第5章 第4～5节 核裂变 核聚变 粒子物理学发展概况-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

pi p吃 E,则有ptp=0,B1=6m,Ba2m E1+E2=2Eo+AE,解 Ex=1.04 MeV,Ev2 =3.12 MeV. 第4~5节核裂变核聚变粒子物理学发展概况 白题基础过关练 1.D解析：A.两轻核反应生成中等质量的核，属于轻核聚变 故A错误；B.氨核轰击铝核，产生磷的同位素，属于一种人 工核转变，故B错误；C.反应物只有一个，生成物有氢核，属 于α衰变，故C错误：D.用中子轰击铀核，生成两中等核和 中子，构成链式反应，属于核裂变反应，故D正确.故选D. 2.B解析：重核裂变时放出中子，中子再轰击其他重核发生 新的重核裂变，形成链式反应，B项正确. 3.ACD解析：A.根据核反应遵循质量数和电荷数守恒，可知 产生的新核为X,其质子数为54个，中子数为132-54= 78个，故A正确：B.X是中等质量的核，平均结合能大且稳 定，故B错误：C.根据爱因斯坦质能方程△E=△mc2,可知释 放的核能与质量亏损成正比，故C正确：D.该核反应属于链 式反应，每次生成的中子会使新铀核连续不断地发生裂 变，故D正确.故选ACD. 4.CD解析：A.核反应方程为：U+n→Ba+Kr+3n, 故A错误；B.14Ba的比结合能比U大，但结合能小，故 B错误：C.发生链式反应的条件是轴块的体积不小于临界 体积，故C正确；D.产生的电能E=2×N,×200MeV=9.6× 102J,故D正确.故选CD. 5.C解析：目前人类能控制缓慢释放能量的核能只有核裂 变，故核电站均采用受控热核裂变释放的能量，故选C. 6.C解析：A核潜艇的核反应属于重核裂变，不是热核反应， 故A错误：B.根据链式反应的条件铀块体积必须达到临界体 积，有中子通过时，才能发生链式反应，可知原子弹中铀或钚 的质量不能小于临界质量，故B错误；C.核潜艇的核反应堆 是利用镉棒控制慢中子的个数来控制核反应速度，故C正 确；D.核聚变和核裂变大部分是放出核能，大部分的人工核 反应是吸收能量，故D错误故选C. 7.A解析：A.在该核反应中，会释放出大量的能量，因为比结 合能越大，原子核越稳定，可知铀核的比结合能比钡核的 小，A正确；B.该反应为重核裂变反应，不是热核反应，B错 误：C.要使裂变反应更激烈一些，应使镉棒插入浅一些，让 它少吸收一些中子，可增大链式反应的速度，C错误；D.铀 核的半衰期与环境温度无关，因此铀核的半衰期不会受到环 境温度的影响，D错误故选A. 8.B解析：AB.因参与核反应的核子质量未知，所以在一次聚 变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子 释放的能量一定比裂变大，故A错误，B正确；CD.聚变反应 中释放出巨大能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故 CD错误.故选B. 9.A解析：A.核聚变没有放射性污染，安全、清洁，故A正确： B.只有原子序数小的“轻”核才能发生聚变，故B错误； CD.轻核聚变成质量较大的原子核，比结合能增加，但总质 量减小，故CD错误故选A. 10.A解析：核聚变反应是两轻核反应变成中等质量的核 A.H+H一→He+0n,是轻核聚变，故A正确；B.U→ 4Th+He,此核反应反应物只有一个原子核且生成物有氦 核，属于a衰变，故B错误：C.2U+n→aBa+0Kr+3n,此 反应中反应物和生成物都有中子，构成链式反应，且生成物 参考答案与解析 至少有两个中等质量的核，故属于重核裂变，故C错误； D.He+召Al→碧P+。n,此反应是用氦核轰击铝核生成了磷 的同位素，是人工核转变，故D错误.故选A 11.C解析：A.根据核反应过程中的质量数守恒可得，该聚变 的核反应方程为4H一→He+2e,生成物中是正电子，不是 电子，A错误；B.该聚变反应需要在高温高压条件下发生， 所以常温下不容易发生，B错误；C.根据爱因斯坦的质能方 △E 程，可得太阳每秒钟减少的质量为△m= ≈4.4×10kg, C正确；D.目前核电站采用的核燃料是铀核，利用铀核的 裂变反应过程中释放的核能，D错误.故选C 12.D解析：由于中子、质子是由不同的夸克组成的，它们不 再是基本粒子，夸克模型是探究强子结构的理论，不同夸克 构成强子，有的强子带电，有的不带电，不同夸克带电不同， 可能为+2。 子。或了，说明电子电有不再是电荷的最小单 位.故选D. 13.ABD解析：A.强子是参与强相互作用的粒子，质子是最 早发现的强子，故A正确：B.轻子是不参与强相互作用的 粒子，电子是最早发现的轻子，故B正确：C.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，可知胶子 不是轻子，故C错误：D.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，故D正确.故选ABD. 14.D解析：氢原子由质子和电子组成，它们的反粒子分别是 带负电荷的反质子和一个带正电荷的正电子，故选D. 黑题应用提优练 1.C解析：A.根据质量数与电荷数守恒，X,的质量数与电荷 数分别为235+1-95-138 1.92-38-54 3 3 =0,则X1是n,该反 应是核裂变，A错误；B.根据质量数与电荷数守恒，X2的质 量数与电荷数分别为3+1-2=2,2-1=1，则X,是H,该反应 是核聚变，B错误：C.根据质量数与电荷数守恒，X,的质量 数与电荷数分别为24+4-27=1,12+2-13=1，则X3是H,该 反应是人工核转变，C正确；D.根据质量数与电荷数守恒， X的质量数与电荷数分别为238-234=4,92-90=2，则X 是gHe,该反应是a衰变，D错误故选C. 2.B解析：A.该核反应属于核裂变反应，不属于核聚变反应， 故A错误：B.核裂变过程，由于核力做正功释放核能，因 此Ba核的比结合能比U核的比结合能要大，故B正确； C.核裂变反应需要浓缩铀和慢中子，故C错误：D.中子从铀 块中通过时，必须是慢中子，且轴块的体积必须超过临界体 积，才能发生链式反应，故D错误故选B. 3.D解析：A.由电荷数守恒和质量数守恒可知，X的质量数 为A=2+2-3=1,核电荷数为Z=1+1-2=0,可知X为中 子n,核反应①、②为聚变反应，又称热核反应，A错误；B.由 核反应方程②可知，由于该核反应释放出核能，所以生成物 比反应物更稳定，比结合能也更大，即He的比结合能比He 的比结合能小，B错误：C.由质能方程△E=△mc2,可知，反应 式①中有核能放出，一定有质量亏损，因此方程①中：反应前 后原子核总质量不相等，C错误；D.方程②中，每个3He含有 三个核子，因此每个核子平均释放的能量为E= 黑白题25 3+3MeV≈214MeV,即核子平均释放的能量约为 12.86 2.14MeV,D正确.故选D. 4.B解析：由质子带一个单位正电荷，中子不带电，设质子中 u夸克，d夸克个数分别是y取正整数，则x行y× (）=e,解得x=2y=1:设中子中u夸克d夸克个数分 别是，m取正整数，则a×号+n以（号）=0，解得网 1、n=2,故选B. 压轴挑战 5.D解析：A.该核反应释放能量，生成的，He更稳定，因 此He的比结合能比H的大，故A错误；B.结合核反应过程 中电荷数守恒可得a+b=2d,即a=2d-b,故B错误：CD.由 质能方程得t时间内“人造太阳”释放的能量为E=△mc2,并 非一次聚变释放的能量，以“人造太阳”的中心为球心，L为 n,单个接收 半径的球面上，单位面积接收到的能量为E=, 装置接收到的能量为E。=Eπ2，则单个接收装置的功率为 4,故C错误，D正确故选D, _E_△mc22 P=- 本章达标检测 白题单元达标测 1.A解析：A.贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核 有复杂结构，选项A正确：B.麦克斯韦预言电磁波的存在， 赫兹通过一系列实验证实了关于光的电磁理论，选项B错 误；C.查德威克用粒子轰击铍核，产生中子和碳12原子 核，选项C错误；D.卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究， 提出了原子核式结构模型，选项D错误.故选A 2.A解析：A根据半衰期公式N=N(2) 1） ,根据题意可得 4,解得1=27=2x5730年=1460年，A正确：B.B衰 N 1 变的实质是碳原子核中的一个中子转化为一个质子和一个 电子，B错误：C.