专题5.4 核裂变与核聚变（七大题型）-2024-2025学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第三册）

专题5.4 核裂变与核聚变（七大题型） 知识点1 核裂变 知识点2 核聚变 题型一：核裂变现象和产生条件 题型二：铀核的典型裂变方程 题型三：计算核裂变反应中释放的能量 题型四：核裂变的应用 题型五：核聚变现象和产生条件 题型六：典型的核聚变方程 题型七：计算核聚变反应中释放的能量 作业 巩固训练 核裂变 知识点1 一、核裂变 1、定义 重核被中子轰击后分裂成两块质量差不多的新原子核，释放出核能的反应。 2、铀核裂变 用中子轰击铀核，铀核发生裂变，铀核裂变的产物是多样的，其中最典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子。核反应方程式为：U＋n→Ba＋Kr＋3n。 3、链式反应 中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫做核裂变的链式反应。 临界质量和临界体积：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 条件：裂变物质的体积必须大于或等于临界体积，或裂变物质的质量必须大于或等于临界质量。有足够数量的慢中子。有足够浓度的铀235。 二、反应堆与核电站 1、核电站 核电站的核心设施是核反应堆，核反应堆主要由以下几部分组成： 燃料：浓缩铀235； 减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水或普通水做减速剂； 控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子能力很强的特性，就可以容易地控制链式反应的速度。 2、核电站的工作原理 在核电站中，核反应堆是热源，下图为简化的核反应堆的示意图，铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成．石墨(或重水)为减速剂，使反应生成的快速中子变为慢中子，便于铀235吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周围。镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深些，吸收中子多，反应速度变慢；插浅一些，吸收中子少，反应速度加快。采用电子仪器自动地调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作。 核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水或液态钠做冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的混凝土防护层可以防止辐射线射到外面。 3、核电站的主要部件及作用 组成部分 材料 作用 裂变材料(核燃料) 浓缩铀 提供核燃料 减速剂(慢化剂) 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速 控制棒 镉棒 吸收中子，控制反应速度 热交换器 水或液态的金属钠 传输热量 防护层 厚水泥层 防止放射线泄露，对人体及其他生物体造成伤害 【易混易错警示】 核电站发电的优点：消耗的核燃料少；作为核燃料的铀、钍等在地球上可采用储量大，所能提供的能量大；对环境的污染要比火力发电小。 题型一：核裂变现象和产生条件 【典例1-1】具有完全自主知识产权的国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程商运投产，成为世界首个实现模块化第四代核电技术商业化运行的核电站，标志着我国在高温气冷堆核电技术领域实现了全球领先。关于高温气冷堆核电站说法正确的是（　　） A．利用核聚变发电，所以需要高温 B．通过改变温度控制核反应速度 C．利用核裂变时发生“质量亏损”而提供能量 D．核反应堆中镉棒插入是提高核反应速度 【变式1-1】如图所示，“核反应堆”通过可控的链式反应实现核能的释放，核燃料是铀棒，在铀棒周围放“慢化剂”，快中子与慢化剂中的原子核碰撞后，中子速度减小变为慢中子。下列说法正确的是（    ） A．“慢化剂”使快中子变慢中子，慢中子更难被铀核俘获 B．当核反应过于缓慢时，可以适当的插入镉棒，达到加快核反应速度的目的 C．铀块体积越小，越容易发生链式反应，能发生链式反应的铀块最大体积叫作它的临界体积 D．链式反应是指让一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去的反应 题型二：铀核的典型裂变方程 【典例1-2】我国自主研发的“华龙一号”反应堆技术利用铀235发生核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为，则反应产物中核内中子数比核内中子数多（    ） A．28个 B．29个 C．30个 D．31个 【变式1-2】铀235捕获中子的核反应方程为，已知该反应过程中释放的能量为，则（　　） A．新核Y含有52个中子 B．该反应属于原子核的衰变 C．的比结合能为 D．比更稳定 题型三：计算核裂变反应中释放的能量 【典例1-3】2023年12月6日，山东荣成华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程在稳定电功率水平上正式投产运行，标志着我国在高温气冷堆核电技术领域已处于全球领先地位。在其核反应中有一个反应是吸收一个中子引发裂变反应，生成物有、和中子，其中仍有放射性，半衰期为T。已知的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为，则下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程式为 B．一个裂变时释放的能量为 C．一个裂变时释放的能量为 D．10个核经过一个半衰期后有5个核会衰变 【变式1-3】如图所示，某次铀核裂变反应式为，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、、分别表示、、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．裂变产物的比结合能小于的比结合能 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 题型四：核裂变的应用 【典例1-4】核反应堆是核电站的核心装置。下列叙述正确的是（　　） A．控制棒通过释放中子来加快反应速率 B．减速剂（如石墨）的作用是减慢中子速度 C．核反应堆中发生的核反应主要为核聚变 D．冷却剂将热量直接转化为电能以供使用 【变式1-4】如图所示是慢中子核反应堆的示意图，下列说法正确的是（　　） A．铀235容易吸收快中子后发生核裂变 B．速度与热运动速度相当的中子最适合引发核裂变 C．石墨、重水和普通水能减慢快中子的速度而减缓链式反应速度 D．镉棒插入反应堆浅一些，少吸收一些中子而减缓链式反应速度 核聚变 知识点2 一、核聚变 1、定义 两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。 轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。 2、聚变发生的条件 要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。 3、特点 在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。 热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。 普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。 4、核反应方程 H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 5、应用 核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。 可控热核反应：目前处于探索阶段。 【易混易错警示】 重核裂变与轻核聚变的区别： 重核裂变 轻核聚变 放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能 放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍 题型五：核聚变现象和产生条件 【典例2-1】新华社报道：中国“人造太阳”配上“赤霄光剑”。2025年1月，中国成功研制强流直线等离子体装置“赤霄”，每平方米每秒钟可极速喷射出亿亿亿个粒子，为研制“人造太阳”核心材料提供科技利器。“赤霄”通过超导磁场技术，为特殊墙体材料的验证提供了关键支持。“赤霄”的性能已超过全球同类装置，其研发过程凝聚了中国科学家的创新智慧和不懈努力。下列说法正确的是（　　） A．我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置是目前我国核电站普遍采用的设备 B．核聚变也叫做链式反应，发生反应需要反应物质量大于临界质量 C．等离子体若喷入与其速度方向平行的强磁场也可以制成发电装置 D．用超导材料形成回路，一旦回路中有了电流，电流将无损耗的持续下去，在发电、输电等方面会有广泛应用前景 【变式2-1】关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（　　） A．核聚变需要在高温下进行 B．核聚变中电荷不守恒 C．太阳质量不变 D．太阳核反应方程式：U＋n→Ba＋Kr＋3n 题型六：典型的核聚变方程 【典例2-2】在中国“人造太阳”全超导托卡马克实验装置中，氘核（）和氚核（）聚变结合成一个新的原子核，并放出一个中子，该新的原子核为（　　） A．氕核 B．氧核 C．氦核 D．氮核 【变式2-2】中国的“人造太阳”——中国环流三号实验装置在2025年4月成功实现了原子核温度达到1.17亿度，电子温度达到1.6亿度的“双亿度”运行。其主要的核反应方程：，属于下列哪种核反应（　　） A．衰变 B．聚变 C．裂变 D．人工核反应 题型七：计算核聚变反应中释放的能量 【典例2-3】太阳现正处于主序星演化阶段．它主要是由正，负电子和、等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是（释放的核能），这些核能最后转化为辐射能．已知质子质量，核质量，电子质量，光速，则每发生一次上述核聚变反应所释放的核能为（　　） A． B． C． D． 【变式2-3】太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢核（）结合成1个氦核同时放出两个正电子的过程。质子的质量为1.0078u，α粒子的质量为4.0026u，正电子的质量为0.0005u，1u相当于931.5MeV的能量。每次核聚变反应过程中释放的能量约为取（　　） A．2.57MeV B．25.7MeV C．257MeV D．2570MeV 多选题 1．下列说法正确的是（　　） A．太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，人眼对黄绿光最敏感 B．氘核分离成质子与中子的过程中需要吸收的最小能量就是氘核的结合能 C．