第5章 第4、5节 核裂变 核聚变 粒子物理学发展概况（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

该高中物理课件围绕核裂变、核聚变及粒子物理学发展概况展开，通过情境问题如铀核裂变判断、秦山核电站原理、太阳能量来源等导入，搭建从基础概念到实际应用的学习支架，帮助学生衔接前后知识。 其亮点在于“四层学习内容”体系，通过典例计算（如铀核裂变能量释放）强化科学思维，情境问题（如氢弹爆炸原理分析）渗透科学态度与责任。助力学生深化物理观念，教师可高效落实核心素养，提升教学效果。

核裂变　核聚变　粒子物理学发展概况 第 4、5 节 核心素养导学 物理观念 (1)了解核裂变反应及链式反应的条件。 (2)了解核聚变反应的条件。 (3)初步了解粒子物理学的基础知识及粒子的分类。 科学思维 热核反应可能的控制方法。 科学探究 核电站的组成及工作原理。 科学态度与责任 (1)了解两类核能应用的利弊，关注技术应用对人类生活和社会发展的影响。 (2)感悟人类对物质结构的认识是不断深入的，形成相对完整、科学的物质观念。 [四层]学习内容1 落实必备知识 [四层]学习内容2 强化关键能力 01 02 CONTENTS 目录 [四层]学习内容3 ·4 浸润学科素养和核心价值 课时跟踪检测 03 04 [四层]学习内容1 落实必备知识 一、核裂变　链式反应 1.核裂变：重核_______成几个中等质量原子核的核反应现象。 2.铀核裂变：用______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方程是U+_____ Ba+Kr +______。 分裂 中子 n n 3.链式反应 (1)定义：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_________________。 (2)链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于___________或裂变物质的质量大于等于临界质量。 自动延续下去 临界体积 二、核反应堆　核电站 1.核反应堆：一种人为________的核裂变链式反应装置。 2.核电站：利用核反应堆中__________所释放出的核能进行发电。 三、核聚变　受控热核反应 1.核聚变：轻原子核_________成较重原子核的反应。 2.典例HH He+_______。 可控 核裂变 聚合 n 3.受控热核反应 (1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是__________。 (2)惯性约束：在惯性约束下，用高能量密度的激光或X射线从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应，聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应。 环流器 四、粒子物理学发展概况 1.加速器和对撞机：加速器对带电粒子______获得高能粒子。对撞机能让两束高能粒子流实现对撞。 2.粒子“全家福” 现在发现的粒子达400多种，它们可大体分为______、______、规范玻色子和希格斯玻色子四大类。 加速 强子 轻子 3.夸克模型 1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由3种更基本的粒子组成的，这些粒子称为______。夸克模型指出电子电荷不再是电荷量的最小单元，而存在分数电荷。 4.宇宙的演化 大爆炸学说是宇宙的起源和演化的重要理论。 夸克 1.如图所示，为铀核裂变示意图，请对以下说法作出判断： (1)铀核裂变是一种天然放射现象。 ( ) (2)铀核裂变的产物是固定的，就是生成钡和氪，同时放出3个中子。( ) (3)只有铀块的体积大于临界体积时，才能够发生链式反应。( ) (4)核反应堆用过的核废料无毒无害。( ) × × √ × 2.秦山核电站的建成发电，使我国成为世界上第7个能够自行设计、建造核电站的国家。请对以下说法作出判断： (1)核原料与火力发电所用煤相比，便于运输和储存。( ) (2)在核电站，核裂变释放的大量核能可以直接用于发电。( ) (3)核电站中控制核反应速度用的是镉做成的镉棒。( ) × × √ 3.万物生长靠太阳，太阳在我们日常生活中是不可替代的，它提供给地球足够的能源，太阳一旦没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失。你知道太阳的能量来源吗？ 提示：来源于太阳内部的核聚变反应。 4.如图所示，为氢弹爆炸形成的蘑菇云， 实际上氢弹爆炸是由原子弹爆炸高温高压引 发的，那么氢弹中核聚变反应为什么需要几 百万摄氏度的高温呢？ 提示：要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离在10-15m，在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库仑斥力就需要原子核具有非常大的动能才会撞到一起，这就需要温度达到几百万摄氏度，原子核就可以具有这样大的动能。 [四层]学习内容2 强化关键能力 如图为核裂变示意图。 新知学习(一)|核裂变与链式反应 任务驱动 (1)试写出一种铀核裂变的核反应方程。 提示UnBaKr+n。 (2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？ 提示：有慢中子轰击铀块，铀块的体积大于临界体积，这样就可以产生链式反应。 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。 重点释解 (3)常见的裂变方程： UnXeSr+n； nBaKr+n。 2.链式反应的条件 (1)有慢中子轰击。 (2)铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量。 3.裂变反应的能量 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。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变时放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的化学能，裂变时能产生几百万摄氏度的高温。 4.铀235比铀238更易发生链式反应 在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀238，0.7%的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同。 (1)铀235：俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大。 (2)铀238：只有俘获能量大于1 MeV的中子才能发生裂变，且裂变的概率小。能量低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不引起裂变。因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235。 [典例]　现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：Un NdZr+n+e+ν (1)核反应方程中的ν是中微子，它不带电，质量数为零。试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数； 典例体验 [答案]　40　90 [解析]　根据电荷数和质量数守恒，可得 Zr的电荷数Z=92-60+8=40， 质量数A=236-143-3×1=90。 (2)已知铀U)核的质量为235.049 3 u，中子质量为1.008 7 u，钕Nd)核质量为142.909 8 u，锆核质量为89.904 7 u。又知1 u= 1.660 6×10-27 kg，试计算，1 kg铀235大约能产生的能量是多少？ [答案]　 8.32×1013 J [解析]　Δm=(mU+mn)-(mNd+mZr+3mn)=0.217 4 u=0.217 4× 1.660 6×10-27 kg≈3.61×10-28 kg， ΔE=Δmc2=3.61×10-28×(3×108)2 J≈3.25×10-11 J， n=×6.02×1023个≈2.56×1024个 E总=nΔE=2.56×1024×3.25×10-11 J=8.32×1013 J。 1.下列核反应中，表示核裂变的是 (　 ) A.U ThHe BC Ne CUn BaKr+n DBeHe Cn 针对训练 √ 解析：U ThHe是α衰变C Ne是β衰变，BeHe Cn是原子核的人工转变，只有C选项是重核裂变。 2.核电站发电利用的是铀核裂变释放的核能，其裂变方程为Un XSr+n，则下列叙述正确的是(　 ) A.裂变后粒子的总核子数减少 B.X原子核中含有85个中子 C.裂变反应前后质量没有变化 D.裂变反应后新核的比结合能比铀核的小 √ 解析：核反应过程中质量数守恒，所以裂变后粒子的总核子数不变，A错误；设X原子核中有x个质子，质量数为y，则92=x+38，235+1=y+95+1×2，解得x=54，y=139，所以X原子核中含有中子数为y-x=85，B正确；裂变过程中释放核能，所以有质量亏损，C错误；裂变过程中释放核能，所以新核的比结合能比铀核的大，D错误。 如图所示为核电站工作流程 示意图： 核电站的核心设施是什么？ 新知学习(二)|核电站的主要组成及工作原理 任务驱动 提示：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，它的主要组成如表格： 重点释解   减速剂 控制棒 冷却剂 保护层 采用的 材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液态的金属钠 很厚的水泥防护层 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，由天然铀或者浓缩铀(铀235的含量占2%~4%)制成，常用石墨、重水和普通水(也叫轻水)为减速剂，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，减速剂附在铀棒周围。 (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、液态的金属钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动汽轮发电机发电。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，所能提供的能量大。 (3)对环境的污染要比火力发电小。 [典例]　如图所示是当前核电站普遍使用的核反应堆的示意图，关于该反应堆中进行的核反应，下列说法中正确的是 (　 ) A.图示装置中进行的核反应类型是核聚变 B.要使核反应速度减慢，可以将铀棒插入得更深 C.裂变反应的燃料是铀，反应过程质量不守恒 D.石墨起到降低反应温度的作用 典例体验 √ [解析]　图示装置中进行的核反应类型是核裂变，故A错误；将铀棒插入得更深，中子接触的铀原子更多，反应加剧，故B错误；裂变反应的燃料是铀，反应过程发生质量亏损，质量不守恒，故C正确；石墨主要是将快中子变为慢中子，故D错误。 1.随着时代的发展，能源危机逐渐形成，现在科学家正在努力寻找新能源。核能是现今比较普遍利用的能源之一，核电站利用核能发电是人类利用核能的重要手段。据你判断，现已建成的核电站的能量来自 (　 ) A.天然放射性元素衰变放出的能量 B.人工放射性同位素放出的能量 C.重核裂变放出的能量 D.化学反应放出的能量 针对训练 √ 解析：现已建成的核电站的能量来自重核裂变放出的能量，故C正确。 2.核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成 (　 ) A.原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统 B.原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统 C.原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统 D.原子燃料、中子源、原子能储存系统和输送系统 √ 解析：核反应堆里用的核燃料是用浓缩铀(铀235占2%~4%)制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用减速剂(如石墨、重水、普通水)，让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；控制调节系统是用于调节中子的数目以控制反应速度，它是由镉做成的置放在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全。 1.核聚变发生的条件 要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离10-15 m以内，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。 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。 新知学习(三)|核聚变的特点及应用 重点释解 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.核聚变的作用 (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。 5.重核裂变与轻核聚变的区别 项目 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 核废料 处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应的核废料处理简单得多 项目 重核裂变 轻核聚变 原料的 蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富，1 L海水中大约有0.03 g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300 L汽油相当 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]　太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和HHe等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化为4个氢核H)聚变成氦核He)，同时放出两个正电子e)。已知光速c=3×108 m/s， 氢核质量mp=1.672 6×10-27 kg，氦核质量mα=6.645 8×10-27 kg，正电子质量me=0.91×10-30kg。(要求计算结果保留两位有效数字)则： (1)请写出题中所述核聚变的核反应方程； 典例体验 [答案]　H He +e [解析]　根据核反应方程质量数和核电荷数守恒，则核聚变反应的核反应方程为：H He+e； (2)求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能； [答案]　 3.9×10-12 J [解析]　根据质量亏损和质能关系，可知每发生一次该核反应释放的核能为：ΔE=(4mp-2me-mα)c2；代入数据解得：ΔE≈3.9×10-12 J； (3)已知地球的半径R=6.4×106 m，日地中心距离r=1.5×1011 m，忽略太阳的辐射能从太阳到地球的能量损失，每秒地球表面接收到的太阳辐射的总能量为P=1.8×1017 J，求每秒太阳辐射的电子个数。 [答案]　 3.4×1021个 [解析]　设每秒钟太阳辐射的正电子个数为N，则每秒钟发生核聚变的次数为 太阳辐射的能量是以球面波的形式传播，根据能量守恒定律，则有P·=·ΔE，所以有N= 代入数据解得：N≈2.0×1038个。 /方法技巧/ (1)核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依据。 (2)核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损，然后代入ΔE=Δmc2进行计算。 1.中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是 (　 ) A.相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多 B.氘氚核聚变的核反应方程为HH Hee C.核聚变的核反应燃料主要是铀235 D.核聚变反应过程中没有质量亏损 针对训练 √ 解析：相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；根据质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为HH Hen，B错误；核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核，C错误；核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，D错误。 2.已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时 (　 ) A.释放出4.9 MeV的能量 B.吸收4.9 MeV的能量 C.吸收24.0 MeV的能量 D.释放出24.0 MeV的能量 √ 解析：两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为HH He +γH的总结合能为E1=1.1×4 MeV=4.4 MeV，反应后生成的氦核的结合能为E2=7.1×4 MeV=28.4 MeV，所以反应释放的核能ΔE=E2-E1=28.4 MeV-4.4 MeV=24 MeV。故A、B、C错误，D正确。 1.粒子与反粒子 随着科学技术的发展，人们发现了更多的粒子，一方面是“基本粒子”不基本，另一方面是发现了反粒子。 新知学习(四)|粒子的认识 重点释解 2.对各类粒子的认识 (1)强子参与强相互作用，有内部结构，由“夸克”构成。 (2)轻子不参与强相互作用，且没发现内部结构。如电子、电子中微子等。 (3)玻色子传递各种相互作用，如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。 3.对夸克模型的认识 (1)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)。 (2)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-。 (3)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]　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的。u夸克所带的电荷量为e，d夸克所带的电荷量为-e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是(　 ) A.质子由1个u夸克和2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 典例体验 √ 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2个u夸克和1个d夸克组成 [解析]　质子 H所带的电荷量为2×e+=e，中子 n所带的电荷量为e+2×=0，结合不同夸克的带电荷量可知，B正确。 /方法技巧/ 　　质子和中子的组成 (1)质子带一个元电荷e的电荷量，两个u夸克和1个d夸克可以组成一个质子。 (2)中子不带电，1个u夸克和两个d夸克可以组成一个中子。 1.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是 (　 ) A.夸克、轻子、胶子等粒子 B.质子和中子等强子 C.光子、中微子和电子等轻子 D.氢核、氘核、氦核等轻核 针对训练 √ 解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D错误。 2.(多选)由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它曾由航天飞机携带升空，将其安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质。所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反，例如反质子即为H。 假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成 的射线，通过OO'进入匀强磁场B2而形成图中的4 条径迹，则(　 ) A.1、2是反粒子径迹　　 B.3、4为反粒子径迹 C.2为反α粒子径迹 D.4为反α粒子径迹 √ √ 解析：由左手定则判定质子、α粒子受到洛伦兹力向右偏转；反质子、反α粒子向左偏转，故A正确，B错误；进入匀强磁场B2的粒子具有相同的速度，由偏转半径R= 知，反α粒子、α粒子在磁场中的半径大，C正确，D错误。 [四层] 学习内容3·4浸润 学科素养和核心价值 1.(选自粤教版教材课后练习)已知铀核的质量为235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，锶(Sr)核的质量为89.907 7 u，氙(Xe)核的质量为135.907 2 u，1 u=1.66×10-27kg，浓缩铀中铀235的含量为2%，则一座100万千瓦的核电站，每年需要消耗多少吨浓缩铀？ ◉科学思维——核电站浓缩铀年需求量估算 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 答案：27吨 解析：根据电荷数守恒和质量数守恒可得：核反应方程式为：Un SrXe+1n， 该反应的质量亏损是： Δm=235.043 9 u+1.008 7 u-89.907 7 u-135.907 2 u-10× 1.008 7 u=0.150 7 u， 根据爱因斯坦质能方程： ΔE=Δmc2=0.150 7×1.66×10-27×(3×108)2 J≈2.3×10-11 J， 一座100万千瓦的核电站每年产生的热量 Q=109 W×365×24×3 600 J≈3.2×1016 J， 由题意知：Q=·ΔE·NA， 代入数据解得：m≈2.7×104 kg=27吨。 2.(选自鲁科版教材“物理聊吧”)太阳中发生的氢核聚变成氦核的反应，是太阳辐射能量的来源。假定地球表面1 m2接受能量的功率为1.4 kW，地球到太阳的距离为1.5×1011 m，太阳的质量为2×1030 kg，请估算太阳的寿命。 ◉科学思维——太阳寿命的估算 答案：1.43×1013年 解析：太阳每秒辐射的能量 E0=4πr2×P0=4×3.14×(1.5×1011)2×1.4×103 J≈4.0×1026 J 太阳每秒钟减少的质量 Δm== kg≈4.44×109 kg 所以太阳的寿命为n==(年)≈1.43×1013(年)。 1.我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是 (　 ) A.HH Hen BNHe OH CHeAl Pn DUn BaKr+n √ 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 解析：选项A是质量小的轻核结合成质量较大的核，属于核聚变；选项B是卢瑟福发现质子的人工核转变方程；选项C是约里奥·居里夫妇发现放射性同位素的人工核转变方程；选项D是铀核在中子轰击下分裂为中等质量的核的过程，属于核裂变。 2.K-介子的衰变方程为：K- π-+π0，其中K-介子和π-介子带负电，π0介子不带电。如图所示，匀强磁场的方向垂直于纸面向外，一个K-介子沿垂直于磁场的方向射入，其轨迹为图中的虚线圆弧，若K-介子在磁场中发生衰变，则衰变产生的π-介子和π0介子的运动轨迹可能是(　 ) √ 解析：π-介子与K-介子均带负电，若二者运动方向相同，可知受洛伦兹力的方向相同，圆弧的弯曲方向相同，由动量守恒定律可知，π-介子的动量小于K-介子的动量，由r=可知，π-介子的半径较小；π0介子不带电，则沿直线运动，选项C正确，D错误；若π0介子反向运动，由动量守恒定律可知，π-介子的动量大于K-介子的动量，由r=可知，π-介子的半径较大；由于π-介子与K-介子均带负电，受洛伦兹力的方向相同，圆弧的弯曲方向相同，选项A、B错误。 3.能源危机是一个全球性的共同问题，科学家们正在积极探索核能的开发与和平利用，其中可控热核反应向人类展示了诱人的前景。热核反应比相同数量的核子发生裂变反应释放的能量要大好几倍，同时所造成的污染也要轻得多，而且可用于热核反应的氘H)在海水中的总含量非常丰富，所以一旦可控热核反应能够达到实用，便可解决人类所面临的能源危机问题。 (1)热核反应中的一种反应是1个氘核和1个氚核H)聚变为一个氦核He)，请完成这个核反应方程式HH He+________+能量。  n 解析：根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为0，质量数为1，知该粒子为中子，即n。 (2)若氘核的质量为2.014 1 u，氚核的质量为3.016 1 u，中子的质量为1.008 7 u，氦核的质量为4.002 6 u。其中u是原子质量单位，已知 1 u相当于931 MeV的能量，则上述核反应过程中释放的能量为________MeV。(保留3位有效数字)  17.6 解析：释放的能量为ΔE=(2.014 1+3.016 1-4.002 6-1.008 7)×931 MeV ≈17.6 MeV。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1.链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是 (　 ) A.质子 B.中子 C.β粒子 D.α粒子 √ 解析：重核裂变链式反应发生依靠中子不断地轰击铀原子核使得裂变不断进行下去，故选项B正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 2.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.太阳上进行的核反应为Un BaKr+n √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：因为高温时原子核的热运动剧烈，使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生核聚变，故核聚变也叫热核反应，需要在高温下进行，A正确；由于核反应过程遵循质量数守恒以及电荷数守恒，因此核聚变中电荷数是守恒的，即电荷也是守恒的，B错误；核聚变释放出巨大的能量，由爱因斯坦质能方程可知核聚变存在质量亏损，所以太阳进行核聚变时，其质量减小，C错误；太阳上进行的是核聚变，而Un BaKr+ n是重核的裂变反应，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 3.铀核可以发生衰变和裂变，铀核的 (　 ) A.衰变和裂变都能自发发生 B.衰变和裂变都不能自发发生 C.衰变能自发发生而裂变不能自发发生 D.衰变不能自发发生而裂变能自发发生 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：铀是天然放射性元素，所以铀核的衰变能自发发生，而铀核的裂变是人工实现的，是用中子轰击铀核实现的，所以铀核的裂变不能自发发生，故A、B、D错误，C正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 4.20世纪60年代，我国以国防为主的尖端科技取得了突破性的发展。1964年，我国第一颗原子弹试爆成功；1967年，我国第一颗氢弹试爆成功。关于原子弹和氢弹，下列说法正确的是 (　 ) A.原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研制的 B.原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研制的 C.原子弹是根据核裂变原理研制的，氢弹是根据核聚变原理研制的 D.原子弹是根据核聚变原理研制的，氢弹是根据核裂变原理研制的 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：原子弹是根据重核裂变研制的，而氢弹是根据轻核聚变研制的，故A、B、D错误，C正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 5.U是核反应堆中的主要核燃料之一U具有放射性，会发生α衰变U俘获中子后会发生裂变产生中等质量的原子核，则下列说法正确的是(　 ) A.衰变过程放出能量，裂变过程吸收能量 B.衰变过程吸收能量，裂变过程放出能量 C.衰变过程和裂变过程均放出能量 D.衰变过程和裂变过程均吸收能量 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：由于衰变过程和裂变过程均有质量亏损，因此均放出能量，故C正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 6.“华龙一号”发电机利用的是铀核裂变释放 的核能，则下列叙述正确的是 (　 ) A.太阳辐射能量的主要来源也是重核裂变 B.典型的核裂变方程为U BaKr+n C.裂变过程中释放核能是因为产物中新核的比结合能大 D.锶90是铀235的裂变产物，其半衰期为28年，那么经过56年锶90便衰变没了 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：太阳内部发生核聚变，故A错误；典型的核裂变方程为Un BaKr+n，故B错误；裂变释放核能是因为新核的比结合能大于原来重核的比结合能，故C正确；经过56年锶90剩下原来的四分之一，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 7.氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式H He+H+n+43.15 MeV表示。海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV=1.6×10-13 J，则M约为(　 ) A.40 kg　　　　　　　　　 B.100 kg C.400 kg D.1 000 kg √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：结合核反应方程知，1 kg海水中的氘核全部发生聚变反应放出的能量E=×43.15×1.6×10-13 J≈1.15×1010 J，根据题意得M=M0=×1 kg≈400 kg，故A、B、D项错误，C项正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 √ 8.核电池是一种核动力装置，里面装有放射性元素。某种国产核电池利用Pu 衰变为U释放能量，可连续几十年提供稳定的电能。下列说法正确的是(　 ) A.Pu发生α衰变的方程为Pu UHe B.核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力很弱 C.当温度升高Pu衰变的半衰期将变大 D.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量之和等于反应物的质量之和 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：根据质量数守恒与电荷数守恒可知衰变方程为Pu UHe，故A错误；核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力很弱，故B正确；半衰期是由放射性元素本身决定的，与环境温度无关，故C错误；此核反应过程中存在质量亏损，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 9.许多原子核发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法正确的是 (　 ) A.Th衰变为Rn，经过3次α衰变，2次β衰变 BHH Hen是α衰变方程Th e是β衰变方程 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 CUn BaKr+n是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程 D.高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，其核反应方程为HeBe Cn 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：根据质量数守恒可得α衰变的次数为x==3，根据电荷数守恒可得β衰变的次数为y=86+2x-90=2，A正确HH Hen是核聚变，B错误Un BaKr+n是核裂变方程，也是原子弹的核反应方程，C错误；高速运动的α粒子轰击铍核可从铍核中打出中子，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 10.铀核U)是获得核能的主要原料之一，其中一种核反应方程为U+n XSr+n，反应中释放核能。下列说法正确的是(　 ) A.因为裂变时释放能量，根据E=mc2，所以裂变后的总质量数减少 B.该核反应在中子的轰击下发生，为原子核的人工转变 C.X原子核中的核子数为140，中子数为84 D.该核反应是重核裂变，产物的结合能之和大于铀核U)的结合能 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：裂变时释放能量，存在质量亏损，但是质量数不变，故A错误；该核反应为重核裂变，不是人工转变，故B错误；X原子核中的核子数为(235+1)-(94+2)=140，中子数为140-(92-38)=86，故C错误；铀核裂变过程中会释放能量，则裂变产物的结合能之和一定大于铀核的结合能，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 11.(多选)在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。已知核反应方程Un BaKr+aX是反应堆中发生的众多反应中的一种，其中U的相对原子质量是235.043 9 u(1 u=1.66× 10-27 kg)，每次该核反应释放出的核能为173.8 MeV。现有一座核电站发电能力为3.6×106 kW，核能转化为电能的效率为45%，假定反应堆中发生的裂变全是本题中的核反应，下列说法正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 A.X是n，a=3 B.为使核反应堆持续正常工作，必须由外界不断地向铀块射入高速中子流 C.该裂变反应每次释放出的核能与氢原子光谱中波长最短的一个光子的能量相当 D.该核电站每年(1年按3×107 s计算)消耗U的质量约为3.4 t √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可判断，X是n，a=235+1-141-92=3，故A正确；核反应会产生中子，故不需要一直由外界射入高速中子流，故B错误；氢原子光谱中波长最短的光子能量为13.6 eV，该裂变反应每次释放出的核能为173.8 MeV，两者不相等，故C错误；该反应堆每年提供的能量为E总=ΔE，核电站一年提供的电能为W电=Pt，另外η=×100%，联立可得M≈3.4×103 kg=3.4 t，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 12.(10分)假设有一种放射线是由铀核U衰变成Th，并释放一种粒子产生的。 (1)写出U衰变为Th的方程式；(4分) 答案：U ThHe 解析：反应方程式为U ThHe。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (2)已知铀核质量为3.853 131×10-25 kg，钍核的质量为3.786 567 ×10-25 kg，α粒子的质量为6.646 72×10-27 kg，求衰变释放的能量。(6分) 答案： 8.7×10-13 J 解析：核反应中质量亏损Δm=mU-mTh-mα，由质能方程得，释放的能量ΔE=Δmc2=(mU-mTh-mα)c2，代入数据得ΔE≈8.7×10-13 J。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 13.(12分)有一种核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子。若已知氘原子的质量为2.014 1 u，氚原子的质量为3.016 2 u，氦原子的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u，1 u=1.66×10-27 kg。 (1)写出氘和氚聚合的核反应方程；(4分) 答案：HH Hen 解析：核反应方程为HH Hen。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (2)试计算这个核反应释放出来的能量；(4分) 答案： 2.8×10-12 J 解析：由质能方程得ΔE=Δmc2=(2.014 1+3.016 2-4.002 6-1.008 7)×1.66×10-27×(3.0×108)2 J≈2.8×10-12 J。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (3)若建一座功率为3.0×105 kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转变成电能，每年要消耗氘的质量是多少？(一年按3.2×107 s计算，光速c=3.0×108 m/s，结果保留两位有效数字)(4分) 答案：23 kg 解析：每年消耗氘的质量为m=·m氘≈23 kg。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $