5.4 核裂变与核聚变 ＆ 5.5 “基本粒子”-【无畏物理】2024-2025学年高二物理同步学案（人教版2019选择性必修三）

高中物理 选择性必修三 第五章 原子核 5.4 核裂变与核聚变 ＆ 5.5 “基本”粒子 核裂变 知识点一 1．核裂变：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程。 (1)铀核裂变：用中子轰击铀核时，当中子进入铀235后，核子受激发便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。常见的裂变方程： ①n＋U→Ba（钡）＋Kr（氪）＋3n ②U＋n→Sr（锶）＋Xe（氙）＋3n。 (2)链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。 (3)链式反应的条件：(1)铀块的体积大于临界体积。 (2)铀块的质量大于临界质量。 两个条件满足一个即可。 2．反应堆与核电站 (1)核能释放的控制：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆。 (2)慢化剂：反应堆中，裂变产生的中子速度太快无法被铀核吸收，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水(也叫轻水)。 (3)控制棒：为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。 (4)能量输出：核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。 核聚变 知识点二 1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 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，使物质达到几百万开尔文的高温。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。托卡马克装置就是能产生足够强的环形磁场的装置。 4．核聚变的应用 (1)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。 (2)可控热核反应：目前处于探索阶段，中国在这个领域处于领先位置，世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置实现403s稳态长脉冲高约束模式等离子体运行。 粒子 知识点三 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：大体可分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类型。 ①中微子：不带电，质量小于电子百万分之一，以接近光速运动 ②μ子：质量约为电子的207倍，是π子衰变时产生的一种不稳定粒子，半衰期为2.2微秒。 ③K介子：质量为质子的一半，寿命只有一亿分之一秒 ④正电子：是电子的反粒子，遇到电子会发生湮灭，放出两个伽马光子。 (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。 夸克不能直接被观测到或被分离出来，只能够在强子里找到，对夸克的认知都是来自对强子的观测。 夸克分为：上夸克（u）、下夸克（d）、奇夸克（s）、粲夸克（c）、底夸克（b）及顶夸克（t）六种 (4)夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－或＋。例如，上夸克带的电荷量为＋，下夸克带的电荷量为－。电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。 对核裂变和链式反应的理解 考点一 【例1.1】(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是(　 　) A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能 B．镉棒的作用是控制反应堆的功率 C．铀棒的作用是控制反应堆的功率 D．石墨的作用是吸收中子 【例1.2】(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是(　 　) A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应 C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但核子数不变 D．重核裂变为中等质量的核时，放出核能 【练习1.1】关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是(　 　) A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度 B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量 C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量 D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度 【练习1.2】在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是(　 　) A．使用浓缩铀 B．改变铀块的临界体积 C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以控制反应速度 D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度 【例1.3】如图所示为铀235的一种链式反应示意图.自然界中铀核裂变有多种形式，其中一种的核反应方程是+→X++3.下列说法正确的是（ ） A．该核反应属于衰变反应 B．X原子核中含有60个中子 C．X原子核中含有89个核子 D．因为核裂变时释放能量而出现质量亏损，所以裂变后的总质量数将减少 【例1.4】(多选)2017年11月17日，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范。下列有关核反应的说法正确的是(　 　) A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力 B．重核裂变反应前后一定有质量亏损 C．U＋n→U＋Sr＋dn式中d＝1 D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小 【练习1.3】(多选)用中子(n)轰击铀核(U)发生裂变反应，会产生钡核(Ba)和氪(Kr)并释放出中子(n)，当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核(U)裂变时，释放的能量约为200 MeV(1 eV＝1.6×10－19J)。以下说法正确的是(　 　) A．U的裂变方程为U→Ba＋Kr＋n B．U的裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n C．U发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D．一个U裂变时，质量亏损约为3.6×10－28 kg 【练习1.4】(多选)我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是(　 　) A．U原子核中有92个质子，143个中子 B．U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋2n C．U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U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J 【练习1.5】2021年1月30日，福清核电5号机组“华龙一号”投入商业运行，标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。下列关于核反应堆和核反应的说法正确的是（ ） A．核反应堆常用石墨、重水或轻水作为慢化剂 B．核反应方程+→++k中的k=2 C．“华龙一号”核反应堆外层的水泥层主要作用是防御台风的危害 D．"华龙一号"核反应堆中的核反应和太阳内部的核反应都是核聚变 对核聚变的理解 考点二 【例2.1】关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是(　 　) A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多 B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大 C．聚变反应中粒子的比结合能变小 D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变大 【例2.2】氘核(H)和氚核(H)结合成氦核(He)的核反应方程如下：H＋H→He＋n＋17.6 MeV (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17.6 MeV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)。 【练习2.1】(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，因此聚变又叫作热核反应 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 【练习2.2】氘和氦3进行的核反应可作为核电站的能源，核反应的产物之一是。则下列说法正确的是（ ） A．核反应方程为+→+ B．该核反应的产物具有很强的放射性 C．该核反应和+→+是同一类核反应 D．该核反应和核反应+→+都只需要高温 【例2.3】2020年4月，我国大科学装置“东方超环"取得重大突破。“东方超环”是全超导托卡马克核聚变试验装置，被称为“人造太阳”，其科学目标是让海水中大量存在的氘和氘在高温高密度条件下，发生核聚变，并像太阳一样为人类提供源源不断的清洁能源。一个氘核和一个氘核聚变生成一个氮核和一个中子，同时辐射出一个γ光子，假设聚变释放的能量全部以γ光子的形式辐射，氘核、氚核、氦核及中子的质量分别为m₁、m₂、m3和m₄，普朗克常量为h，真空中光速为c,下列说法正确的是（ ） A．该核反应方程为+→++γ B．氘核、氚核的比结合能大于氦核的比结合能 C．辐射的γ光子的能量为(m₁+m₂-m₃-m₄)c² D．辐射的γ光子的波长为 【练习2.3】太阳内部核反应的主要模式之一是质子－质子循环，循环的结果可表示为4H→He＋2e＋2γ，已知H和He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速。在4个H转变为1个He的过程中，释放的能量约为(　 　) A．8 MeV　　　　 B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV 【练习2.4】(多选)我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富。已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是(　 　) A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子 B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子 C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2 D．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m2)c2 【练习2.5】大亚湾核电站是我国第一座大型商用核电站，也是我国首座使用国外技术和资金建设，采用重核裂变工作的核电站.在一次核反应中，一个中子轰击变成、和3个中子，已知、、、中子的质量分别为m₁、m₂、m₃、m₄,光在真空中的速度大小为c,则（ ） A．该核反应放出的能量为(m₁-m₂-m₃-2m₄)c² B．该核反应放出的能量为(m₂+m₃+2m₄-m₁)c² C．A=88，Z=54 D．A=91，Z=58 课后巩固 1．【难度2】思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)铀核的裂变是一种天然放射现象。 ( ) (2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。 ( ) (3)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些。 ( ) (4)质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子。 ( ) 2．【难度2.5】下列核反应中，表示核裂变的是(　 　) A．U→Th＋He B．C→N＋e C．U＋n→Ba＋Kr＋3n D．Be＋He→C＋n 3．【难度3】如图是“内爆式”原子弹结构图。核燃料一般被分成若干块放置，每块的体积都小于临界体积。它的外部安放化学炸药，引爆时利用化学炸药爆炸的冲击波将核燃料压缩至高密度的超临界状态，聚心冲击波同时压缩放在核燃料球心的中子源，使它释放中子，引起核燃料的链式反应。以下关于“内爆式”原子弹的说法，正确的是（ ） A．"内爆式"原子弹核反应类型为聚变反应 B．核燃料的体积低于临界体积才能发生链式反应 C．该核反应产生的中等大小的核的比结合能大于钚239核的比结合能 D．该核反应生成物的结合能之和等于原来反应物的结合能之和 4．【难度3】（多选）2020年11月8日，我国核潜艇第一任总设计师、中国工程院院士彭士禄荣获第十三届光华工程科技成就奖。核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，其中一种核反应方程为+→X++10,下列说法正确的是（ ） A．X有54个质子，78个中子 B．X的比结合能比铀核的小 C．释放的核能与质量亏损成正比 D．该核反应属于链式反应，每次生成的会使新铀核连续不断地发生裂变 5．【难度3】我国核聚变发展取得重大突破，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置建成并实现首次发电。“人造太阳”工程主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核的聚变反应是由两个氘核聚变生成氦3和一个中子。已知的质量为2.0136u，氦3的质量为3.0150u，中子的质量为1.0087u，损失1u的质量可放出的能量约为931.5 MeV。下列说法正确的是（ ） A．该核反应方程为+→+ B．该核反应中有质量亏损，所以质量数不守恒 C．两个氘核的聚变反应释放的核能约为3.7 MeV D．两个氘核的聚变反应释放的核能约为3.3 MeV 6．【难度3】在超导托卡马克实验装置中，质量为m₁的与质量为m₂的发生核聚变反应，放出质量为m3的，并生成质量为m₄的新核.若已知真空中的光速为c，则下列说法正确的是（ ） A．新核的中子数为2，且该新核是的同位素 B．该过程属于α衰变 C．该反应释放的核能为(m₃+m₄-m₁-m₂)c² D．核反应前后系统动量不守恒 7．【难度3】目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电荷量为＋e，d夸克带电荷量为－e，e为元电荷，下列论断可能正确的是(　 　) A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成 D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 高中物理 选择性必修三 第五章 原子核 5.4 核裂变与核聚变 ＆ 5.5 “基本”粒子 核裂变 知识点一 1．核裂变：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程。 (1)铀核裂变：用中子轰击铀核时，当中子进入铀235后，核子受激发便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。常见的裂变方程： ①n＋U→Ba（钡）＋Kr（氪）＋3n ②U＋n→Sr（锶）＋Xe（氙）＋3n。 (2)链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。 (3)链式反应的条件：(1)铀块的体积大于临界体积。 (2)铀块的质量大于临界质量。 两个条件满足一个即可。 2．反应堆与核电站 (1)核能释放的控制：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆。 (2)慢化剂：反应堆中，裂变产生的中子速度太快无法被铀核吸收，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水(也叫轻水)。 (3)控制棒：为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。 (4)能量输出：核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。 核聚变 知识点二 1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 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，使物质达到几百万开尔文的高温。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。托卡马克装置就是能产生足够强的环形磁场的装置。 4．核聚变的应用 (1)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。 (2)可控热核反应：目前处于探索阶段，中国在这个领域处于领先位置，世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置实现403s稳态长脉冲高约束模式等离子体运行。 粒子 知识点三 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：大体可分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类型。 ①中微子：不带电，质量小于电子百万分之一，以接近光速运动 ②μ子：质量约为电子的207倍，是π子衰变时产生的一种不稳定粒子，半衰期为2.2微秒。 ③K介子：质量为质子的一半，寿命只有一亿分之一秒 ④正电子：是电子的反粒子，遇到电子会发生湮灭，放出两个伽马光子。 (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。 夸克不能直接被观测到或被分离出来，只能够在强子里找到，对夸克的认知都是来自对强子的观测。 夸克分为：上夸克（u）、下夸克（d）、奇夸克（s）、粲夸克（c）、底夸克（b）及顶夸克（t）六种 (4)夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－或＋。例如，上夸克带的电荷量为＋，下夸克带的电荷量为－。电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。 对核裂变和链式反应的理解 考点一 【例1.1】(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是(　AB　) A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能 B．镉棒的作用是控制反应堆的功率 C．铀棒的作用是控制反应堆的功率 D．石墨的作用是吸收中子 [解析：铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确，C错误；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故D错误。] 【例1.2】(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是(　CD　) A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应 C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但核子数不变 D．重核裂变为中等质量的核时，放出核能 [解析：核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误；重核裂变时，核子数守恒，C正确。] 【练习1.1】关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是(　C　) A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度 B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量 C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量 D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度 [解析：镉棒不是粒子源不会释放中子，A错误；也不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，也不阻碍铀的裂变，B、D错误；镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，当反应太强时，控制棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出，少吸收中子，C正确。] 【练习1.2】在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是(　C　) A．使用浓缩铀 B．改变铀块的临界体积 C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以控制反应速度 D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度 [解析：利用控制系统吸收慢中子，控制链式反应的速度，C选项正确。] 【例1.3】如图所示为铀235的一种链式反应示意图.自然界中铀核裂变有多种形式，其中一种的核反应方程是+→X++3.下列说法正确的是（ C ） A．该核反应属于衰变反应 B．X原子核中含有60个中子 C．X原子核中含有89个核子 D．因为核裂变时释放能量而出现质量亏损，所以裂变后的总质量数将减少 [解析：质量较大的核分裂成较轻的几个核是重核裂变，A错误；根据核反应过程质量数守恒与核电荷数守恒，可得X的质量数为89，核电荷数为36，所以中子数为89-36=53，B错误，C正确；核裂变时释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的质量减少，但质量数不变，D错误.] 【例1.4】(多选)2017年11月17日，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范。下列有关核反应的说法正确的是(　AB　) A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力 B．重核裂变反应前后一定有质量亏损 C．U＋n→U＋Sr＋dn式中d＝1 D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小 [解析：目前核潜艇是利用重核裂变提供动力，选项A正确；重核裂变要释放核能，则反应前后一定有质量亏损，选项B正确；根据质量数和电荷数守恒可知，该核反应中的d＝2，选项C错误；铀核不如裂变后生成的新核稳定，可知铀核的比结合能比裂变后生成的新核的比结合能小，选项D错误。] 【练习1.3】(多选)用中子(n)轰击铀核(U)发生裂变反应，会产生钡核(Ba)和氪(Kr)并释放出中子(n)，当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核(U)裂变时，释放的能量约为200 MeV(1 eV＝1.6×10－19J)。以下说法正确的是(　BCD　) A．U的裂变方程为U→Ba＋Kr＋n B．U的裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n C．U发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D．一个U裂变时，质量亏损约为3.6×10－28 kg [解析：U的裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，故A错误，B正确；当铀块体积大于临界体积时链式反应才会发生，故C正确；1 u＝1.66×10－27 kg，又1 u相当于931.56 MeV，则200 MeV相当于0.214 7 u，故质量亏损约为3.6×10－28 kg，故D正确。] 【练习1.4】(多选)我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是(　ABD　) A．U原子核中有92个质子，143个中子 B．U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋2n C．U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U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J [解析：由U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，只与核本身有关，C错误；因为200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，D正确。] 【练习1.5】2021年1月30日，福清核电5号机组“华龙一号”投入商业运行，标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。下列关于核反应堆和核反应的说法正确的是（ A ） A．核反应堆常用石墨、重水或轻水作为慢化剂 B．核反应方程+→++k中的k=2 C．“华龙一号”核反应堆外层的水泥层主要作用是防御台风的危害 D．"华龙一号"核反应堆中的核反应和太阳内部的核反应都是核聚变 [解析：核裂变时中子的速度不能太快，核反应堆常用石墨、重水或轻水作为中子慢化剂，A正确；根据核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒可知，核反应方程+→++k中的k=3,B错误；“华龙一号”核反应堆外层的水泥层主要用于屏蔽核裂变产物放出的各种射线，C错误；“华龙一号”核反应堆中的核反应是核裂变，而太阳内部的核反应是核聚变，D错误。] 对核聚变的理解 考点二 【例2.1】关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是(　B　) A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多 B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大 C．聚变反应中粒子的比结合能变小 D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变大 [解析：聚变反应的比结合能大于裂变反应的比结合能，但参与的核子数目裂变大于聚变，故聚变反应释放的总能量不一定多，故A、C错误，B正确；由于聚变反应释放能量，发生质量亏损，故聚变后核的质量减少，故D错误。] 【例2.2】氘核(H)和氚核(H)结合成氦核(He)的核反应方程如下：H＋H→He＋n＋17.6 MeV (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17.6 MeV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)。 [解析：在轻核聚变反应中，两个轻核结合成一个中等质量的核，由于质量亏损放出核能，由ΔE＝Δmc2，可以求得Δm＝≈3×10－29 kg。] [答案]　(1)核聚变　(2)放出　减少　3×10－29 【练习2.1】(多选)下列关于聚变的说法中正确的是(　ABC　) 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，因此聚变又叫作热核反应 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，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。] 【练习2.2】氘和氦3进行的核反应可作为核电站的能源，核反应的产物之一是。则下列说法正确的是（ A ） A．核反应方程为+→+ B．该核反应的产物具有很强的放射性 C．该核反应和+→+是同一类核反应 D．该核反应和核反应+→+都只需要高温 [解析：核反应方程是+→+，A对；和是稳定的核素，二者都不具有放射性，B错误；+→+属于核聚变反应，+→+属于人工核转变，C错误；+→+属于核聚变，和题干中的核反应类型相同，都需要高温高压，D错误。] 【例2.3】2020年4月，我国大科学装置“东方超环"取得重大突破。“东方超环”是全超导托卡马克核聚变试验装置，被称为“人造太阳”，其科学目标是让海水中大量存在的氘和氘在高温高密度条件下，发生核聚变，并像太阳一样为人类提供源源不断的清洁能源。一个氘核和一个氘核聚变生成一个氮核和一个中子，同时辐射出一个γ光子，假设聚变释放的能量全部以γ光子的形式辐射，氘核、氚核、氦核及中子的质量分别为m₁、m₂、m3和m₄，普朗克常量为h，真空中光速为c,下列说法正确的是（ C ） A．该核反应方程为+→++γ B．氘核、氚核的比结合能大于氦核的比结合能 C．辐射的γ光子的能量为(m₁+m₂-m₃-m₄)c² D．辐射的γ光子的波长为 [解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可知，该核反应方程应为+→++γ，A错误。此核聚变反应释放核能，氘核、氚核的比结合能小于氦核的，B错误。由爱因斯坦质能方程可知E=mc²=c(m₁+m₂-m₃-m₄)²，C正确。γ光子的能量E=hν=得λ=D错误。] 【练习2.3】太阳内部核反应的主要模式之一是质子－质子循环，循环的结果可表示为4H→He＋2e＋2γ，已知H和He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速。在4个H转变为1个He的过程中，释放的能量约为(　C　) A．8 MeV　　　　 B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV [解析：核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确。] 【练习2.4】(多选)我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富。已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是(　BD　) A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子 B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子 C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2 D．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m2)c2 [解析：由核反应方程2H→He＋X知X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，故A、C错误，B、D正确。] 【练习2.5】大亚湾核电站是我国第一座大型商用核电站，也是我国首座使用国外技术和资金建设，采用重核裂变工作的核电站.在一次核反应中，一个中子轰击变成、和3个中子，已知、、、中子的质量分别为m₁、m₂、m₃、m₄,光在真空中的速度大小为c,则（ A ） A．该核反应放出的能量为(m₁-m₂-m₃-2m₄)c² B．该核反应放出的能量为(m₂+m₃+2m₄-m₁)c² C．A=88，Z=54 D．A=91，Z=58 [解析：据题意，核反应方程为+→++3,并放出核能，质量发生亏损，亏损的质量△m=m₁+m₄-(m₂+m₃+3m₄)=m₁-m₂-m₃-2m,根据质能方程得，该核反应放出的能△E=△mc²=(m₁-m₂-m₃-2m4)c²，选项A正确，B错误；根据质量数守恒和电荷数守恒有235+1=A+144+3×1，92=36+Z，解得A=89,Z=56,选项CD错误.] 课后巩固 1．【难度2】思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)铀核的裂变是一种天然放射现象。 (×) (2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。 (√) (3)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些。 (×) (4)质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子。 (×) 2．【难度2.5】下列核反应中，表示核裂变的是(　C　) A．U→Th＋He B．C→N＋e C．U＋n→Ba＋Kr＋3n D．Be＋He→C＋n [解析：U→Th＋He是α衰变，C→N＋e是β衰变，Be＋He→C＋n是人工转变，只有选项C是重核裂变，C正确。] 3．【难度3】如图是“内爆式”原子弹结构图。核燃料一般被分成若干块放置，每块的体积都小于临界体积。它的外部安放化学炸药，引爆时利用化学炸药爆炸的冲击波将核燃料压缩至高密度的超临界状态，聚心冲击波同时压缩放在核燃料球心的中子源，使它释放中子，引起核燃料的链式反应。以下关于“内爆式”原子弹的说法，正确的是（ C ） A．"内爆式"原子弹核反应类型为聚变反应 B．核燃料的体积低于临界体积才能发生链式反应 C．该核反应产生的中等大小的核的比结合能大于钚239核的比结合能 D．该核反应生成物的结合能之和等于原来反应物的结合能之和 [解析：“内爆式”原子弹核反应类型为裂变反应，A错误；核燃料能发生链式反应的条件是质量大于临界质量或体积大于临界体积，B错误；裂变反应放出核能，有质量亏损，则产生的中等核的比结合能大于钚239核的比结合能，C正确；裂变反应放出能量，所以该核反应生成物的结合能之和一定大于原来反应物的结合能之和，D错误。] 4．【难度3】（多选）2020年11月8日，我国核潜艇第一任总设计师、中国工程院院士彭士禄荣获第十三届光华工程科技成就奖。核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，其中一种核反应方程为+→X++10,下列说法正确的是（ ACD ） A．X有54个质子，78个中子 B．X的比结合能比铀核的小 C．释放的核能与质量亏损成正比 D．该核反应属于链式反应，每次生成的会使新铀核连续不断地发生裂变 [解析：根据核反应遵循质量数和电荷数守恒，可知X为,得其质子数为54个，中子数为132-54=78个，A项正确；X是中等质量的核，比结合能大且稳定，B项错误；根据爱因斯坦质能方程△E=△mc²,可知释放的核能与质量亏损成正比，C项正确；该核反应属于链式反应，每次生成的会使新铀核连续不断地发生裂变，D项正确。] 5．【难度3】我国核聚变发展取得重大突破，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置建成并实现首次发电。“人造太阳”工程主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核的聚变反应是由两个氘核聚变生成氦3和一个中子。已知的质量为2.0136u，氦3的质量为3.0150u，中子的质量为1.0087u，损失1u的质量可放出的能量约为931.5 MeV。下列说法正确的是（ D ） A．该核反应方程为+→+ B．该核反应中有质量亏损，所以质量数不守恒 C．两个氘核的聚变反应释放的核能约为3.7 MeV D．两个氘核的聚变反应释放的核能约为3.3 MeV [解析：该核反应方程为+→+，A错误；在该核反应中虽有质量亏损，但质量数守恒，B错误；该核反应中的质量亏损为△m=(2.0136×2-3.0150-1.0087)u=0.0035u,释放的核能约为△E=0.0035×931.5 MeV=3.3 MeV，C错误，D正确。] 6．【难度3】在超导托卡马克实验装置中，质量为m₁的与质量为m₂的发生核聚变反应，放出质量为m3的，并生成质量为m₄的新核.若已知真空中的光速为c，则下列说法正确的是（ A ） A．新核的中子数为2，且该新核是的同位素 B．该过程属于α衰变 C．该反应释放的核能为(m₃+m₄-m₁-m₂)c² D．核反应前后系统动量不守恒 [解析：由质量数守恒和电荷数守恒可知，新核的质量数和电荷数分别为4和2,所以新核是2He,是2He的同位素，中子数为2，A正确；该过程是核聚变反应，不属于α衰变，B错误；该反应释放的核能为△E=△mc²=(m₁+m₂-m₃-m₄)c²，C错误；核反应前后系统动量守恒，D错误.] 7．【难度3】目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电荷量为＋e，d夸克带电荷量为－e，e为元电荷，下列论断可能正确的是(　B　) A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成 D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成 [解析：由于质子带e的正电荷，则由两个u夸克和一个d夸克组成，其总的电荷量为e；中子不带电，则由一个u夸克、两个d夸克组成，其总的电荷量为0，由此可知B正确。] 1 学科网（北京）股份有限公司 $$