高温能使原子核克服核力而聚变 D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多 2．下面列出的核反应方程，与原子弹、氢弹等核武器相关的核反应方程是（　　） A． B． C． D． 3．浙江秦山核电站第三期工程有两个60万千瓦发电机组已并网发电。发电站的核能来源于的裂变，现有四种说法，说法正确的是（　　） A．裂变时释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小 B．的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为 C．是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短 D．一个核裂变能放出约200MeV的能量，合3.2×10－11J 4．下列说法正确的是（　　） A．黑体是不向外辐射任何电磁波的理想化模型 B．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度 C．任何物质都不会在红外线照射下发出可见光 D．电磁波遇到障碍物会发生反射，“彩超”就是利用电磁波的这个特性工作的 5．太阳能源于太阳内部的聚变反应，太阳质量也随之不断减少。设每次聚变反应可看作4个氢核结合成1个氦核，太阳每秒钟辐射的能量约为，下列说法正确的是（　　） A．该聚变的核反应方程是 B．聚变反应在常温下不能发生 C．太阳每秒钟减少的质量约为 D．目前核电站采用的核燃料主要是氢核 6．核反应方程为→+17.6MeV，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转化为与的动能，则（　　） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变 C．获得的动能约为14MeV D．获得的动能约为14MeV / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题5.4 核裂变与核聚变（七大题型） 知识点1 核裂变 知识点2 核聚变 题型一：核裂变现象和产生条件 题型二：铀核的典型裂变方程 题型三：计算核裂变反应中释放的能量 题型四：核裂变的应用 题型五：核聚变现象和产生条件 题型六：典型的核聚变方程 题型七：计算核聚变反应中释放的能量 作业 巩固训练 核裂变 知识点1 一、核裂变 1、定义 重核被中子轰击后分裂成两块质量差不多的新原子核，释放出核能的反应。 2、铀核裂变 用中子轰击铀核，铀核发生裂变，铀核裂变的产物是多样的，其中最典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子。核反应方程式为：U＋n→Ba＋Kr＋3n。 3、链式反应 中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫做核裂变的链式反应。 临界质量和临界体积：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 条件：裂变物质的体积必须大于或等于临界体积，或裂变物质的质量必须大于或等于临界质量。有足够数量的慢中子。有足够浓度的铀235。 二、反应堆与核电站 1、核电站 核电站的核心设施是核反应堆，核反应堆主要由以下几部分组成： 燃料：浓缩铀235； 减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水或普通水做减速剂； 控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子能力很强的特性，就可以容易地控制链式反应的速度。 2、核电站的工作原理 在核电站中，核反应堆是热源，下图为简化的核反应堆的示意图，铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成．石墨(或重水)为减速剂，使反应生成的快速中子变为慢中子，便于铀235吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周围。镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深些，吸收中子多，反应速度变慢；插浅一些，吸收中子少，反应速度加快。采用电子仪器自动地调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作。 核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水或液态钠做冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的混凝土防护层可以防止辐射线射到外面。 3、核电站的主要部件及作用 组成部分 材料 作用 裂变材料(核燃料) 浓缩铀 提供核燃料 减速剂(慢化剂) 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速 控制棒 镉棒 吸收中子，控制反应速度 热交换器 水或液态的金属钠 传输热量 防护层 厚水泥层 防止放射线泄露，对人体及其他生物体造成伤害 【易混易错警示】 核电站发电的优点：消耗的核燃料少；作为核燃料的铀、钍等在地球上可采用储量大，所能提供的能量大；对环境的污染要比火力发电小。 题型一：核裂变现象和产生条件 【典例1-1】具有完全自主知识产权的国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程商运投产，成为世界首个实现模块化第四代核电技术商业化运行的核电站，标志着我国在高温气冷堆核电技术领域实现了全球领先。关于高温气冷堆核电站说法正确的是（　　） A．利用核聚变发电，所以需要高温 B．通过改变温度控制核反应速度 C．利用核裂变时发生“质量亏损”而提供能量 D．核反应堆中镉棒插入是提高核反应速度 【答案】C 【详解】A．高温气冷堆核电站是将气体作为冷却剂，能够大大提高核电站的安全性。但是目前高温气冷堆核电站采用的是核裂变进行发电，A错误； B．可控核裂变指的是通过隔棒吸收中子，调节参与反应的中子数目以控制反应速度，B错误； C．可控核裂变是利用重核裂变的原理，重核裂变在放出能量的过程中存在质量亏损，C正确； D．核反应堆中镉棒插入吸收中子，降低核反应速度，D错误。 故选C。 【变式1-1】如图所示，“核反应堆”通过可控的链式反应实现核能的释放，核燃料是铀棒，在铀棒周围放“慢化剂”，快中子与慢化剂中的原子核碰撞后，中子速度减小变为慢中子。下列说法正确的是（    ） A．“慢化剂”使快中子变慢中子，慢中子更难被铀核俘获 B．当核反应过于缓慢时，可以适当的插入镉棒，达到加快核反应速度的目的 C．铀块体积越小，越容易发生链式反应，能发生链式反应的铀块最大体积叫作它的临界体积 D．链式反应是指让一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去的反应 【答案】D 【详解】A．慢中子更容易被铀核俘获，中子的速度不能太快，否则无法被铀核捕获，裂变反应不能进行下去，故A错误； B．核反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，以控制反应速度，当核反应过于缓慢时，可以适当的抽出镉棒，以达到加快核反应速度的目的，故B错误。 C．铀块体积越大，越容易发生链式反应，能发生链式反应的铀块最大体积叫作它的临界体积，选项C错误； D．链式反应是指让一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去的反应，选项D正确。 故选D。 题型二：铀核的典型裂变方程 【典例1-2】我国自主研发的“华龙一号”反应堆技术利用铀235发生核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为，则反应产物中核内中子数比核内中子数多（    ） A．28个 B．29个 C．30个 D．31个 【答案】B 【详解】根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知核为，则反应产物中核内中子数比核内中子数多 故选B。 【变式1-2】铀235捕获中子的核反应方程为，已知该反应过程中释放的能量为，则（　　） A．新核Y含有52个中子 B．该反应属于原子核的衰变 C．的比结合能为 D．比更稳定 【答案】A 【详解】A．由核反应中质量数守恒、电荷数守恒可知，新核为，则新核Y的中子数为 故A正确。 B．该反应是在中子作用下发生的，不是原子核自发进行的，属于核裂变，不属于衰变，故B错误。 C．该反应过程中释放的能量不是铀235的结合能，因此铀235的比结合能不是，故C错误。 D．核反应释放能量，比结合能越大，原子核越稳定，生成物的比结合能大于反应物的，故D错误。 故选A。 题型三：计算核裂变反应中释放的能量 【典例1-3】2023年12月6日，山东荣成华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程在稳定电功率水平上正式投产运行，标志着我国在高温气冷堆核电技术领域已处于全球领先地位。在其核反应中有一个反应是吸收一个中子引发裂变反应，生成物有、和中子，其中仍有放射性，半衰期为T。已知的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为，则下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程式为 B．一个裂变时释放的能量为 C．一个裂变时释放的能量为 D．10个核经过一个半衰期后有5个核会衰变 【答案】B 【详解】A．该核反应方程式为 故A错误； BC．一个核释放的能量为 故B正确，C错误； D．半衰期是大量放射性原子核衰变的统计规律，对少数原子核没有意义，故D错误。 故选B。 【变式1-3】如图所示，某次铀核裂变反应式为，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、、分别表示、、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．裂变产物的比结合能小于的比结合能 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 【答案】A 【详解】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； BC．比结合能越大越稳定，所以裂变产物的比结合能大于的比结合能，该核反应放出能量，所以反应过程产生质量亏损，故BC错误； D．设一个中子的质量为，该核反应中放出的核能为，故D错误。 故选A。 题型四：核裂变的应用 【典例1-4】核反应堆是核电站的核心装置。下列叙述正确的是（　　） A．控制棒通过释放中子来加快反应速率 B．减速剂（如石墨）的作用是减慢中子速度 C．核反应堆中发生的核反应主要为核聚变 D．冷却剂将热量直接转化为电能以供使用 【答案】B 【详解】A．控制棒通过释放中子来减慢反应速率，故A错误； B．减速剂（如石墨）的作用是减慢中子速度，故B正确； C．核反应堆中发生的核反应主要为核裂变，故C错误； D．冷却剂将热量传递给水，水汽化带走热量，故D错误。 故选B。 【变式1-4】如图所示是慢中子核反应堆的示意图，下列说法正确的是（　　） A．铀235容易吸收快中子后发生核裂变 B．速度与热运动速度相当的中子最适合引发核裂变 C．石墨、重水和普通水能减慢快中子的速度而减缓链式反应速度 D．镉棒插入反应堆浅一些，少吸收一些中子而减缓链式反应速度 【答案】B 【详解】AB．铀235不能捕捉快中子，不能发生核裂变，只有速度与热运动速度相当的中子最适合引发核裂变，故A错误，B正确； C．核反应堆中，石墨、重水和普通水能减慢快中子的速度从而使铀235能捕获慢中子后发生核裂变，故C错误； D．镉吸收中子的能力很强，当核反应过于缓慢时，将镉棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就快一些，故D错误。 故选B。 核聚变 知识点2 一、核聚变 1、定义 两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。 轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。 2、聚变发生的条件 要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。 3、特点 在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。 热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。 普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。 4、核反应方程 H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 5、应用 核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。 可控热核反应：目前处于探索阶段。 【易混易错警示】 重核裂变与轻核聚变的区别： 重核裂变 轻核聚变 放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能 放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍 题型五：核聚变现象和产生条件 【典例2-1】新华社报道：中国“人造太阳”配上“赤霄光剑”。2025年1月，中国成功研制强流直线等离子体装置“赤霄”，每平方米每秒钟可极速喷射出亿亿亿个粒子，为研制“人造太阳”核心材料提供科技利器。“赤霄”通过超导磁场技术，为特殊墙体材料的验证提供了关键支持。“赤霄”的性能已超过全球同类装置，其研发过程凝聚了中国科学家的创新智慧和不懈努力。下列说法正确的是（　　） A．我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置是目前我国核电站普遍采用的设备 B．核聚变也叫做链式反应，发生反应需要反应物质量大于临界质量 C．等离子体若喷入与其速度方向平行的强磁场也可以制成发电装置 D．用超导材料形成回路，一旦回路中有了电流，电流将无损耗的持续下去，在发电、输电等方面会有广泛应用前景 【答案】D 【详解】A．题干中提到“人造太阳”是指全超导托卡马克核聚变实验装置，但并未提到这是我国核电站普遍采用的设备。实际上，核电站目前主要采用核裂变技术，而非核聚变技术，A错误； B．核聚变与链式反应是两个不同的概念。链式反应通常指的是核裂变过程中中子引发的一系列反应，而核聚变是指轻原子核结合成重原子核的过程，B错误； C．等离子体喷入与其速度方向平行的强磁场，离子做匀速直线，不可以制成发电装置，C错误； D．题干中提到“赤霄”装置通过超导磁场技术，超导材料的一个重要特性是零电阻，即电流在超导回路中可以无损耗地持续流动。这一特性在发电、输电等方面具有广泛应用前景，D正确。 故选D。 【变式2-1】关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（　　） A．核聚变需要在高温下进行 B．核聚变中电荷不守恒 C．太阳质量不变 D．太阳核反应方程式：U＋n→Ba＋Kr＋3n 【答案】A 【详解】A．高温时剧烈的热运动使得原子核具有足够的动能，可以克服他们自身相互间巨大的库仑斥力，碰撞时十分接近，从而发生核聚变，故A正确； B．核聚变中电荷是守恒的，故B错误； C．太阳在不停地发生核聚变，放出大量能量，根据质能方程可知太阳质量在不断减小，故C错误； D．太阳核反应应是核聚变反应，而不是核裂变反应，故D错误。 故选A。 题型六：典型的核聚变方程 【典例2-2】在中国“人造太阳”全超导托卡马克实验装置中，氘核（）和氚核（）聚变结合成一个新的原子核，并放出一个中子，该新的原子核为（　　） A．氕核 B．氧核 C．氦核 D．氮核 【答案】C 【详解】根据题意写出核反应方程 根据质量数守恒、电荷数守恒可知 ， 则新的原子核为。 故选C。 【变式2-2】中国的“人造太阳”——中国环流三号实验装置在2025年4月成功实现了原子核温度达到1.17亿度，电子温度达到1.6亿度的“双亿度”运行。其主要的核反应方程：，属于下列哪种核反应（　　） A．衰变 B．聚变 C．裂变 D．人工核反应 【答案】B 【详解】核反应方程属于聚变。 故选B。 题型七：计算核聚变反应中释放的能量 【典例2-3】太阳现正处于主序星演化阶段．它主要是由正，负电子和、等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是（释放的核能），这些核能最后转化为辐射能．已知质子质量，核质量，电子质量，光速，则每发生一次上述核聚变反应所释放的核能为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据质能方程，可知每发生一次上述核聚变反应所释放的核能 故选B。 【变式2-3】太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢核（）结合成1个氦核同时放出两个正电子的过程。质子的质量为1.0078u，α粒子的质量为4.0026u，正电子的质量为0.0005u，1u相当于931.5MeV的能量。每次核聚变反应过程中释放的能量约为取（　　） A．2.57MeV B．25.7MeV C．257MeV D．2570MeV 【答案】B 【详解】核聚变反应方程为 核聚变反应过程中的质量亏损为 由质能方程可知释放的能量为。 故选B。 多选题 1．下列说法正确的是（　　） A．太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，人眼对黄绿光最敏感 B．氘核分离成质子与中子的过程中需要吸收的最小能量就是氘核的结合能 C．高温能使原子核克服核力而聚变 D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多 【答案】ABD 【详解】A．太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，而人眼也对黄绿光最敏感，A正确； B．质子与中子结合成氘核的过程中会放出的能量或者氘核分离成质子与中子的过程中需要吸收的最小能量就是氘核的结合能，B正确； C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-15m以内，核力才能起作用，那么热核反应时要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能来克服库仑斥力而聚变在一起形成新的原子核，即高温能使轻核克服库仑斥力而聚变，而不是克服核力而聚变，C错误； D．轻核的聚变过程中亏损的质量比较大，根据质能方程可知对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多，D正确。 故选ABD。 2．下面列出的核反应方程，与原子弹、氢弹等核武器相关的核反应方程是（　　） A． B． C． D． 【答案】AB 【详解】原子弹的原理核裂变，核反应方程为 氢弹的原理核聚变，核反应方程为 故选AB。 3．浙江秦山核电站第三期工程有两个60万千瓦发电机组已并网发电。发电站的核能来源于的裂变，现有四种说法，说法正确的是（　　） A．裂变时释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小 B．的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为 C．是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短 D．一个核裂变能放出约200MeV的能量，合3.2×10－11J 【答案】BD 【详解】AB．裂变时，核子数、质量数守恒，只是重核的核子平均质量大于中等质量的核子平均质量，产生质量亏损，释放核能，故A错误，B正确； C．的半衰期不会随环境温度的变化而改变，它是由核内部自身的因素决定的，故C错误； D．200MeV的能量，约 200MeV=200×106×1.6×10－19J=3.2×10－11J 故D正确。 故选BD。 4．下列说法正确的是（　　） A．黑体是不向外辐射任何电磁波的理想化模型 B．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度 C．任何物质都不会在红外线照射下发出可见光 D．电磁波遇到障碍物会发生反射，“彩超”就是利用电磁波的这个特性工作的 【答案】BC 【详解】A．黑体虽然不反射电磁波，但是会向外辐射电磁波，即黑体辐射，故A错误； B．核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过控制中子的数量控制链式反应的速度，故B正确； C．红外线能量低于可见光，所以任何物质都不会在红外线照射下发出可见光，故C正确； D．电磁波遇到障碍物会发生反射，但“彩超”是利用多普勒效应工作的，故D错误。 故选BC。 5．太阳能源于太阳内部的聚变反应，太阳质量也随之不断减少。设每次聚变反应可看作4个氢核结合成1个氦核，太阳每秒钟辐射的能量约为，下列说法正确的是（　　） A．该聚变的核反应方程是 B．聚变反应在常温下不能发生 C．太阳每秒钟减少的质量约为 D．目前核电站采用的核燃料主要是氢核 【答案】BC 【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒，可得该聚变的核反应方程为 生成物是正电子，不是电子，故A错误； B．该聚变反应需要在高温高压条件下发生，聚变反应在常温下不能发生，故B正确； C．根据爱因斯坦的质能方程，可得太阳每秒钟减少的质量为 故C正确； D．目前核电站采用的核燃料主要是铀核，利用铀核的裂变反应过程中释放的核能，故D错误。 故选BC。 6．核反应方程为→+17.6MeV，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转化为与的动能，则（　　） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变 C．获得的动能约为14MeV D．获得的动能约为14MeV 【答案】AC 【详解】A．核反应过程中质量数守恒，有质量亏损，A正确； B．该反应是核聚变反应，B错误； CD．在真空中，该反应动量守恒，由于相撞前氘核与氚核动量大小相等，方向相反，系统总动量为零。故反应后氦核与中子的动量也大小相等，方向相反。 由得反应粒子获得的动能之比为 而两个粒子获得的总动能为，故获得的动能， 获得的动能。故C正确，D错误。 故选AC。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$