5.4 核裂变 核聚变（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

第五章　原子核与基本粒子 4　核裂变　核聚变 5　粒子物理学发展概况 基础过关练 题组一　核裂变　链式反应 1.(2025浙江模拟预测)铀235捕获中子的核反应方程为UnXe+Y+n,已知该反应过程中释放的能量为ΔE,则(　　) A.新核Y含有52个中子 B.该反应属于原子核的衰变 C.U的比结合能为 D.U比Xe更稳定 2.铀原子核既可发生衰变,也可发生裂变。其衰变方程为UTh+X,裂变方程为Un→YKr+n,其中Un、YKr的质量分别为m1、m2、m3、m4,光在真空中的传播速度为c。下列叙述正确的是(　　) AU衰变是α衰变,α射线可以用来测量钢板的厚度 BU裂变时释放的能量为(m1-3m2-m3-m4)c2 C.若提高温度U的半衰期将会变小 D.Y原子核中含有88个中子 题组二　核反应堆与核电站 3.(2025山西晋城一中月考)图为核电站的反应堆示意图,下列说法正确的是(　　) A.水泥防护层主要起保温作用 B.镉棒的作用是使快中子变成慢中子 C.反应堆放出的热量可直接全部转化为电能 D.核反应堆中的核废料需要装入特定的容器深埋地下 4.在所有能源中,核能具有能量密度大、区域适应性强的优点,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。 (1UnBaKr+aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种n为中子,X为待求粒子,a为X的个数,则X为　　　　,a=　　　　。以mU、mBa、mKr分别表示U、BaKr核的质量,mn、mp分别表示中子、质子的质量,c为光在真空中传播的速度,则在上述核反应过程中放出的核能ΔE=　　　　。  (2)有一座发电功率为P=1.00×106 kW的核电站,核能转化为电能的效率η=40%。假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应,已知每次核反应过程中放出的核能ΔE=2.78×10-11 J,铀核的质量mU=390×10-27 kg,求每年(1年=3.15×107 s)消耗的U的质量。 题组三　核聚变与受控热核反应 5.(多选题)(2024四川泸州联考)中国参与全球最大“人造太阳”国际热核聚变实验堆(ITER)研制,它利用氘H和氚H聚变成氦He释放能量,旨在探索受控核聚变技术商业化的可行性。我国每年进口约5亿吨原油,已知1 kg原油可以获得约2.7×107 J的能量。关于此核反应,下列说法中正确的是(　　) A.核反应方程为:HHHee B.核反应方程为:HHHen C.核子质量亏损约1 500 kg释放的能量,相当于5亿吨原油释放的能量 D.核子质量亏损约150 kg释放的能量,相当于5亿吨原油释放的能量 6.(2025湖北武汉调研)2024年6月25日,嫦娥六号返回器准确着陆于预定区域,实现世界首次月球背面采样返回。相关研究表明,月壤中氦-3储量极为丰富,每100吨氦-3原料足可以解决全球一年的电力供应。氦-3常见的一种核反应为HeHHe+X+18.3 MeV,对于该反应,下列说法正确的是(　　) A.X是中子 B.该反应为裂变反应 C.该反应需在高温下才能进行 DHe的比结合能大于He的比结合能 7.(多选题)(2024四川成都期末)“中国环流三号”是我国自主设计研制的可控核聚变大科学装置,也被称为新一代“人造太阳”。其内部的一种核反应方程为HHHe+X,则(　　) A.X粒子为中子 B.2个H结合成He时吸收能量 C.He的平均结合能比H的大 D.He的核子平均质量比H的大 8.(经典题)已知氘核H的质量为m1,中子n的质量为m2He的质量为m3,真空中的光速为c。 (1)写出两个氘核H聚变为一个He的核反应方程,并计算释放的能量; (2)质量为M的氘核H完全聚变为He,释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的能量?(已知煤的热值为q,题中所用物理量的单位均为国际单位制单位) 题组四　粒子物理学 9.(多选题)关于人们发现的新粒子,下列说法正确的是(　　) A.粒子都有自己的反粒子 B.把粒子分为强子、轻子、规范玻色子,依据是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 10.(多选题)下列所述正确的是(　　) A.强子是参与强相互作用的粒子 B.轻子是不参与强相互作用的粒子 C.胶子是轻子中的一种粒子 D.