第5章 第4～5节 核裂变与核聚变基本粒子-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

3.C解析：A.由图像可知，原子核质量数比较小时，随着原子 核质量数的增加，原子核的比结合能增大，质量数比较大时： 随着质量数增加，原子核的比结合能减小，A错误；B.原子 核的比结合能越大，原子核越稳定，K核的比结合能比 1Ba大，因此Kr比Ba更稳定，B错误；C.把160分成8个 中子和8个质子需要吸收的能量为△E=16×8MeV= 128MeV,把2个质子与2个中子组合成一个氦核需要释放 的能量为△E=28MeV,所以把0分成4个4He要吸收的 能量约为△E吸=△E-4AE=16MeV,C正确；D.把0分成 8个质子和8个中子需要吸收约128M®V的能量，把0分 成4个He需要吸收约16MeV的能量，所以把0分成8个 质子和8个中子比把i0分成4个He要多吸收约112MeV 的能量，D错误故选C. 压轴挑战 4.(1)H+H-→3He+0n(2)3.26MeV(3)1.04MeV 3.12 MeV 解析：(1)核反应方程为H+H→He+;(2)设核反应的质 量亏损为△m,则有△m=2.0136u×2-(3.0150+1.0087)u= 0.0035u,解得△E≈3.26MeV;(3)设核反应后He核和中 子的质量分别为3m、m,动量分别为p1P2,动能分别为E1、 Ee,则有ptp,=0,B=6m,Be2nm 1+E2=2Eo+△E,解 Ex =1.04 MeV,Ev2=3.12 MeV. 第4~5节核裂变与核聚变 “基本”粒子 白题基础过关 1.D2.B3.A 4.C解析：A.由核电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中 子，由质量数守恒知y=3,故A正确，不符合题意；B.由质能 方程△E=△m2,结合释放的核能，那么核反应过程中的质量 亏损△m- E ,故B正确，不符合题意：C.根据比结合能的曲 线图： 比结合能/MeV 160 器Kr Ba 4L 2 H 01 102050100150200250质量数 可知三种比结合能的大小关系为E2>E,>E,故C错误，符合 题意；D.依据一个原子核中每个粒子结合能的平均值为比 结合能，因U的比结合能为E1,%K的比结合能为E2, 6Ba的比结合能为E,那么核裂变释放核能约为E=141E3+ 92E2-235E1,故D正确，不符合题意.故选C. 5.C6.C7.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.B解析：A.核反应前后不满足质量数、电荷数守恒，故A错 误：B.核反应前后质量数、电荷数均守恒，故B正确：C.不符 参考答案与解析 合核反应的书写方式，故C错误：D.根据质量数守恒和电荷 数守恒可知，该核反应方程为He+H→He+H,故D错误 故选B. 10.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+4He+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 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 11.C解析：A.根据质量数与电荷数守恒有2+3-4=1,1+ 1-2=0可知，X是中子，故A错误；B.目前的核电站是利用 重核裂变，即大亚湾核电站不是利用此核反应发电，是利用 重核裂变反应发电，故B错误：C.根据质能方程，该核反应 所释放的核能为△E=△mc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故C正 确：D.核聚变过程释放能量，生成核比反应核更加稳定，原 子核越稳定，比结合能越大，可知，H、3H的比结合能小于 He的比结合能，故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+子©或-号，说明电子电荷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带正电荷的正电子，故选D. 黑题应用提优 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+1-95-138-1,2-38-54=0，则X是，该反 应是核裂变，A错误：B.根据质量数与电荷数守恒，X,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， X4的质量数与电荷数分别为238-234=4,92-90=2，则X4 是He,该反应是a衰变，D错误故选C. 2.C解析：A.H+H→4He+e该核反应方程不满足电荷数 守恒，故A错误；B.H+H→He+H该核反应方程不满足 电荷数守恒，故B错误：C.n+Li→He+H该核反应方程满 足质量数和电荷数守恒，故C正确：D.n+Li→3H该核反 应方程不满足质量数守恒，故D错误.故选C. 3.B解析：A.重核裂变反应生成的中子被称为快中子， 故A错误；B.生成物的比结合能大于反应物的比结合能，故 裂变反应产物Kr的比结合能比U大，故B正确：C.核反 黑白题29 应方程应表现为中子轰击铀核，故不可简化，故C错误： D.核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，可以减慢中 子的速度；控制镉棒的插入深度来控制链式反应速率，故 D错误故选B. 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x,y取正整数，则x×号+y× (号)=6，解得x=2y=1:设中子中u夸克，d夸克个数分 别是mn,mn取正整数则mx号nx(号）0，解得m 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 半径的球面上，单位面积接收到的能量为E= 品单个接收 装置接收到的能量为E。=Eπ，则单个接收装置的功率为 p=EoAmer 6=4:,故C错误，D正确故选D. 第五章章末检测 1.A 2.C解析：A.根据核电荷数守恒和质量数守恒，得到X的电 荷数为3-2=1，质量数为1+6-4=3，则X为氚核，即H, 故A错误；B.y光子的能量E=h无，不等于该核反应释放 的核能，故B错误：C.根据结合能的意义，得到反应放出核 能△E=4E,+3E,-6E,故C正确：D.根据质能方程，△E= △mc2,可得质量亏损为△m= 4B,+3E-6B,故D错误故 c2 选C. 3.D解析：A.根据质量数守恒和电荷数守恒可知9Sr衰变 为9Y时产生电子，即B粒子，故A错误；B.根据质量数守恒 和电荷数守恒可知8Pu衰变为U时产生He,即a粒子， 故B错误：CD.根据题意可知28Pu的半衰期大于Sr的半衰 期，现用相同数目的0Sr和8Pu各做一块核电池，经过相同 的时间，如Sr经过的半衰期的次数多，所以如Sr数目小于 8Pu的数目，故D正确，C错误故选D. 4.C解析：AB.从曲线上分析，9He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核时释放能量约为△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，2U裂变成82Kr和l4Ba的方程为U+n→4Ba+Kr+ 3n,C正确；D.从曲线上分析，U的比结合能小于1Ba的 比结合能，但是5U的结合能大于14Ba的结合能，D错误故 选C. 5.(1)H+2。n→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 选择性必修第三册·RJ 质量为m。+2mn=1.007277u+2×1.008665u=3.024607u, 反应后新核的质量为m1=3.016050u.质量亏损为△m= 3.024607u-3.016050u=0.008557u,释放的核能为△E= △mc2=△mx931.5MeV=0.008557×931.5MeV≈7.97MeV, 氟核的结合能即为△E=7.97MeV,它的比结合能为、 3 2.66MeV.(3)由题意可知△E=2hw,放出光子的频率为v= △E_7.97×10×1.6×10-9 2h 2×6.63×10-4 —Hz≈9.6×1020Hz. 第五章真题演练 黑题真题体验 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.B解析：由质量数和电荷数守恒可得10+1=a+4,5+0=3+ b,解得a=7,b=2,故选B. 3.C解析：饿-160经过1次a衰变后产生的新核素质量数为 156,质子数为74，钨-156经过1次B*衰变后质量数为156 质子数为73，可知两新核素衰变后的新核有相同的质量数 故选C. 4C解析：由图可知从C是到%，恰好衰变了一半，根 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 28Pu→2U+He,即衰变方程中的x=234,故A错误；B.He 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8Pu稳定， 即8Pu比U的比结合能小，故C正确；D.半衰期由原子核 本身决定，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E=(m1+m2-m3)c2,故 C错误，D正确：故选D. 7.D解析：A.核反应方程式为H+3H一→He+n,故A错误； B.氘核的比结合能比氦核的小，故B错误；C.氘核与氚核发 生核聚变，要使它们间的距离达到10~5m以内，故C错误； D.一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损△m=（2.0141+ 3.0161-4.0026-1.0087)u=0.0189u,聚变反应释放的能 量是△E=△m·931.5MeV≈17.6MeV,4g氘完全参与聚变 释放出能量E=2×6x10×4E=211×10Mev,数量级为 1025MeV,故D正确.故选D. 全书综合检测 1.C2.B3.D 4.C解析：由图甲可知，温度为T,的图线中速率大的分子占 据的比例较大，则说明其对应的平均动能较大，故T2对应的 温度较高，故T<T,由图乙可以看出，随着温度的升高，各种 波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长较短方 向移动，所以有T1>T2故选C. 黑白题30第4~5节 核裂变与 白题基础过美 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.H+3H→He+0n B.2He+3Al-→8P+n C.234Th-→2a9Ra+He D.U+onBa+Kr+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.a粒子 3.(2024·北京十一学校月考)如图所示，某次 铀核裂变反应式为3U+n→6Ba+2Kr+3n, 反应产生的中子可能击中其他铀原子核从而 引发链式反应，用mu、ma、mk,分别表示 U、1%Ba、gKr核的质量，c为真空中的光速， 下列说法正确的是 铀-235原子核 中 A.链式反应若能发生，铀原料的体积必须大 于临界体积 B.裂变产物gBa的比结合能小于U的比结 合能 C.该核反应过程中质量有所增加 D.该核反应中放出的核能为(mu-ma mgr)c2 4.(2024·山东聊城期末)核动力航母利用可控 制核裂变释放的核能获得动力，核反应方程 为：n+25U→16Ba+站Kr+yX.已知光在真空中 选择性必修第三册·R 核聚变“基本”粒子 限时：20min 速度为c,3U比结合能为E1,%Kr的比结合 能为E2,6Ba的比结合能为E?,反应过程中 释放的核能为E.下列说法错误的是() A.X为中子，y=3 B反应过程中质量亏损为气 C.三种比结合能的大小关系为E>E2>E3 D.此核裂变释放核能约为E=141E3+ 92E2-235E 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.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.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→%Ba+ %Kr+3n,则下列说法正确的是 () 镉棒 慢化剂 铀棒 水泥防护层 黑白题76 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 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.嫦娥六号实现了人类首次在月球背面采集月 壤，月壤中含有丰富的氦-3(3He),它是一种 清洁、安全和高效的核聚变发电燃料.氦-3参 与的核反应能够释放出巨大的能量，同时又 不产生具有放射性的中子，下列关于氦-3参 与的核反应中正确的是 A.3He+He→He+H B.3He+H→He+H C.3He+3He→22He-20n D.3He+2H→4He+n 10.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+29e 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 11.(2024·广东广州期末)我国研制新一代可 控核聚变研究装置“中国环流器二号M” 第五章黑 (又被称为“人造太阳”)》 2020年12月4日在成都 建成并实现首次发电.其所 发生的可控核聚变方程 是H+H→He+X,已知H、3H、4He和X的 质量分别为m1、m2、m和m4,真空中的光速 为c.下列说法正确的是 A.X是电子 B.大亚湾核电站就是利用此核反应发电 C.该核反应所释放的核能为△E=(m1+ m2-m3-m4)c2 D.H、H的比结合能大于He的比结合能 领型4“基本”粒子 2.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 3.（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 4. 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 白题77 黑题应用提优 限时：l5mim 1.四个核反应方程如下，说法正确的是( D.核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通 ①235U+n-→38Sr+18Xe+3X1 水，可以减慢链式反应 ②H+X2→3He+n 4.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为山夸 ③2沿Mg+He→名Al+X, 克和d夸克的两类夸克组成，u夸克带电量 ④2U-→26Th+X4 为号，d令克带电址为-号e为基本电荷，下 A.①是核聚变，X是n B.②是核裂变，X2是H 列论断可能正确的是 ( C.③是原子核的人工转变，X,是H A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中 D.④是核裂变，X,是He 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 2.地球上并不存在天然氚，氚的供应成为实现受 控氘氚聚变反应所必须解决的重要挑战之一， 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 为此，利用高能中子与ⅵ的氚增殖反应可以 实现氚的循环利用，过程如图所示.下列相关 由2个u夸克和1个d夸克组成 的核反应方程中正确的是 D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中 提取、回收 子由1个u夸克和1个d夸克组成 压轴挑战 5.我国“人造太阳”结 球面能量 。中子 接收装置 ○质子 构如图所示，在“人 氘氘反应Q 人造太阳 氚增殖反应 幻参与反应 造太阳”周围，距“人 今反应产生 造太阳”中心L处有 氘 理 (D) (He) (Li) 半径均为r的球面 收集 氦灰 形状（可近似为圆形）能量接收装置，“人造 A.H+H→4He+9e B.H+H→He+H 太阳”内部发生的氘-氚聚变的核反应方程 C.on+SLiHe+H D.on+SLi-33H 为aH+bH→dHe+en,释放出的能量都 3.在核电站中，只要“烧”掉一支铅笔那么多的 转化为原子核的动能，最终被能量接收装 核燃料，释放的能量就相当于10t标准煤完 置吸收并输出，经时间t测得反应物的质量 全燃烧放出的热.一座百万千瓦级的核电站， 减少了△m,记光速为c.则下列说法正确的是 每年只消耗30t左右的浓缩铀，而同样功率 的火电站，每年要烧煤2.5×10t.关于重核裂 变反应U+n→%Ba+%Kr+3n,下列说法正 A.He的比结合能比H的小 确的是 B.方程中未知量满足a=2d+b ( A.重核裂变反应生成的中子被称为热中子 C.一次氘-氚聚变释放的能量为△mc2 B.裂变反应产物Kr的比结合能比2U大 D.单个接收装置对外输出功率P= mc2r2 C.该核反应方程也可简略写为U→6Ba+ 4Lt Kr+2on 进阶突破拔高练P16 选择性必修第三册·RJ黑白题78