第五章 4 核裂变与核聚变 5“基本”粒子-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册练习手册（人教版）

N 高中物理选择性必修第三册（人教版） 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 基础练 知识点重核裂变 知识点2轻核聚变 1.一个轴235吸收一个中子后发生的反应式 4.下列关于原子核聚变的说法不正确的是 是5U+0n→Xe+8Sr+10.n,放出的能量 ( 为E,轴235核的质量为M,中子的质量 A.任何两个原子核都可以发生聚变 为m,氙136核的质量为m1,锶90核的 B.原子核必须在超高温下才能发生聚变 质量为m2,真空中光速为c,则释放的能 C.大量的氢原子核聚变时释放出惊人的 量E等于() 能量 A.(M-m-m2)c2 B.(M+m-m-m2)c2 D.目前人类还不能有效控制原子核聚变 C.(M-m-m2-9m)c2D.(m+m2+9m-M)c2: 5.下列关于核反应方程及其表述均正确的是 2.(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来 () 源，其一种裂变反应式是U+n→Ba+ A.U→%Kr+'Ba+2n为重核裂变反应 彩Kr+36n。下列说法正确的有（) B.28U→24Th+He为重核裂变反应 A.上述裂变反应中伴随着中子放出 C.H+H→He+n为轻核聚变反应 B.铀块体积对链式反应的发生无影响 D.He+召A→P+H为原子核的人工转变 C.铀核的链式反应可人工控制 D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响 知识点3基本粒子 3.(多选)关于裂变反应，下列说法正确的； 6.(多选)下列说法正确的有() 是() A.原子是组成物质的不可再分的最小微粒 A.用中子轰击铀核发生裂变，其一定分 B.原子是最大的微粒 裂为质量差不多的两部分 C.原子由原子核和核外电子构成，质子 B.铀核裂变为中等质量的原子核时一定 和中子组成了原子核 释放能量 D.质子、中子本身也是复合粒子，它们 C.铀核发生裂变时可能分裂成两部分、 自身也有着复杂的结构 三部分或四部分 7.关于粒子，下列说法正确的是() D.所有重核元素用中子轰击均能发生裂： A.光子、电子、质子和中子是组成物质的 变反应 不可再分的最基本粒子 72)练 第五章原子核。 B.质量比核子大的粒子都参与强相互作用 夸克组成 C.强子、轻子、媒介子都由更基本的粒子 D.许多粒子都存在反粒子 提升练( 8.原子核反应有广泛的应用，如用于核电站： 质量mm=1.0087u。 等。在下列核反应中，属于核裂变反应的 (1)写出聚变方程并计算出释放的核能。 是() (2)若反应前两氘核的动能均为E知= A.9B+n→Li+He 0.35MeV。它们相互对心碰撞发生 B.8U→0Th+He 聚变，且反应后释放的核能全部转 C.4N+He→gO+H 变为动能，则反应产生的氦核和中 D.U+n→6Ba+罗Kr+36n 子的动能各为多大？ 9.铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发 生了如下的裂变反应：U+n→a+b+2n, 则a+b可能是() A.Xe+Kr B.Ba+Kr C.6Ba+器Sr D.Xe+Sr 10.人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现 了一些新的粒子，K介子和π介子都是：12.在一个反应堆里用石墨作慢化剂使快中 科学家在1947年发现的。K介子的衰变 子减速。碳核的质量是中子的12倍，假 方程为K→+T,其中K介子和T介 设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰， 子带负电，电荷量等于元电荷的电荷量，： 而且认为碰撞前碳核都是静止的。 π”介子不带电。如图所示，一个K介子 (1)设碰撞前中子的动能是E,经过一 沿垂直于磁场的方向射人匀强磁场中， 次碰撞，中子失去的动能是多少？ 其轨迹为图中的圆弧虚线，K介子衰变 (2)至少多少次碰撞，中子的动能才能 后，π”介子和T介子的轨迹可能是 小于Ex106? 能文的爱 ×××× ￥k xx x tx xx×C ×Kx×××x×××要××××× A B C D 11.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦 核（氦的同位素）。已知氘核质量mD= 2.0136u,氢核质量m=3.0150u,中子 练（73高中物理选择性必修第三册（人教版） 利用了y射线的生物作用：B、D是应用放射性同位素 作为示踪原子。 *18.(1)143 (2)①唱Al+He→P+n不同点见解析 (②9P→aSi+e 【解析】(1)由方程两边的质量数和电荷数相等可 知，234Pa中质子数为91，则中子数为234-91=143。 (2)铝核被α粒子击中后产生中子的核反应方程式 为召Al+He→P+n;P是磷的一种同位素，也有放射 性，像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电 子，该衰变方程式为P→Si+e。核反应和一般化学反 应的不同点：核反应是原子层次上的变化，而化学反应 是分子层次上的变化（或核反应前后元素发生变化，化 学反应前后元素种类不变)；一种同位素处于不同状态， 它们的核反应性质是相同的，而它们的化学性质是不同 的；同一元素的不同同位素处于相同状态，它们的化学 性质是相同的，但它们的核反应性质是不同的。 >m3.核力与结合能 基础练习 1.C【解析】核力是短程力，故C正确；核力与万 有引力、电磁力不同，故A、B错误；核力与电荷无关， 故D错误。 2.BC【解析】因为库仑力是长程力，它作用于核 内所有质子，而核力只作用于相邻的核子，随着Z的增 加，为使原子核保持稳定，必须靠中子的增多来抵消库 仑力的作用。因此，随着Z的增加，稳定的核的中子数 越来越大于质子数。故A、D错误，B、C正确。 3.AB【解析】由原子核的结合能定义可知，原子 核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核的结合 能，A正确；重原子核的核子平均质量大于轻原子核的 核子平均质量，因此原子核衰变产物的结合能之和一定 大于衰变前的结合能，B正确；比结合能越大的原子核 越稳定，C错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损 所对应的能量等于该原子核的结合能，D错误。 4.(1)5U+n→6Ba+%Kr+3n(2)3.2x101J 【解析】(1)根据电荷数和质量数守恒，可得核反应方 程为22U+n→6Ba+%Kr+36n。 (2)核反应过程中的质量亏损为△m=(235.0439+ 1.0087-140.9139-91.8973-3×1.0087)u=0.2153u。 由爱因斯坦质能方程，得一个轴核裂变放出的能量 为△E=△mc2-0.2153×1.66x1027×(3×108)2J≈3.2×101J。 提升练习 5.BC【解析】核力是强相互作用的一种表现，它 的作用范围在1.5×10-5m之内，核力比库仑力大得多， 因此，B正确，A错误；核力在大于0.8×105m时表现 为吸引力，随距离增大而减小，在距离小于0.8×105m 时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，C正 66 确；人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋 力攻克的堡垒，故D错误。 6.C【解析】△E=△mc2只说明质量亏损和释放出核 能这两种现象的联系，并不能说明物体的质量和能量之 间存在着相互转化关系，故A、B错误，C正确：在核 反应中，能量和质量并不违反守恒定律，故D错误。 7.C【解析】核子间存在着强相互作用的核力，核 反应过程中伴随着巨大的能量变化，故C正确。 8.B【解析】原子核X的质量数为238，电荷数为 92,原子核Y的质量数为206，电荷数为82，设共经历 了m次a仪衰变和n次B衰变，根据质量数守恒得4m+ 206=238,解得m=8,根据电荷数守恒得92-2m+n=82, 解得n=6,故A错误，B正确；原子核X生成更稳定的 原子核Y,放出能量，原子核结合得更牢固，所以Y原 子核的比结合能更大，结合能不一定变大，故C错误； 放能的过程中，存在质量亏损，核子的平均质量变小， 故D错误。 9.B【解析】静止的原子核在衰变前后动量守恒， 由动量守恒定律得0=m心1+m22,可知mw1=-m22,故衰 变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小，B正确： 而动能E玩，由于钍核的质量(m）大于a粒子的质 量(m2),故其动能不等，A错误；铀核的半衰期是大 量的轴核半数发生衰变所用的时间，而不是放出一个 粒子所经历的时间，C错误；原子核衰变前后质量数守 恒，衰变时放出核能，质量亏损，D错误。 10.(1)2U→Th+He(2)5.49MeV(3)0.09MeV 【解析】(1)核衰变反应方程为U→Th+He。 (2)△E=△mc2=(232.0372u-228.0287u-4.0026u)× 931MeVu=5.49MeV。 (3)核反应过程中系统动量守恒，钍核和粒子的 动量大小相等、方向相反，即P+(-Pa)=0即Pmp 又流6品 由题意知，E+Ea=△E 所以钍核获得的动能En=mm△E=4+228× 4 ma+mth 5.49MeV=0.09MeV。 >m4.核裂变与核聚变5.“基本”粒子 基础练习 1.C【解析】铀235裂变时的质量亏损：△m=M+m- m1-m2-l0m=M-m1-m2-9m,由质能方程可得E=△mc2= (M-m-m2-9m)c2,故C正确。 2.AC【解析】n表示中子，反应式中有n放出， A正确；当铀块体积小于临界体积时，链式反应不会 发生，B错误；铀核的核反应中释放出的快中子被减 速剂减速后变为慢中子，而慢中子会被铀核吸收发生 链式反应，故铀核的链式反应可由人工控制，C正确； 铀核的半衰期只由自身决定，而与其他外部因素无关， D错误。 3.BC【解析】用中子轰击罗U(或Pu)等少数几 种重核元素时能发生裂变反应，发生裂变的原子核可能 分裂为两部分、三部分或四部分，但产生两部分的概率 很大，在裂变过程中有质量亏损，释放能量，由此知 B、C正确。 4.A【解析】聚变是指两个轻核结合成质量较大的 核，并释放能量，不是任意的原子核都能发生核聚变， A错误。 5.C【解析】重核裂变反应方程为U+n→Kr+ 1Ba+3n,A错误；2U→2Th+He为a衰变，B错误； H+H→He+n为轻核聚变反应，C正确；原子核的人 工转变方程为He+A→P+dn,D错误。故选C。 6.CD【解析】汤姆孙发现电子后，揭示了原子有 复杂结构，A错误；卢瑟福由α粒子散射实验提出了原 子核式结构，并提出原子核由中子和质子组成，C正 确；现代物理学发现强子仍有结构，D正确。 7.D【解析】质子、中子本身有复杂结构，A错误； ?子的质量比核子的质量大，但它属于轻子，不参与强 相互作用，B错误；现代实验还没有发现轻子的内部结 构，C错误。 提升练习 8.D【解析】A、C选项是某种高能粒子轰击原子 核，使其发生变化，属人工转变；B选项是放射性元素 放出α粒子后变成了新核，属衰变；D选项是重核在中 子轰击下，变为个中等质量的原子核，属重核裂变， 故D正确。 9.D【解析】根据核反应中的质量数守恒可知，a+b 的质量数应为235+1-2=234，但质子数应为92，A选项 中的质量数为140+93=233，B选项中质量数是141+92= 233,C选项中质量数为141+93=234，质子数为56+38= 94,D选项中质量数为140+94=234，质子数为54+38= 92,综上可知，D正确。 10.A【解析】π°介子不带电，在磁场中不偏转，T 介子带负电，在磁场中洛伦兹力作用下做匀速圆周运 动，再根据动量守恒定律判定知A正确。 11.(1)2H→2He+dn,3.26MeV(2)0.99MeV, 2.97 MeV 【解析】(1)聚变的核反应方程为2H→He+n。 这个核反应中的质量亏损△m=2m。-(m+mn)=(2×2.0136 3.0150-1.0087)u=0.0035u。释放的核能△E=0.0035× 931.5MeV=3.26MeV。 (2)把两个氘核作为一个系统，对撞过程中动量守 恒，由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因 此反应前后系统的总动量守恒且为O,即O=m+ma。 又由于反应前后总能量守恒，故反应后氦核和中子的总 参考答案与解析。 动能为宁md+宁-4+2因为胜=子，所以 氨核和中千的连半之比为一号，把这两个关系式代入 得AE+2ED=4·↓， ·2mi=4E,即(3.26+2x0.35)MeV= 4,得氨核的动能和中子的动能分别为E=(3.26+ 2x0.35)MeV=0.99 MeV,Ein=3Ek=2.97 MeVo 12.(1)0.284E。(2)42次【解析】因为中子与 碳核每次都是弹性正碰，所以碰撞过程中动量守恒、能 量守恒，中子失去的动能即为碳核增加的动能。 (1)设中子的质量为m、碳核的质量M,则有M= 12mo 设中子碰前的速度为v,碰后的速度为v,碳核碰 后的速度为vc,由动量守恒定律得mo=mwn+Mvc,由能 量守恒定律得子m=m+号M2,由以上三式解得 2 11 vc心子”o,”三3，负号表示速度反向，则经过一次碰 撞，中子损失的动能为△E=】 m=7×12m层° 48E-0.2848o。 1691 (2)同理，中子第2次碰撞后的速度为。3= 11 11}2 B,中子第3次碰撞后的速度为=- 11 13/ve= 113 /11k -3o….中子第k次碰撞后的速度为=方0， 则中子经&次碰撞的动能为公=号i=子人月 常mi-贵产五所以中子的动能小于E×10时。 有借产<10，解得4135，所以中子至少经过42次 碰撞，中子的动能才小于Eo×106。 "情境题专项 1.A【解析】在α衰变的过程中，电荷数少2，质量 数少4，在B衰变的过程中，电荷数多1，质量数不变， 根据该规律求出α衰变和B衰变的次数；根据各自核反 应的特征判断核反应的类型；设经过m次a衰变，n次 B衰变，根据电荷数和质量数守恒可知，2m-n=4,4m= 12,解得m=3,n=2,A正确；H+H→He+n是核聚变 方程，需Rn→Pa+e是B衰变方程，罗Th+ n→'“Pa+鋁Kr+3n是裂变反应方程，不是氢弹的核反应 方程，B,C错误：高速运动的α粒子轰击氮核可从氮 核中打出质子，其核反应方程为He+H→gO+n,D 错误。 2.B【解析】核反应的基本规律是质量数和电荷数 67