5.4 核裂变与核聚变 5.5 “基本”粒子 课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 第五章　原子核 1 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 2 必备知识·自主预习储备 01 知识点一 知识点二 知识点三 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 3 中子 核能 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 4 核裂变 链式反应 临界体积 临界质量 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 5 核反应堆 石墨 重水 普通水 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 6 中子 深 中子 控制棒 裂变 循环流动 热量 发电 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 7 水泥层 裂变反应 放射性 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 8 × √ × 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 9 质量较大 核聚变 温度 热核反应 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 10 产能效率高 聚变燃料 安全、清洁 磁约束 氢弹 原子弹 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 11 氢 聚变 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 12 光子 质子 基本粒子 质子、中子 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 13 正电子 强子 轻子 夸克 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 14 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 15 × × 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 16 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 17 关键能力·情境探究达成 02 考点1 考点2 考点3 考点4 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 18 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 19 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 20 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 21 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 22 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 23 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 24 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 25 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 26 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 27 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 28 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 29 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 30 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 31 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 32 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 33 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 34 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 35 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 36 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 37 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 38 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 39 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 40 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 41 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 42 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 43 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 44 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 45 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 46 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 47 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 48 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 49 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 50 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 51 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 52 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 53 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 54 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 55 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 56 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 57 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 58 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 59 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 60 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 61 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 62 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 63 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 64 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 65 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 66 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 67 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 68 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 69 学习效果·随堂评估自测 03 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 70 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 71 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 72 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 73 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 74 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 75 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 76 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 77 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 78 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 79 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 80 点击右图进入… 课 时 分 层 作 业 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 课时分层作业 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 81 谢谢观看 THANK YOU! 82 学习任务 1.知道核裂变与核聚变、链式反应及粒子的基本概念，了解原子弹、核反应堆、聚变反应条件、新粒子的内容。 2.掌握链式反应及核聚变释放能量的计算，理解核电站的工作原理，掌握轻核聚变的条件，提高分析、解决问题的能力。 3.通过对链式反应的探究，理解原子弹、核反应堆的原理，体会热核反应的条件及科学发现新粒子的进步。 知识点一　核裂变 1．核裂变的发现 (1)核裂变 重核被____轰击后分裂成两个质量差不多的碎块，并放出____的过程。 (2)铀核裂变 用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是 eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( ))92U＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→ eq \o\al(\s\up1(144),\s\do1( ))56Ba＋ eq \o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr＋___。 3 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n (3)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______反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的________。 (4)链式反应的条件 发生裂变物质的体积大于________或裂变物质的质量大于________。 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________。 (2)慢化剂 反应堆中，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____、____和______(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____的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入__一些，多吸收一些____，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作______。 (4)能量输出 核燃料____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________，把反应堆内的____传输出去，用于____。 (5)核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的______，用来屏蔽________放出的各种射线，核反应堆中的核废料具有很强的______，需要装入特制的容器，深埋地下。 说明：核裂变是可以控制的，如核电站的建立和应用。 1：思考辨析(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)中子轰击重核发生裂变是撞击的效果。 (　) 知识点二　核聚变 1．定义 两个轻核结合成________的核，这样的核反应叫作______。 2．举例 eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋ eq \o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→___＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋17.6 MeV。 3．条件 (1)轻核的距离要达到________以内。 (2)需要加热到很高的____，因此又叫________。 eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He 10－15 m 4．优点 (1)轻核聚变__________。 (2)地球上________的储量丰富。 (3)轻核聚变更为__________。 5．约束方法 ______和惯性约束。 6．应用：目前，人工产生的热核反应主要用在核武器上，那就是____，需要用______爆炸产生的高温高压引发核爆炸。 7．太阳能：太阳的主要成分是__，太阳中心温度可达1.6×107 K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，太阳能就来自于太阳内部____释放的核能。 知识点三　粒子 1．基本粒子不基本 (1)直到19世纪末，人们都认为____、电子、____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________组成的，并发现__________等本身也有复杂结构。 2．发现新粒子 (1)新粒子：1932年发现了______，1937年发现了____，1947年发现了______和______及以后的超子等。 (2)粒子的分类：大体可分为____、____、规范玻色子和希格斯玻色子几种类型。 (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____构成的。 μ子 K介子 π介子 说明：反粒子最显著的特点是当它们与相应的正粒子相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子。 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些。 (　) (2)质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子。 (　) 3．填空 写出下面三个核反应方程的类型 ① eq \o\al(\s\up1(24),\s\do1(11)) Na→ eq \o\al(\s\up1(24),\s\do1(12)) Mg＋ eq \o\al(\s\up1( 0),\s\do1(－1)) e______； ② eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92)) U＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n→ eq \o\al(\s\up1(144),\s\do1( 56)) Ba＋ eq \o\al(\s\up1(89),\s\do1(36)) Kr＋3 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n________； ③ eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)) H＋ eq \o\al(\s\up1(3),\s\do1(1)) H→ eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2)) He＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n________。 [答案]　β衰变　重核裂变　轻核聚变 β衰变 重核裂变 轻核聚变 据报道，中科院离子物理所经过八年的艰苦奋斗努力，终于率先建成了世界上第一个全超导的托克马克试验装置并调试成功。这种装置被称为“人造太阳”(如图所示)，它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源。 试探究：(1)请写出此核聚变的方程式。 (2)请说出核聚变能源的优点。 提示：(1)核聚变方程： eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋ eq \o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→ eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋17.6 MeV (2)优点：①产能效率高　②核燃料储量丰富 ③安全、清洁。 考点1　对核裂变和链式反应的理解和分析 1．铀核的裂变和裂变方程 (1)核子受激发：当中子进入铀235后，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。 (2)核子分裂：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。 (3)常见的裂变方程： ① eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋ eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U→ eq \o\al(\s\up1(144),\s\do1( 56))Ba＋ eq \o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr＋3 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n ② eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→ eq \o\al(\s\up1(94),\s\do1(38))Sr＋ eq \o\al(\s\up1(139),\s\do1( 54))Xe＋3 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n。 2．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。 以上两个条件满足一个即可。 (3)慢中子轰击。 【典例1】　铀核裂变的产物是多样的，一种典型的情形是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是 \a\vs4\al( 92) eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1()) U＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→ \a\vs4\al( 56) eq \o\al(\s\up1(144),\s\do1()) Ba＋ eq \o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr＋3 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，以下说法正确的是(　　) A．该反应质量数守恒，没有质量亏损 B． \a\vs4\al( 92) eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1()) U的中子数比 \a\vs4\al( 56) eq \o\al(\s\up1(144),\s\do1()) Ba的多91个 C． \a\vs4\al( 92) eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1()) U的比结合能比 \a\vs4\al( 56) eq \o\al(\s\up1(144),\s\do1()) Ba的大 D． \a\vs4\al( 56) eq \o\al(\s\up1(144),\s\do1()) Ba的结合能比 eq \o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr的大 思路点拨：(1)核裂变放出能量，比结合能变大。 (2)核反应方程，质量数守恒、电荷数守恒。 D　[核反应质量数守恒，但此反应释放核能有质量亏损，故A错误； \a\vs4\al( 92) eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1()) U的中子数为143， \a\vs4\al( 56) eq \o\al(\s\up1(144),\s\do1()) Ba中子数为88，中子数相差55，故B错误；重核裂变生成物的原子核更稳定，比结合能变大，故C错误；核子数越多，结合能越大，则 \a\vs4\al( 56) eq \o\al(\s\up1(144),\s\do1()) Ba的结合能比 eq \o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr的大，故D正确。故选D。] 对重核裂变的两点理解 (1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程。 (2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小。所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。 eq \a\vs4\al([跟进训练]) 1．(多选)用中子轰击 eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U原子核，发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为 eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→X＋ eq \o\al(\s\up1(94),\s\do1(38))Sr＋2 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，则以下说法正确的是(　　) A．X原子核中含有84个中子 B．X原子核的结合能比 eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U原子核的结合能大 C．X原子核中核子的平均质量比 eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U原子核中核子的平均质量小 D．X原子核中核子的比结合能比 eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U原子核中核子的比结合能大 CD　[由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知X原子核中含有质子数92－38＝54，中子数235＋1－94－2－54＝86，故A错误；X原子核中的核子数为：54＋86＝140(个)，核子数越多的原子核结合能越大，故X原子核的结合能比 eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U原子核的结合能小，故B错误；原子核中核子结合时平均每个核子的质量亏损越多，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，原子核中核子结合时平均每个核子的质量亏损越多，原子核中核子的平均质量越小；因为裂变释放能 量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量减少，平均质量减少，故C正确；结合能与核子数之比称比结合能，也叫平均结合能，比结合能越大，表示原子核中单个核子分离所需的能量越多，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定； eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U裂变的过程中释放能量，则 eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U的比结合能小于X原子核的比结合能，即X原子核中核子的比结合能比 \a\vs4\al( 92) eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1()) U原子核中核子的比结合能大，故D正确。故选CD。] 考点2　核电站与核反应堆 1．核电站的主要组成 核电站的核心设施是核反应堆 ，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下： 部件名称 慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层 采用的 材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液 态钠 很厚的水泥外壳 部件名称 慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层 作用 降低中子速度，便于铀235吸收 吸收中子，控制反应速度 把反应堆内的热量传输出去 屏蔽射线，防止放射性污染 2．反应堆工作原理 (1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：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、重水或普通水为慢化剂，使反应 生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收， 发生裂变，慢化剂附在铀棒周围。 反应堆示意图 (2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。 (3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，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，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。 3．核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少。 (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。 (3)对环境的污染要比火力发电小。 【典例2】　每昼夜消耗220 g铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大(每个铀核裂变时放出的能量是200 MeV)? 思路点拨：由题条件求出总能量，再求出有用功，除以时间得到电功率。 [解析]　一昼夜消耗的铀所能产生的核能为： ΔE＝200× eq \f(220,235)×6.02×1023×106×1.6×10－19 J≈1.8×1013 J 电功率P＝η eq \f(ΔE,t)＝ eq \f(1.80×1013×25%,24×3 600) W≈5.2×107 W。 [答案]　5.2×107 W eq \a\vs4\al([跟进训练]) 2．(2022·山东济南外国语中学高三月考)如图为普通使用的“慢中子”核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，一种典型的铀核裂变方程 eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→ eq \o\al(\s\up1(144),\s\do1( 56))Ba＋ eq \o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr＋3 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，用重水作慢化剂可使快中子减速，假设中子与重水中的氘核( eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H)每次碰撞均为弹性正碰， 而且认为碰撞前氘核是静止的，氘核的质量是中 子质量的两倍，则下列说法不正确的(　　) A．钡核的比结合能比铀核的大 B．若碰撞前中子的动能为E0，经过一次弹性碰撞后中子动能变成 eq \f(1,9)E0 C．镉棒插入深一些可增大链式反应的速度 D．水泥防护层可用来屏蔽裂变产物放出的射线 C　[该核反应的过程中释放大量的能量，结合爱因斯坦质能方程可知，钡核的比结合能比铀核的比结合能大，故A项正确，不符合题意；取碰撞前中子的速度方向为正方向，根据动量守恒定律有mv0＝mv1＋2mv2，依据能量守恒定律有 eq \f(1,2)mv eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＝ eq \f(1,2)mv eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))＋ eq \f(1,2)·2mv eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))，解得v1＝－ eq \f(1,3)v0，故碰撞后中子的动能为Ek1＝ eq \f(1,2)mv eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))＝ eq \f(1,9)E0，故B项正确，不符合题意；要使裂变反应更剧烈一些，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些，故C项错误，符合题意；水泥防护层作用是屏蔽裂变产物放出的射线，故D项正确，不符合题意。] 考点3　对核聚变的理解 1．聚变发生的条件 要使轻核聚变，必须使轻核间的距离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。 2．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。 3．核聚变的特点 (1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放出更多的能量。 (2)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。 (3)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．核聚变的应用 (1)核武器——氢弹：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)可控热核反应两种方案：①磁约束，②惯性约束。 5．重核裂变与轻核聚变的比较 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 重核裂变 轻核聚变 核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 原料的 蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富 可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，除氢弹以外，人们还不能控制它 【典例3】　(多选)氘核 eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H可通过一系列聚变反应释放能量，其反应式6 eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H→2 eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋x eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋y eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，同时释放出43.15 MeV的能量。已知氘核 eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H的质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)，氦核 eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He质量为3 728.4 MeV/c2，中子的质量为939.6 MeV/c2，1 L海水中含有的氘核约为1.0×1022个，而1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，下列说法正确的是(　　) A．该核反应中x＝2，y＝2 B．质子 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H的质量为960.3 MeV/c2 C．1 L海水中的氘核全部反应损失的质量约为1.3×10－7 kg D．1 L海水中的氘核全部反应释放的能量大于一吨标准煤燃烧释放的热量 AC　[根据质量数和电荷数守恒可得，该核反应中x＝2，y＝2，故A正确； 释放出的能量对应的质量为43.15 MeV/c2，根据爱因斯坦质能方程可得，质子 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H的质量为m＝ eq \f(（6×1876.1－2×3728.4－2×939.6）,2)MeV/c2＝960.3 MeV/c2，核聚变存在质量亏损，故m<960.3 MeV/c2，故B错误； 1 L海水中的氘核全部反应损失的质量m＝ eq \f(\f(1.0×1022,6)×43.15×106×1.6×10－19,（3×108）2)kg≈1.3×10－7 kg，故C正确； 1 L海水中的氘核全部反应释放的能量 E＝ eq \f(1.0×1022,6)×43.15×106×1.6×10－19 J≈1.15×1010 J 一吨标准煤燃烧释放的热量 E′＝2.9×107×103 J＝2.9×1010 J，故D错误。 故选AC。] eq \a\vs4\al([跟进训练]) 3．(2019·全国卷Ⅱ)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 4 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→ eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋2 eq \o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e＋2ν 已知 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H和 eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1u＝931 MeV/c2，c为光速。在4个 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H转变为1个 eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He的过程中，释放的能量约为(　　) A．8 MeV　　B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV C　[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。] 考点4　“基本”粒子 1．新粒子的发现及特点 发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪 60年代后 新粒子 正电子 μ子 K介子与π介子 超子 发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪 60年代后 特点 质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反 比质子 的质量 小 质量介于 电子与核 子之间 其质量比 质子的质 量大很多 2．粒子的分类 分类 参与的相 互作用 发现的 粒子 备注 强子 参与强相互作用 质子、中子 强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又分为介子和重子两类 分类 参与的相 互作用 发现的 粒子 备注 轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未发现内部结构 分类 参与的相 互作用 发现的 粒子 备注 规范玻 色子 传递各种 相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用 分类 参与的相 互作用 发现的 粒子 备注 希格斯 玻色子 希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。 2012年，欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子 3.夸克模型 (1)夸克的提出：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。 (2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。 (3)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－ eq \f(1,3)或＋ eq \f(2,3)。例如，上夸克带的电荷量为＋ eq \f(2e,3)，下夸克带的电荷量为－ eq \f(e,3)。 (4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。 【典例4】　在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H的核反应，间接地证实了中微子的存在。 (1)中微子与水中的 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H发生核反应，产生中子( eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n)和正电子( eq \o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e)，即：中微子＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋ eq \o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e 可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________。 [解析]　发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0。 [答案]　0和0　 (2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即 eq \o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e＋ eq \o\al(\s\up1(　0),\s\do1(－1))e→2γ，已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是什么？ [解析]　产生能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则ΔE＝Δmc2，故一个光子的能量为 eq \f(ΔE,2)，代入数据得 eq \f(ΔE,2)≈8.2×10－14 J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故只有产生2个光子，此过程才遵循动量守恒定律。 [答案]　8.2×10－14　见解析 对核反应中新生成粒子的认识 新生成的粒子和实物粒子一样，也能产生物质波，它们之间发生相互作用时，同样遵循动量守恒定律等力学规律。 eq \a\vs4\al([跟进训练]) 4．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＋ eq \f(2,3)e，d夸克带电荷量为－ eq \f(1,3)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 B　[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．(多选)关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是(　　) A．许多粒子都有自己的反粒子 B．把粒子分为强子、轻子、媒介子，是根据粒子与各种相互作用的关系 C．质子属于强子 D．光子属于轻子 ABC　[根据粒子的分类、粒子与反粒子描述知A、B、C正确；光子属于媒介子，D错误。] 2．(多选)下列说法正确的是(　　) A．聚变是裂变的逆反应 B．核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，反应时放出能量 C．轻核聚变比裂变更为安全、清洁 D．强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子 BC　[聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A错误；实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，故B正确；实现聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外，聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处理，故C正确；质子是最早发现的强子，故D错误。] 3．下列核反应中，表示核裂变的是(　　) A． eq \o\al(\s\up1(238),\s\do1( 92))U→ eq \o\al(\s\up1(234),\s\do1( 90))Th＋ eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He B． eq \o\al(\s\up1(14),\s\do1( 6))C→ eq \o\al(\s\up1(14),\s\do1( 7))N＋ eq \o\al(\s\up1(　0),\s\do1(－1))e C． eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1( 92))U＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→ eq \o\al(\s\up1(141),\s\do1( 56))Ba＋ eq \o\al(\s\up1(92),\s\do1(36))Kr＋3 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n D． eq \o\al(\s\up1(9),\s\do1(4))Be＋ eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→ eq \o\al(\s\up1(12),\s\do1( 6))C＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n C　[ eq \o\al(\s\up1(238),\s\do1( 92))U→ eq \o\al(\s\up1(234),\s\do1( 90))Th＋ eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He是α衰变， eq \o\al(\s\up1(14),\s\do1( 6))C→ eq \o\al(\s\up1(14),\s\do1( 7))N＋ eq \o\al(\s\up1(　0),\s\do1(－1))e是β衰变， eq \o\al(\s\up1(9),\s\do1(4))Be＋ eq \o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→ eq \o\al(\s\up1(12),\s\do1( 6))C＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n是人工转变，只有选项C是重核裂变，C正确。] 4．(2022·湖北武汉模拟)中国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”于2020年12月4日在成都建成并实现首次放电。聚变与裂变相比有很多优点，下列说法不正确的是(　　) A．地球上聚变燃料的储量丰富，足以满足聚变的需要 B．轻核聚变更为安全、清洁 C．相同质量的核燃料，轻核聚变反应中产生的能量更多 D．环流器是利用聚变物质的惯性进行约束，即用激光从各个方向照射反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应 D　[地球上每升水中含有0.03 g的氘，氚可以利用锂制取，聚变燃料丰富，故A正确；轻核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应自动停止，且反应产生的氦没有放射性，聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，放射废料少，容易处理，故B正确；相同质量的核燃料，轻核聚变反应中产生的能量更多，产能效率高，故C正确；环流器是利用磁约束，而不是聚变物质的惯性进行约束，故D不正确。] 5．2009年11月23日，欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人类理解暗物质、反物质以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。 问题探究： (1)什么是反粒子？ (2)请推测反氢原子的结构。 提示：(1)“反粒子”与“正粒子”具有相同的质量，但带有等量的异种电荷。 (2)“反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且相等的电荷量，所以反氢原子是 eq \o\al(\s\up1(　1),\s\do1(－1))H核和 eq \o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e构成的。 提示：吸收中子，控制反应速度。 回归本节知识，自我完成以下问题： 1．链式反应的条件是什么？ 提示：裂变物质的体积大于临界体积或质量大于临界质量，慢中子轰击。 2．核反应堆中的镉棒有什么作用？ 3．核聚变的条件是什么？ 提示：①轻核的距离要达到10－15m以内。 ②需要加热到很高的温度。 $