文物所在环境温度升高不影响4C的衰变 速度，C错误；D.碳元素4C自发地进行衰变，衰变过程放出 能量，D错误故选A. 3.A解析：A.由核衰变前后的电荷数与质量数守恒可得，X 的电荷数为15-14=1，X的质量数为30-30=0，则X是正电 子9e,故A正确；B.比结核能越大，原子核越稳定，核反应之 后，新原子核更稳定，所以0P的结合能小于0Si的结合能， 故B错误：C.衰变过程产生的y光子是从不稳定的新核中 放出的，不是0P核释放的，是由衰变形成的和Si核释放的， 故C错误；D.Y射线是电磁波，Y射线在真空中的速度等于 光速，故D错误故选A. 4.C解析：AB.从曲线上分析，He核的比结合能约为 7MeV,H核的比结合能约为1MeV,则两个H核结合 成He核时释放能量为△E=4×7MeV-2×2×1MeV= 24MeV,AB错误；C.根据核反应的质量数和电荷数守恒可 知，5U裂变成8Kr和Ba的方程为U+n→Ba+8Kr+ 3n,C正确；D.从曲线上分析，U的比结合能小于1%Ba的 比结合能，但是5U的结合能大于Ba的结合能，D错误故 选C. 选择性必修第三册·JK 5.(1)1H+26n→H(2)7.97MeV2.66MeV(3)9.6× 1020Hz 解析：(1)核反应方程式是H+2→H(2)反应前各核子总 质量为m,+2mn=1007277u+2×1.008665u=3.024607u, 反应后新核的质量为mH=3.016050u.质量亏损为△m= 3.024607u-3.016050u=0.008557u,释放的核能为△E △mc2=△m×931.5MeV=0.008557×931.5MeV≈7.97MeV, 氩核的结合能即为△E=7.97McV,它的比结合能为A 2.66MeV.(3)由题意可知△E=2hw,放出光子的频率为v= E_7.97×106×1.6×1019 2h 2×6.63×1034 -Hz=9.6×1020Hz. 真题体验第五章原子核与基本粒子 黑题高考真题练 1.D解析：根据核反应满足质量数和电荷数守恒可知，Y是α 粒子(He),三种射线的穿透能力，y射线最强，a射线最弱； 三种射线的电离能力，α射线最强，Y射线最弱故选D. 2.D解析：设Y的电荷数和质量数分别为m和n,根据核反 应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的电荷 数和质量数满足A+14=n+17,Z+7=m+8,第二个核反应方 程的电荷数和质量数满足n+7=2A,m+3=2Z,联立解得 Z=2,A=4,故选D. 3.C解析：设两种放射性元素的原子核数分别为N1、N2,对应 的半衰期分别为o、2o,则N1+N2=N,经过t=2t后，尚未衰 变的原子核总数号=（分）x+(兮)，解得：= V,N=了N,设经过t=4。后，尚未衰变的原子核总数为 X,则X=(分）广N+(行)）N,联立解得：x= 8,故c正 确，ABD错误；故选C. 4C折：尚图可阳从二：号到吧寸的好套变了一单，极 据半衰期的定义可知半衰期为T=182.4d-67.3d=115.1d, 故选C. 5.C解析：A.根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为 Pu→U+He,即衰变方程中的X=234,故A错误；B.2He 是α粒子，穿透能力比Y射线弱，故B错误；C.比结合能越 大越稳定，由于28Pu衰变成了2U,故U比Pu稳定， 即Pu比数U的比结合能小，故C正确；D.半衰期由原子核 本身决定的，与温度等外部因素无关，故D错误故选C. 6.D解析：AB.根据电荷数守恒可知，X的电荷量为1，根据质 量数守恒可知，X的质量数为1，则X表示质子H,故AB错 误；CD.这个核反应中释放的核能为：E=(m1+m2-m3)c2,故 C错误，D正确：故选D. 7.CD解析：A.目前核电站均利用铀核裂变释放的能量发电， 故A错误；B.秦山核电站30年累计发电约6.9×101kW·h, 根据爱因斯坦质能方程得△m=￡-6.9x10"x3.6x10 2 kg= (3×108)2 276kg,核反应产生的能量不能完全转化为电能，故质量亏 损比27.6kg更多，故B错误：C铀核裂变可通过反应堆中的 镉棒控制链式反应速度，故C正确：D.用一个中子轰击轴核， 产生3个中子，铀核裂变方程式为：U+n→%Ba+gKr+3n, 其中核反应方程两端的中子不能约去，故D正确.故选CD. 黑白题26第4~5节 核裂变 核聚 白题基础过关练 题型1核裂变 1.作为一项新能源，人类利用核能，目前都是通 过可控制的核裂变反应实现的.下列反应中属 于核裂变反应的是 ( A.2H+3H→He+0n B.2He+3Al-→P+n C.23%Th→29Ra+2He D.2U+onBa+3Kr+3on 2.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.B粒子 D.粒子 3.(2023·重庆临江中学期初)（多选）核潜艇是 以核反应堆为动力来源的潜艇，其中一种核 反应方程为2U+0n→X+4Sr+100n,下列说法 正确的是 A.X有54个质子，78个中子 B.X的平均结合能比铀核的小 C.释放的核能与质量亏损成正比 D.该核反应属于链式反应，每次生成的，n会 使新铀核连续不断地发生裂变 4.（2023·吉林延边一中期末)（多选）23U受中 子轰击时会发生裂变，产生14Ba和Kr,同时 放出能量，已知每个铀核裂变时释放的能量 约为200MeV(1eV=1.6×10-1J),阿伏伽德 罗常数取N4=6.0×1023mol-1.则下列说法中正 确的是 A.核反应方程为：25U→14Ba+Kr+2n B.%Ba的结合能比2U的结合能大 C.只有铀块的体积不小于临界体积时才能发 生链式反应 第五章 变粒子物理学发展概况 限时：20min D.若有1mol的铀发生核反应，且核裂变释放 的能量一半转化为电能，则产生的电能约 为9.6×102J 题型2反应堆与核电站 5.目前核电站利用的是 A.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.轻核聚变放出的能量 6.(2023·河南许昌模拟)工程院院士黄旭华为 核潜艇研制和跨越式发展作出了巨大贡献， 下列说法正确的是 () A.核潜艇的核反应也叫热核反应 B.原子弹中铀或钚的质量可小于临界质量 C.核潜艇的核反应堆是利用镉棒控制核反应 速度 D.核聚变和核裂变都能放出核能，故一切核 反应都应放出核能 7.（2023·广东德庆期中)如图所示为核反应堆 的示意图，铀棒是核燃料，其中一种反应方程 为U+n→1%Ba+Kr+3n,则下列说法正确 的是 () 镉棒 慢化剂 铀棒 水泥防护层 A.铀核的比结合能比钡核的小 B.该反应为热核反应 C.镉棒插入深一些可增大链式反应的速度 D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响 黑白题67 题型3核聚变 8.关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是 ( A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的 能量多 B.聚变反应平均每个核子释放的能量一定比 裂变反应大 C.聚变反应中粒子的比结合能变小 D.聚变反应中形成质量较大的核，故反应后 质量增大 9.(2023·黑龙江虎林中学期初)我国核聚变反 应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重 大突破，等离子体中心电子温度首次达到 1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠 定了重要的技术基础.下列关于聚变的说法 正确的是 ( A.核聚变比核裂变更为安全、清洁 B.任何两个原子核都可以发生聚变 C.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较 聚变前增加 D.两个轻核结合成质量较大的核，核子的比 结合能减少 10.(2023·北京二中期末)2020年12月4日， 新一代“人造太阳”装置一中国环流器二 号M装置(HL-2M)在成都建成并首次实现 利用核聚变放电.下列方程中，正确的核聚变 反应方程是 A.H+H→He+n B.2级U-→26Th+He C.23U+n→5Ba+8Kr+36n D.4He+3Al一→P+n 选择性必修第三册·JK 11.（2022·北京师大附中三模)太阳能源于太 阳内部的聚变反应，太阳质量也随之不断减 少.设每次聚变反应可看作4个氢核结合成1 个氦核，太阳每秒钟辐射的能量约为4.0× 1026J.下列说法正确的是 () A.该聚变的核反应方程是4H→He+2e B.聚变反应在常温下也容易发生 C.太阳每秒钟减少的质量约4.4×10°kg D.目前核电站采用的核燃料主要是氢核 题型4“基本”粒子 12.关于粒子，下列说法正确的是 ) A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分 的基本粒子 B.强子都是带电粒子 C.夸克模型是探究各类粒子结构的理论 D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最 小单位 13.(2023·上海静安期末)（多选）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 14.科学家已经成功制造出反氢原子，这是人类 探索反物质的一大进步.你推测组成反氢原 子的两个粒子是 ) A.带正电荷的质子和带负电荷的电子 B.带负电荷的反质子和不带电荷的中子 C.不带电荷的中子和带负电荷的电子 D.带负电荷的反质子与带正电荷的正电子 黑白题68 黑题应用提优练 1.（2023·江苏常州高级中学质检)有四个核反 应方程如下，下列说法正确的是 ①2U+0n→8Sr+13Xe+3X ②H+X2→3He+0n ③沿Mg+He→名A1+X3 ④28U-→236Th+X4 A.①是核聚变，X1是n B.②是核裂变，X2是H C.③是原子核的人工转变，X,是H D.④是核裂变，X4是He 2.（(2023·广东茂名联考)我国自主研发的“玲 珑一号”是全球首个陆上商用小型核反应堆 “玲珑一号”的体积小，高仅十四米、宽十米， 但功率强，电功率达到了一百二十七兆瓦，未 来或将应用于我国的核动力航母.“玲珑 号”中核反应方程主要是U+n→%Ba+ 8Kr+3n+y,下列说法正确的是 () A.该核反应属于核聚变反应，需要较高温度 才能反应 B.U核的比结合能小于1%Ba核的比结合能 C.该核反应需要浓缩铀和快中子 D.中子轰击2U,一定能发生链式反应 3.（2023·湖南怀化二模)中国“嫦娥五号”在月 球采集的约2公斤月壤中含有地球上鲜有 的He,3He是地球上很难得到的清洁、安全和 高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完 美能源”.有关He聚变的核反应方程如下： ①2H+H→3He+X+3.3MeV,②3He+ 3He→2He+2Y+12.86MeV,则 () A.X为质子，核反应①、②又称热核反应 B.He的比结合能比He的比结合能大 C.方程①中：反应前后原子核总质量相等 D.方程②中：核子平均释放的能量约为214MeV 4.(2024·浙江师大附外质检)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 第五章 限时：l5min 两类夸克组成，u夸克带电量为 ,d夸克带 电量为-号，©为基本电荷，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 压轴挑战 5.（2023·陕西西安一 球面能量 接收装置 模)2021年5月 人造太阳 28日，我国“人造太 阳”打破世界纪录， 成功实现1.2亿摄 氏度运行101秒.其结构如图所示，在“人造 太阳”周围，距“人造太阳”中心L处有半径 均为r的球面形状（可近似为圆形）能量接 收装置，“人造太阳”内部发生的氘-氚聚变 的核反应方程为aH+bH→dHe+e0n,释放 出的能量都转化为原子核的动能，最终被 能量接收装置吸收并输出，经时间t测得反 应物的质量减少了△m,记光速为c.则下列 说法正确的是 ( A.He的比结合能比H的小 B.方程中未知量满足a=2d+b C.一次氘-氘聚变释放的能量为△mc2 D.单个接收装置对外输出功率p-△nm ALt 进阶突破拔高练P14 黑白题69