工无法控制的核反应 4．2011年3月11日，日本发生9.0级地震后暴发海啸，导致福岛核电站核泄漏，核安全问题引起世界关注．福岛核电站属于轻水反应堆，即反应堆使用普通水作为减速剂，使快中子减速变成慢中子，便于被U俘获，发生可控制核裂变的链式反应． ①若铀核U俘获一个慢中子，发生核裂变后产生了Xe和Sr，试写出核裂变方程． ②若快中子的减速过程可视为快中子与普通水中H核发生对心正碰后减速．上述碰撞过程可简化为弹性碰撞，现假定某次碰撞前快中子速率为v0，靶核H核静止．试通过计算说明，此次碰撞后中子的速度变为多少？（已知氢核质量和中子质量近似相等）． 二．核裂变的反应方程（共4小题） 5．钍是一种放射性元素，广泛分布在自然界中。钍经中子（n）轰击可得到核燃料铀（U），其反应方程为Thn→U+2X，此反应能将现有的钍资源变成潜在的核燃料。下列说法正确的是（　　） A．X为质子 B．该过程发生了一次α衰变 C．该过程发生了一次β衰变 D．原子核的质量小于原子核的质量 6．下列说法正确的是（　　） A．一个中子和一个质子结合生成氘核时，会发生质量亏损 B．一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，可能产生6种不同频率的光子 C．氡（Rn）衰变的半衰期为3.8天，升高温度后其半衰期将小于3.8天 D．核反应HH→Hen是裂变 7．（多选）我国首艘攻击核潜艇，其核反应堆采用的燃料是铀235，用一个动能约为0.025eV的中子（慢中子）轰击铀235，生成不稳定的铀236，从而再裂变为钡144和氪89，同时放出能量和3个快中子，而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将反应中放出的快中子减速，从而使生成的中子继续撞击其他铀235。有一种减速的方法是使用石墨（碳12）为减速剂，假设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞，则（　　） A．该反应的核反应方程式为Un→BaKrn B．一个速度为v0的快中子与静止的碳原子碰撞一次后，快中子的速度大小约为v1v0 C．一个动能为E0＝1.75MeV的快中子与静止的碳原子碰撞一次后，快中子的动能约为1.25MeV D．若一个动能为E0的快中子每次均与静止的碳原子碰撞，碰撞3次后的动能为E3＝（）6E0 8．氢原子由一个质子和一个电子组成，它具有许多神奇的功效与作用。 （1）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生属于巴尔末系的四种可见光，其光谱如图所示。 ①巴尔末系谱线波长经验公式是（式中n＝3，4，5，…）。公式中n取6时可算得Hδ谱线的波长，则要计算Hα谱线的波长，n应取 　 　 。 A．3 B．5 C．7 D．9 ②如图所示，保持阴极K的材料不变，分别用Hδ和Hγ两种光照射阴极K，都能产生光电效应。则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随A、K两极间电压U变化关系的图像是 　 　 。 （2）太阳内部所发生的核聚变反应称为p﹣p循环，其中一个核聚变方程为： 　 。请在该核聚变方程的横线处填写正确的内容。 （3）轻核结合成质量较大的原子核的核反应称为核聚变，核聚变可以产生大量能量。在核聚变反应中轻核的平均结合能 　 　 （选择：A．大于B．等于C．小于）质量较大原子核的平均结合能。 三．重核裂变的应用（核电站与反应堆）（共4小题） 9．核裂变和核聚变是人类获取核能的两种方式，下列有关核物理知识叙述错误的是（　　） A．在进行链式反应中，随着辐射中子数量不断增加，后期反应越来越剧烈 B．在核反应堆中重水和石墨都能使慢中子加速，从而控制链式反应 C．磁约束是指利用磁场将高温、高密度等离子体约束在一定的容积内，使其达到核聚变的条件 D．从原子弹爆炸到氢弹爆炸，我国只用了两年零八个月，氢弹是一种利用核聚变的反应装置 10．2023年，全球首座四代核反应堆在中国正式运行，标志着中国在核领域的领先地位。如图是我国大亚湾核电站外景。核反应堆是核电站的热源，其内部进行核反应产生源源不断的能量，核反应产生的热能通过载热剂传给汽轮机做功，汽轮机带动发电机，产生的电能被输送到电网。下列关于核反应堆的说法正确的是（　　） A．核反应堆都是核聚变反应 B．反应堆实现中子慢化是让作为慢化剂的原子核与中子进行碰撞来降低中子速度 C．若核燃料是铀核（U），产物是钡（Ba）和氪（Kr），那么铀（U）的比结合能比钡（Ba）和氪（Kr）的都要高 D．在很多化学反应中，可以通过加催化剂、高温等条件加快反应速度，以此类推，升高温度也可以加快核废料的衰变，为核废料的安全处理提供帮助 11．（多选）2011年3月，日本地震引发海啸，继而福岛核电站（世界最大的核电站）发生核泄漏．关于核电站和核辐射，下列说法中正确的是（　　） A．核反应堆发生的是轻核聚变反应 B．核反应堆发生的是重核裂变反应 C．放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关 D．放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关 12．2011年3月11日，日本发生了9.0级地震后暴发海啸，导致福岛核电站核泄漏，核安全问题引起世界关注．福岛核电站属于轻水反应堆，即反应堆使用普通水作为减速剂，使快中子减速变成慢中子，便于被U俘获，发生可控制核裂变的链式反应． （1）若铀核U俘获一个慢中子，发生核裂变后产生了Xe和Sr，试写出核裂变方程； （2）若快中子的减速过程可视为快中子与普通水中的H核发生对心正碰后减速，碰撞过程可简化为弹性碰撞．假定碰撞前H核静止，快中子速度为v0＝3.2×107m/s．求碰撞后中子的速度．（已知中子质量mn为氢核质量mH的1.16倍） 四．链式反应的条件与控制（共4小题） 13．如图所示，某次铀核裂变反应式为Un→BaKrn，反应产生的中子可能击中其它铀原子核从而引发链式反应，用mU、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr核的质量，c为真空中的光速，下列说法正确的是（　　） A．链式反应若能发生，铀原料的体积必须大于临界体积 B．裂变产物Ba的比结合能小于U的比结合能 C．该核反应过程中质量有所增加 D．该核反应中放出的核能为（mU﹣mBa﹣mKr）c2 14．核电站发电利用了铀核裂变的链式反应。核反应堆中的“燃料”是U，产物多样，一种典型的铀核裂变是生成锶（Sr）和氙（Xe）。下列说法正确的是（　　） A．U的比结合能比Sr小 B．任意质量体积的铀核均能发生链式反应 C．若参加反应铀核的质量为m，则反应释放的能量为mc2 D．U的半衰期为7亿年，10克U原子核经14亿年全部发生衰变 15．下列几幅图的有关说法正确的是（　　） A．图一中少数α粒子穿过金箔后方向不变，大多数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转 B．图二光电效应实验说明了光具有波动性 C．图三中射线甲由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷 D．图四链式反应属于轻核的聚变，又称为热核反应 16．（1）能量为Ei的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子。这一能Ei称为氢的电离能。现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为　　 （用光子频率ν、电子质量m、氢原子的电离能Ei和普朗克常量h表示）。 （2）在核反应堆中，常用减速剂使快中子减速。假设减速剂的原子核质量是中子的k倍。中子与原子核的每次碰撞都可看成是弹性正碰。设每次碰撞前原子核可认为是静止的，求N次碰撞后中子速率与原速率之比。 五．轻核的聚变及反应条件（共5小题） 17．太阳主要是由电子e和氢核H、氦核He组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是：eHHe+释放的核能，这些核能最后转化为辐射能。根据该核反应方程，下列说法正确的是（　　） A．核反应前后的总中子数不变 B．核反应前后的总质子数不变 C．核反应前后的总电荷数不变 D．核反应前后的总质量不变 18．下列核反应方程中属于α衰变的是（　　） A．HH→Hen B．Cu→CoHe C．NHe→OH D．Un→BaKr+3n 19．（多选）月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3（He）”的化学元素，是热核聚变的重要原料。科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3（He）”与氘核聚变，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程为HeH→HeH B．核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量 C．氦3（He）一个核子的结合能大于氦4（He）一个核子的结合能 D．氦3（He）的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量 20．在氘核H和氚核H结合成氦核He的核反应方程如下： HH→Hen+17.6MeV ①这个核反应称为 　 　 ②要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文。式中17.6MeV是核反应中 　 　 （选填“放出”或“吸收”）的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量 　 　 （选填“增加”或“减少”）了 　 　 kg（保留一位有效数字） 21．太阳向空间辐射太阳能的功率大约为3.8×1026W，太阳的质量为2.0×1030kg．太阳内部不断发生着四个质子聚变为一个氦核的反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳能源，试求：（mp＝1.007 3u，mHe＝4.001 5u，me＝0.000 55u，1u的质量对应的能量为931.5MeV） （1）写出这个核反应的核反应方程。 （2）这一核反应释放出多少能量？ （3）太阳每秒钟减少的质量为多少？ 六．核聚变的反应方程（共5小题） 22．国际热核聚变实验堆（ITER）计划俗称“人造太阳”，即为人工可控热核反应堆，该装置中发生的核聚变反应是和聚变生成并释放能量。下列说法正确的是（　　） A．该聚变的核反应方程是 B．的质量等于组成它的核子的质量之和 C．的比结合能大于的比结合能 D．为了实现可控核聚变，科学家设想的解决方案是磁约束和惯性约束 23．恒星内部发生着各种热核反应，其中“氦燃烧”的核反应方程为ee→Be+γ，Be是不稳定的粒子，其半衰期为T。下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程中A的数值为9 B．“氦燃烧”是聚变反应，反应过程中没有质量亏损 C．Be的衰变需要外部激发才能发生 D．对于质量为32g的Be，经过3T时间，仍有4g未发生衰变 24．（多选）下列说法不正确的是（　　） A．HH→Hen是聚变 B．Un→XeSr+2n是裂变 C．Ra→RnH是α衰变 D．Na→Mge是裂变 25．2022年，中国新一代“人造太阳”科学研究取得突破性进展，HL﹣2M等离子体电流突破100万安培，创造了我国可控核聚变装置运行新纪录。其中，氢核聚变的核反应方程为HH→He+X。则X为 　 　 ，该核反应属于 　 　 （选填“核聚变”、“核裂变”）已知H质量为m1，H质量为m2，He质量为m3，X的质量为m4，光速c，则该核反应释放的核能大小为 　 （请用m1、m2、m3、m4、c表示）。 26．近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变核电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（H）和氚（H）聚变成（He），并释放一个中子。已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u＝1.66×10﹣27kg，光速c＝3.00×108m/s。 （1）写出氘和氚聚变的反应方程； （2）试计算这个核反应释放出来的能量； （3）若建一座功率为3.0×105kW的核聚变发电站，假设聚变所产生的能量有60%变成了电能，每年要消耗多少质量的氘？[一年按3.2×107s计算，阿伏加德罗常数，氘核的摩尔质量，（2）（3）问结果均保留两位有效数字] 七．轻核聚变的应用（共5小题） 27．可控核聚变的目标是实现安全、持续、平稳的能量输出，这种技术一旦实现突破，它将为人类提供用之不竭的清洁能量。已知氘核与氚核聚变时的核反应方程为，氘核与氦3核聚变时的核反应方程为；若氦3核的质量为3.0150u，氚核的质量为3.0160u，质子的质量为1.007u，中子的质量为1.008u。下列说法正确的是（　　） A．X为 B．Y为 C．ΔE1＝ΔE2 D．核的质量等于一个质子与一个中子的质量之和 28．我国“人造太阳”实验装置（EAST）多次创造新的放电世界纪录，其内部发生轻核聚变的核反应方程之一为：HH→He+X，其中X是（　　） A．质子，其粒子流有很强的电离作用 B．质子，其粒子流有很强的穿透能力 C．中子，其粒子流有很强的电离作用 D．中子，其粒子流有很强的穿透能力 29．（多选）据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是（　　） A．“人造太阳”的核反应方程是→Hen B．“人造太阳”的核反应方程是Un→BaKrn C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2 D．“人造太阳”核能大小的计算公式是 30．2021年12月30日，我国科学家利用东方超环实现了7000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒，对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV）。除了计算质量亏损外，的质量可以认为是中子的3倍。（计算结果单位为MeV，保留两位有效数字） （1）写出该反应的核反应方程。 （2）若两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，释放的核能也全部转化为核与中子的动能。反应前每个氘核的动能为0.37MeV，求反应后氦3和中子的动能分别为多少。 31．2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403s。在该装置内发生的核反应方程是，已知在氘核聚变反应中氘核质量为m1，X粒子质量为m2，核的质量为m3。求： （1）X是何种粒子； （2）该核反应释放的核能。 八．“基本”粒子（共4小题） 32．如图所示，中子内有一个电荷量为e的上夸克和两个电荷量为的下夸克，三个夸克都分布在半径为r的同一圆周上，则三个夸克在其圆心处产生的电场强度为（　　） A． B． C． D． 33．（多选）已知π+、π﹣介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，质子、中子都是由三个夸克组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。 π+ π﹣ u d 带电量 +e ﹣e e e e e 下列说法正确的是（　　） A．π+由u和组成 B．π﹣由d和组成 C．质子由2个d和1个u组成 D．中子由2个d和1个u组成 34．恒星的颜色与 　 　 密切有关，最冷的恒星（大约3200℃），在天空中呈现暗红色。表面温度5500℃的太阳发出白光。太空中最热的恒星（表面温度高于10000℃）则会呈现 　 　 色。 35．粒子物理学研究表明，介子由两个夸克构成．研究介子可以通过用高能电子与介子碰撞来进行．科学家们给这种碰撞建立了一种简化了的模型，称为“分粒子”模型，如图所示．质量为M、动能为E的电子跟介子中的某一个质量为m1的夸克在极短的时间内发生弹性碰撞，介子中的另一个夸克质量为m2（m1≠m2），两夸克间以一个无质量的弹簧相连．碰撞前两个夸克都处于静止状态，弹簧处于自然长度．所有运动都在同一条直线上．求： （1）电子在碰撞中损失的动能ΔE； （2）碰撞后质量为m2的夸克可能得到的最大动能Em． 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$