微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用的 答案与分层梯度式解析 基础过关练 1.A 2.D 3.D 5.BD 6.C 7.AC 9.ABC 10.ABD 1.A　由核反应中质量数守恒、电荷数守恒可知,新核Y为Y,则新核Y的中子数为90-38=52,A正确。该反应是在中子作用下发生的,不是原子核自发进行的,属于核裂变,不属于衰变,B错误。该反应过程中释放的能量ΔE不是铀235的结合能,因此铀235的比结合能不是,C错误。该核反应释放能量,比结合能越大,原子核越稳定,生成物的比结合能大于反应物的比结合能,所以Xe比U更稳定,D错误。故选A。 2.D　根据质量数守恒和电荷数守恒可得X为HeU发生的是α衰变,α射线贯穿能力弱,不可以用来测量钢板的厚度,故A错误;由爱因斯坦质能方程得U裂变时释放的能量ΔE=Δmc2=(m1-2m2-m3-m4)c2,故B错误;半衰期与原子核所在环境无关,故C错误;根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒,Y原子核中含有56个质子,中子数为144-56=88,故D正确。 3.D　水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线,避免放射性危害,故A错误;镉棒的作用是吸收中子,以控制链式反应的速度,故B错误;反应堆放出的热量不可以直接全部转化为电能,故C错误;核反应堆中的核废料需要装入特定的容器深埋地下,故D正确。 4.答案　(1n　3　(mU-mBa-mKr-2mn)c2 (2)1 103.7 kg 解析　(1)依据电荷数守恒和质量数守恒可判断X为n,a为3,由爱因斯坦质能方程知释放的核能ΔE=(mU-mBa-mKr-2mn)c2。 (2)因核电站的核能转化为电能的效率为40%,故核电站消耗核能的功率为P'==1.00× kW=2.5×109 W 则核电站每年所需核能为E=P't=2.5×109×3.15×107 J=7.875×1016 J 产生这些能量消耗的铀核的数目 n==≈2.83×1027(个) 故每年消耗U的质量为M=nmU=2.83×1027×390×10-27 kg=1 103.7 kg。 5.BD　根据质量数守恒和电荷数守恒,可得核反应方程为HHHen,故A错误,B正确;5亿吨原油释放的能量E=5×108×103×2.7×107 J=1.35×1019 J,根据质能方程E=mc2,解得m=150 kg,故核子质量亏损约150 kg释放的能量,相当于5亿吨原油释放的能量,故C错误,D正确。 6.C　根据核反应中质量数与电荷数守恒,可得X的质量数为1,电荷数为1,因此X是质子,A错误;该反应属于核聚变反应,需要在高温下才能进行,B错误,C正确;该反应释放能量,反应物的稳定性小于生成物的稳定性,因此He的比结合能小于He的比结合能,D错误。故选C。 7.AC　根据核反应中质量数与电荷数守恒可知X粒子为中子,A正确;比结合能(平均结合能)大的原子核稳定,2个H结合成H时,释放能量,则He更稳定,比结合能大,B错误,C正确;He的核子平均质量比H的小,D错误。故选A、C。 8.答案　(1)H+H→He+n　(2m1-m2-m3)c2 (2)(2m1-m2-m3)c2 解析　(1)核反应方程为H+H→He+n 核聚变前后的质量亏损为Δm=2m1-m2-m3 根据爱因斯坦质能方程得,释放的能量为 ΔE=Δmc2=(2m1-m2-m3)c2。 (2)质量为M的氘所含氘核数为N= 完全聚变为He所释放的能量为E=(2m1-m2-m3)c2 相当于完全燃烧m=(2m1-m2-m3)c2的煤放出的能量。 9.ABC　粒子都有自己的反粒子,对于带电粒子来说,反粒子与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量,但电荷的符号相反,故A正确;根据粒子与各种相互作用的关系,粒子大体可被分为规范玻色子、轻子和强子,质子属于强子,光子属于规范玻色子,故B、C正确,D错误。 10.ABD　强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子,A正确;轻子是不参与强相互作用的粒子,电子是最早发现的轻子,B正确;胶子是负责在两个夸克之间传递强作用力的基本粒子,类似光子负责在两个带电粒子之间传递电磁力一般,胶子无质量,胶子属于规范玻色子,C错误;粒子之间的基本相互作用是通过交换某种粒子来传递的,即基本相互作用都是由媒介粒子传递的,这类媒介粒子统称为规范玻色子,即微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用的,D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $