第五节 裂变和聚变（分层作业）物理粤教版选择性必修第三册

第五节 裂变与聚变 目录 【攻核心·技能提升】 1 考点一、核裂变与链式反应 1 考点二、核聚变 1 【拓思维·重难突破】 1 【链高考·精准破局】 6 考点一、核裂变与链式反应 1．核反应堆：是一种 的核裂变链式反应装置。核反应堆按引起裂变的中子能量可分为 反应堆和快中子反应堆。它的主要组成部分及作用如下： 组成部分 材料 作用 裂变材料（核燃料） 铀棒（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 镉或硼 吸收中子，控制反应速度 冷却剂 水或液态的金属钠 传输热量 防护层 厚水泥层 防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害 2．核电站 核能发电指利用核反应堆中 所释放出的核能进行发电。核能转变成水的 ，使水变成高温高压的蒸气，推动汽轮发电机发电。 【答案】1． 可控 慢中子 2． 核裂变 内能 【解析】1．[1]核反应堆：是一种可控的核裂变链式反应装置。 [2]核反应堆按引起裂变的中子能量可分为慢中子反应堆和快中子反应堆。 2．[1]核能发电指利用核反应堆中核裂变所释放出的核能进行发电。 [2]核能转变成水的内能，使水变成高温高压的蒸气，推动汽轮发电机发电。 3．核裂变：把重核分裂成几个 原子核的核反应现象称为核裂变。 4．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 。 5．链式反应 如果一个反应过程的产物能够 这种反应，从而使反应一旦开始后就能 下去，这样的反应称为链式反应。 6．临界体积 把能够发生链式反应的裂变物质的 叫作临界体积。 7．核裂变的能量 铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以 能量。1 g铀235完全裂变释放的能量相当于燃烧约 煤放出的化学能。 【答案】3．中等质量 4． 5． 再次引发 自动延续 6．最小体积 7．放出 3t 【解析】3．重核分裂成几个中等质量原子核的核反应现象称为核裂变。 4．根据质量数与核电荷数守恒可得核反应方程为 5．[1][2] 如果一个反应过程的产物能够再次引发这种反应，从而使反应一旦开始后就能自动延续下去，这样的反应称为链式反应。 6．能够发生链式反应的最小体积叫临界体积。 8．(25-26高三上·河北承德·期末)铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。1 g铀235完全裂变释放的能量相当于燃烧约3t煤放出的化学能。1．我国预计2030年建成100兆瓦级高温超导聚变－裂变混合堆。该项目可实现能量倍增和燃料增殖，其部分核心核反应方程可分为：核反应①（）；核反应②（）；燃料增殖（，X经过次衰变生成）三部分，下列说法正确的是（    ） A．①是核裂变 B．②是核聚变 C． D． 【答案】D 【详解】A．是轻核结合成较重核的过程，是核聚变，故A错误； B．是重核分裂成中等质量核的过程，是核裂变，故B错误； CD．其中X的质量数为 质子数为90，X经过次衰变生成，其中衰变质子数增加1，质量数不变，质子数90增至92，故，故D正确，C错误。 故选 D。 9．(25-26高三上·广西河池·期末)2025年，中国在原子核研究领域取得了令人瞩目的成就，中科院近代物理研究所甘再国研究团队与合作者利用我国超重元素研究加速器装置（CAFE2）成功合成了极端缺中子的新核素——镤-210。这项成果标志着我国在探索原子核存在极限方面取得了重要突破。该研究通过钙-40束流轰击镥-175靶，通过熔合蒸发反应，在新一代充气反冲核谱仪上成功合成了新核素镤-210，其核反应式如下：，下列说法正确的是（   ） A．该核反应式中前面的系数 B．该核反应类型属于轻核的聚变 C．该核反应类型属于重核的裂变 D．该核反应中反应物的总质量数与生成物的总质量数一定相等 【答案】D 【详解】A．根据质量数守恒，反应物总质量数为，生成物中镤-210质量数为210，中子质量数为1，设中子数为，则，解得，故A错误。 B．轻核聚变通常指轻原子核（如氢、氦等）结合，而钙-40（原子序数20）和镥-175（原子序数71）均为较重核，不属于轻核聚变，故B错误。 C．重核裂变是指重核分裂成中等质量核，而本反应是两核结合成新核并释放中子，属于熔合反应，不是裂变，故C错误。 D．在核反应中，质量数（核子数）守恒是基本定律，反应物总质量数与生成物总质量数一定相等，故D正确。 故选D。 10．下列关于原子与原子核的说法正确的是（　　） A．卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型 B．原子核发生衰变时放出的电子来自原子核的核外电子 C．原子弹的反应原理是核聚变 D．氢原子可以吸收任意能量，从基态跃迁到激发态 【答案】A 【详解】A．卢瑟福通过α粒子散射实验发现大部分α粒子穿过金箔后方向不变，少数发生大角度偏转，据此提出原子的核式结构模型，故A正确。 B．β衰变放出的电子源于原子核内中子转化为质子时释放的电子，并非核外电子，故B错误。 C．原子弹利用重核裂变（核裂变）释放能量，核聚变是氢弹的反应原理，故C错误。 D．氢原子从基态跃迁至激发态需吸收特定能量，能量不满足时无法跃迁，故D错误。 故选A。 11．(25-26高三上·广东揭阳·期末)核潜艇是一种以核能为动力来源的潜艇，其核反应方程式为，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中 B．核反应方程中 C．的平均结合能大于的平均结合能 D．的核子平均质量小于的核子平均质量 【答案】B 【详解】A．根据质量数守恒，反应前质量数总和为 反应后质量数总和为 联立解得，故A错误； B．根据电荷数守恒，反应前电荷数总和为 反应后电荷数为 联立解得，故B正确； C．在核裂变反应中，重核分裂成中等质量的核，会释放能量，说明生成物的平均结合能更高，所以的平均结合能小于的平均结合能，故C错误； D．核裂变会释放能量，根据质能方程，反应后总质量会减少。因此的核子平均质量大于的核子平均质量，故D错误。 故选B。 12．我国是最大的光伏产品制造国。光伏发电产生的电能的来源是（　　） A．风能 B．核能 C．太阳能 D．水能 【答案】C 【详解】A．风能是风力发电的来源，光伏发电不涉及风能，故A错误； B．核能是核裂变或核聚变产生的能量，光伏发电与核能无关，故B错误； C．光伏发电利用半导体材料的光电效应，将太阳辐射能直接转换为电能，故C正确； D．水能是水力发电的来源，依赖水流势能，光伏发电与水能无关，故D错误。 故选C。 考点二、核聚变 13．(25-26高三上·山东聊城·期末)2025年10月1日，由中国建筑承建的中国紧凑型聚变能实验装置（BEST）首个关键部件杜瓦底座成功安装就位，项目建设取得关键突破。核聚变燃料主要是氢的同位素，氘和氚在高温高压下聚变生成氦核，并释放巨大能量。下列说法正确的是（　　） A．该聚变反应方程式为 B．氘原子和氚原子互为同位素，它们的化学性质几乎相同 C．氘原子核内有2个中子，氚原子核内有3个中子 D．聚变生成的氦核内有2个核子 【答案】B 【详解】A．氘和氚的聚变反应方程式应为，故A错误； B．氘和氚均为氢的同位素，化学性质主要由核外电子决定，因质子数相同，电子结构相似，故化学性质几乎相同，故B正确； C．氘原子核（质量数2，质子数1）的中子数为1；氚原子核（质量数3，质子数1）的中子数2，故C错误； D．聚变生成的氦核有2个质子和2个中子，故核子数为4，故D错误。 故选B。 14．2025年3月28日，我国“中国环流三号”托卡马克核聚变技术实现重大突破，首次实现原子核和电子温度均稳定超过1亿度，标志着我国可控核聚变向工程化应用迈出了关键一步，核聚变反应是和聚变生成；释放能量，下列说法正确的是（　　） A．目前国际上投入运行的核电站原理均是核聚变 B．的质量小于组成它的核子的质量之和 C．该聚变的核反应方程是 D．核聚变生成新核并释放能量，新核总质量等于原核总质量 【答案】B 【详解】A．目前国际上投入运行的核电站主要利用核裂变原理（如铀-235裂变），而非核聚变，A错误； B．根据质量亏损原理，原子核的质量小于其组成核子的质量之和，这是因为核子结合时释放结合能，导致质量减少。氚（）由1个质子和2个中子组成，其质量必然小于三者单独存在时的质量之和，B正确； C．氘-氚聚变的标准反应方程为 ，C错误； D．核聚变释放能量时，根据爱因斯坦质能方程（），存在质量亏损，即生成核的总质量小于反应核的总质量，D错误。 故选B。 15．(25-26高三上·山东淄博·期末)2025年11月，中国人造太阳EAST刷新世界纪录。EAST通过可控核聚变释放能量，使一个氘核和一个氚核聚变结合成一个氦核，同时放出一个中子并向外辐射一个光子。已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为、、、，普朗克常量为，真空中的光速为。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程是 B．聚变反应中的质量亏损 C．辐射出的光子的能量 D．光子的频率 【答案】C 【详解】A．核反应方程应为 ，而且选项中质量数不守恒（左侧质量数和为5，右侧为4），故A错误； B．质量亏损定义为反应前总质量减反应后总质量，即，故B错误； C．总质量亏损对应的能量为 ，光子能量等同于总释放的能量，故C正确； D．光子频率满足，其中光子能量 因此，故D错误。 故选C。 16．(25-26高三·山东青岛·期末)2025年10月，我国紧凑型聚变能实验装置（BEST）主机首个关键部件——杜瓦底座研制成功并顺利完成交付。该装置发生的核反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．X内有2个核子 B．该核反应为衰变 C．反应后总质量数减少 D．X的比结合能比的比结合能大 【答案】D 【详解】AC．核反应遵循质量数守恒，电荷数守恒，则X质量数为，则X内有4个核子，故AC错误； B．该核反应为核聚变，故B错误； D．比结合能的物理意义反映原子核的稳定程度，由分析可知X为氦原子核，氦原子核比更稳定，故X的比结合能更大，故D正确。 故选D。 17．(25-26高三上·茂名·期末)2025年5月6日我国的紧凑型聚变能实验装置（BEST）项目总装正式启动，让轻核（氘、氚）在人为控制下缓慢、持续发生聚变反应，实现可控核聚变。涉及的主要核反应方程为。下列说法正确的是（　　） A．这个核反应是衰变 B．为电子 C．中子数为3 D．和的总质量大于和的总质量 【答案】D 【详解】A．该反应为核聚变，不是衰变，故A项错误； B．由于反应过程中质量数和电荷数守恒，有， 解得， 所以X为中子，故B项错误； C．氚核的质子数为1，质量数为3，所以中子数为2，故C项错误； D．核聚变反应过程中释放能量，根据质能方程可知，反应前的总质量大于反应后的总质量，所以和的总质量大于和的总质量，故D项正确。 故选D。 18．中国正在建设的紧凑型聚变能实验装置（BEST）预计2027年竣工，并有望成为人类历史上首个实现聚变发电的装置，让世界看到了破解能源短缺与气候危机的“中国方案”。该装置内部主要核反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．X为质子 B．X为中子 C．该核反应属于链式反应 D．该核反应属于人工转变 【答案】B 【详解】AB．根据质量数守恒，故X质量数为 根据电荷数守恒，故X电荷数为，所以X为中子，故A错误，B正确。 CD．该反应为轻核聚变（热核反应），非链式反应和人工转变，故CD错误。 故选B。 19．(25-26高三上·辽宁县级重点高中协作体·期末)某次实验中，科研人员使用高能氘核（）轰击氚核（），发生核反应生成氦核（）并释放出一个粒子X，同时放出能量Q，其核反应方程为：。下列说法正确的是（　　） A．粒子X为质子 B．该反应是α衰变 C．氘核和氚核的总结合能小于氦核与粒子X的总结合能 D．若释放的能量全部转化为两粒子的总动能，则反应后生成物的总动能等于Q 【答案】C 【详解】AB．根据核反应前后质量数、电荷数守恒可知，X粒子的电荷数为0，质量数为1，所以X是中子，该反应为核聚变，故AB错误； C．该核反应放出能量 Q ，释放的能量等于生成物的总结合能与反应物的总结合能之差。因为 Q > 0 ，所以氦核与粒子X的总结合能大于氘核和氚核的总结合能，故C正确； D．因该聚变反应需要使用高能氘核，若释放的能量全部转化为两粒子的总动能，则反应后生成物的总动能应大于Q，故D错误。 故选C。 20．(25-26高三·四川·一模)下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福通过粒子散射实验，发现了质子 B．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能辐射3种不同频率的光子 C．康普顿效应说明光具有波动性 D．铀235裂变产生的中子能使核裂变反应连续进行，其反应称为链式反应，其反应方程为 【答案】B 【详解】A．卢瑟福通过α粒子散射实验发现了原子核式结构模型，而质子是通过α粒子轰击氮核实验发现的，故A错误； B．一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能辐射种不同频率的光子，故B正确； C．康普顿效应中光子与电子碰撞后波长变长，需用光子动量解释，说明光具有粒子性，而非波动性，故C错误； D．铀235裂变需吸收一个中子才能触发链式反应，可知原方程左侧缺少中子，正确的方程为，故D错误。 故选B。 21．(25-26高三·德阳·一模)HL-2M是中国新一代磁约束核聚变实验装置，实现了1.5亿摄氏度持续运行403秒的新记录。其核聚变方程为，则X为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据核反应前后质量数、电荷数守恒可知，X的电荷数为2，质量数为4，则X为氦核。 故选A。 22．(24-25高三·宜宾·一模)当前在“人造太阳”（如：中国的EAST）装置中，主要研究的可控核聚变反应是：，则（　　） A．该核反应可以释放能量 B．该核反应条件是极低温 C．该核反应中的X为质子 D．该核反应中的X为电子 【答案】A 【详解】A．核聚变反应中，轻核结合成较重核时存在质量亏损，根据质能方程，质量亏损转化为能量释放，因此该反应可释放能量，故A正确； B．核聚变需克服原子核间的库仑斥力，需在极高温度（如千万摄氏度以上）下进行，而非极低温，故B错误； CD．根据质量数守恒和电荷数守恒X为中子（电荷数 0，质量数 1），故CD错误； 故选A。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $品学科网·上好课 www zxxk.com 上好每一堂课 第五节裂变与聚变 目录 【攻核心·技能提升】 1 考点一、核裂变与链式反应… .1 考点二、核聚变… .1 【拓思维·重难突破】 1 【链高考·精准破局】 .6 攻核心 技能提升 考点一、核裂变与链式反应 1.可控 慢中子 2.核裂变 内能 3.中等质量 4.3n 5.再次引发 自动延续 6.最小体积 7.放出 3t 8.D 9.D 10.A 11.B 12.C 考点二、核聚变 13.B 14.B 15.C 拓思维 重难突破 16.D 17.D 18.B 19.C 1/2 品学科网·上好课 www zxxk.com 上好每一堂课 ● 链高考 精准破局 20.B 21.A 22.A 2/2 第五节 裂变与聚变 目录 【攻核心·技能提升】 1 考点一、核裂变与链式反应 1 考点二、核聚变 1 【拓思维·重难突破】 1 【链高考·精准破局】 6 考点一、核裂变与链式反应 1．核反应堆：是一种 的核裂变链式反应装置。核反应堆按引起裂变的中子能量可分为 反应堆和快中子反应堆。它的主要组成部分及作用如下： 组成部分 材料 作用 裂变材料（核燃料） 铀棒（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 镉或硼 吸收中子，控制反应速度 冷却剂 水或液态的金属钠 传输热量 防护层 厚水泥层 防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害 2．核电站 核能发电指利用核反应堆中 所释放出的核能进行发电。核能转变成水的 ，使水变成高温高压的蒸气，推动汽轮发电机发电。 3．核裂变：把重核分裂成几个 原子核的核反应现象称为核裂变。 4．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 。 5．链式反应 如果一个反应过程的产物能够 这种反应，从而使反应一旦开始后就能 下去，这样的反应称为链式反应。 6．临界体积 把能够发生链式反应的裂变物质的 叫作临界体积。 7．核裂变的能量 铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以 能量。1 g铀235完全裂变释放的能量相当于燃烧约 煤放出的化学能。 8．(25-26高三上·河北承德·期末)铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。1 g铀235完全裂变释放的能量相当于燃烧约3t煤放出的化学能。1．我国预计2030年建成100兆瓦级高温超导聚变－裂变混合堆。该项目可实现能量倍增和燃料增殖，其部分核心核反应方程可分为：核反应①（）；核反应②（）；燃料增殖（，X经过次衰变生成）三部分，下列说法正确的是（    ） A．①是核裂变 B．②是核聚变 C． D． 9．(25-26高三上·广西河池·期末)2025年，中国在原子核研究领域取得了令人瞩目的成就，中科院近代物理研究所甘再国研究团队与合作者利用我国超重元素研究加速器装置（CAFE2）成功合成了极端缺中子的新核素——镤-210。这项成果标志着我国在探索原子核存在极限方面取得了重要突破。该研究通过钙-40束流轰击镥-175靶，通过熔合蒸发反应，在新一代充气反冲核谱仪上成功合成了新核素镤-210，其核反应式如下：，下列说法正确的是（   ） A．该核反应式中前面的系数 B．该核反应类型属于轻核的聚变 C．该核反应类型属于重核的裂变 D．该核反应中反应物的总质量数与生成物的总质量数一定相等 10．下列关于原子与原子核的说法正确的是（　　） A．卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型 B．原子核发生衰变时放出的电子来自原子核的核外电子 C．原子弹的反应原理是核聚变 D．氢原子可以吸收任意能量，从基态跃迁到激发态 11．(25-26高三上·广东揭阳·期末)核潜艇是一种以核能为动力来源的潜艇，其核反应方程式为，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中 B．核反应方程中 C．的平均结合能大于的平均结合能 D．的核子平均质量小于的核子平均质量 12．我国是最大的光伏产品制造国。光伏发电产生的电能的来源是（　　） A．风能 B．核能 C．太阳能 D．水能 考点二、核聚变 13．(25-26高三上·山东聊城·期末)2025年10月1日，由中国建筑承建的中国紧凑型聚变能实验装置（BEST）首个关键部件杜瓦底座成功安装就位，项目建设取得关键突破。核聚变燃料主要是氢的同位素，氘和氚在高温高压下聚变生成氦核，并释放巨大能量。下列说法正确的是（　　） A．该聚变反应方程式为 B．氘原子和氚原子互为同位素，它们的化学性质几乎相同 C．氘原子核内有2个中子，氚原子核内有3个中子 D．聚变生成的氦核内有2个核子 14．2025年3月28日，我国“中国环流三号”托卡马克核聚变技术实现重大突破，首次实现原子核和电子温度均稳定超过1亿度，标志着我国可控核聚变向工程化应用迈出了关键一步，核聚变反应是和聚变生成；释放能量，下列说法正确的是（　　） A．目前国际上投入运行的核电站原理均是核聚变 B．的质量小于组成它的核子的质量之和 C．该聚变的核反应方程是 D．核聚变生成新核并释放能量，新核总质量等于原核总质量 15．(25-26高三上·山东淄博·期末)2025年11月，中国人造太阳EAST刷新世界纪录。EAST通过可控核聚变释放能量，使一个氘核和一个氚核聚变结合成一个氦核，同时放出一个中子并向外辐射一个光子。已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为、、、，普朗克常量为，真空中的光速为。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程是 B．聚变反应中的质量亏损 C．辐射出的光子的能量 D．光子的频率 16．(25-26高三·山东青岛·期末)2025年10月，我国紧凑型聚变能实验装置（BEST）主机首个关键部件——杜瓦底座研制成功并顺利完成交付。该装置发生的核反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．X内有2个核子 B．该核反应为衰变 C．反应后总质量数减少 D．X的比结合能比的比结合能大 17．(25-26高三上·茂名·期末)2025年5月6日我国的紧凑型聚变能实验装置（BEST）项目总装正式启动，让轻核（氘、氚）在人为控制下缓慢、持续发生聚变反应，实现可控核聚变。涉及的主要核反应方程为。下列说法正确的是（　　） A．这个核反应是衰变 B．为电子 C．中子数为3 D．和的总质量大于和的总质量 18．中国正在建设的紧凑型聚变能实验装置（BEST）预计2027年竣工，并有望成为人类历史上首个实现聚变发电的装置，让世界看到了破解能源短缺与气候危机的“中国方案”。该装置内部主要核反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．X为质子 B．X为中子 C．该核反应属于链式反应 D．该核反应属于人工转变 19．(25-26高三上·辽宁县级重点高中协作体·期末)某次实验中，科研人员使用高能氘核（）轰击氚核（），发生核反应生成氦核（）并释放出一个粒子X，同时放出能量Q，其核反应方程为：。下列说法正确的是（　　） A．粒子X为质子 B．该反应是α衰变 C．氘核和氚核的总结合能小于氦核与粒子X的总结合能 D．若释放的能量全部转化为两粒子的总动能，则反应后生成物的总动能等于Q 20．(25-26高三·四川·一模)下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福通过粒子散射实验，发现了质子 B．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能辐射3种不同频率的光子 C．康普顿效应说明光具有波动性 D．铀235裂变产生的中子能使核裂变反应连续进行，其反应称为链式反应，其反应方程为 21．(25-26高三·德阳·一模)HL-2M是中国新一代磁约束核聚变实验装置，实现了1.5亿摄氏度持续运行403秒的新记录。其核聚变方程为，则X为（　　） A． B． C． D． 22．(24-25高三·宜宾·一模)当前在“人造太阳”（如：中国的EAST）装置中，主要研究的可控核聚变反应是：，则（　　） A．该核反应可以释放能量 B．该核反应条件是极低温 C．该核反应中的X为质子 D．该核反应中的X为电子 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $