5.4.核裂变与核聚变 5.5 “基本”粒子（重难点）-2025-2026学年高二物理同步课堂（人教版选择性必修第三册）

本讲义聚焦核裂变、核聚变及“基本”粒子三大核心知识点，系统梳理核裂变的链式反应与核电站原理，核聚变的条件及应用，“基本”粒子的发现与分类，构建从能量释放到微观结构的递进式学习支架。 该资料通过考点精讲与重点突破结合，对比核裂变与核聚变特点培养科学思维，例题融入“人造太阳”等科技实例渗透科学态度与责任。课中辅助教师系统授课，课后助力学生通过例题巩固，有效查漏补缺。

5.4.核裂变与核聚变 5.5“基本”粒子 精讲考点 考点一 核裂变 1 考点二 核聚变 6 考点三 “基本”粒子 10 考点一 核裂变 考点精讲 1．核裂变：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。 2．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U＋n Ba＋Kr＋3n。 3．链式反应 中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的链式反应。 4．临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 5．核裂变的能量：重核裂变为中等质量的原子核、发生质量亏损，所以放出能量。 如果一个铀235核裂变时释放的能量按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的化学能。 6．核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它的主要组成部分： 核电站的核心设施是核反应堆 ，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下： 部件名称 慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层 采用的 材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液态钠 很厚的水泥外壳 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 7．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，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨、重水或普通水为慢化剂，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，慢化剂附在铀棒周围。 反应堆示意图 (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，用于推动蒸汽机，使发电机发电。 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。 8．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。 (3)对环境的污染要比火力发电小。 【重点突破】 1.铀核的裂变 (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式。 (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2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能。 (3)常见的裂变方程： ①U＋n―→Xe＋Sr＋2n。 ②U＋n―→Ba＋Kr＋3n。 2．链式反应的条件 (1)要有足够浓度的235U。 (2)要有足够数量的慢中子。 (3)铀块的体积要大于临界体积。 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全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。 【例1】在一次核裂变反应中，铀核变成了氙核和锶核，同时放出了若干中子，这个过程是链式反应的一个环节。已知铀核的平均结合能为7.6MeV，氙核的平均结合能为8.4MeV，锶核的平均结合能为8.7MeV。下列说法正确的是（　　） A．该核反应释放的能量约为139.4MeV B．该核反应过程违背质量守恒定律 C．铀核分解为其它核子，会释放出能量 D．该核反应方程式为 【答案】A 【详解】A．该核反应释放的能量计算为产物结合能总和减去反应物结合能，即，故A正确； B．核反应过程遵循质能守恒定律，但由于释放了能量，反应过程存在质量亏损，反应前后总静止质量不守恒，故B错误； C．铀核分解为单个核子（质子和中子）需要吸收能量（克服结合能），不会释放能量，故C错误； D．链式反应需中子引发，正确核反应方程式应为，故D错误。 故选A。 【例2】下面列出的是一些核反应方程，针对核反应方程下列说法正确的是（　　） ①        ② ③        ④ A．核反应方程①是重核裂变，X是α粒子 B．核反应方程②是轻核聚变，Y是中子 C．核反应方程③是太阳内部发生的核聚变，K是正电子 D．核反应方程④是衰变方程，M是中子 【答案】B 【详解】A．核反应①是α衰变，不是重核裂变，由守恒规律得X电荷数为2、质量数为4，是α粒子，反应类型判断错误，故A错误； B．核反应②是轻核聚变，由守恒规律得Y电荷数为0、质量数为1，即Y是中子，故B正确； C．太阳内部核聚变以氢核聚变为核心，反应③属于人工核反应；由守恒规律得K电荷数为0、质量数为1，是中子，不是正电子，故C错误； D．核反应④是重核裂变方程，不是衰变方程，由守恒规律得M的电荷数为0、质量数为1，是中子，反应类型判断错误，故D错误。 故选B。 【例3】山东海阳核电站是中国大型商用核电站，反应堆中所用到的铀-235是一种放射性同位素，反应堆中核反应的方程为，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程中X为中子 B．该核反应为核聚变反应 C．该核反应过程中没有质量亏损 D．经过一个半衰期，10个放射性铀-235原子核一定剩下5个 【答案】A 【详解】A．根据质量数守恒，有 解得 电荷数守恒，有 解得，故X为中子，故A正确； B．该反应为铀-235吸收中子后分裂为钡和氪等中等质量核，属于核裂变反应，而非轻核结合的核聚变反应，故B错误； C．核裂变释放大量能量，根据爱因斯坦质能方程，能量释放对应质量亏损，故C错误； D．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核无法确定衰变后剩余确切个数，只能描述概率行为，故D错误。 故选A。 【例4】第四代核电技术之一的钍基熔盐堆核电，经一系列反应生成。随后通过核反应释放能量。则下列正确的是（　　） A．该核反应为聚变反应 B．该核反应方程前后粒子的总质量不变 C．比结合能比小 D．将加温加压，其半衰期会变短 【答案】C 【详解】A．该核反应为重核裂变反应，A错误； B．该核反应方程前后因放出核能，则有质量亏损，B错误； C．因反应后放出核能，生成物更加稳定，则生成物的比结合能更大，则比结合能比小，C正确； D．半衰期由内部因素决定，与外界条件无关，则将加温加压，其半衰期不变，D错误。 故选C。 【例5】我国自主研发的“华龙一号”核电机组采用铀核（）裂变发电，典型裂变反应之一为。已知是天然放射性元素，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中的为粒子 B．反应后核子的平均质量减小 C．的比结合能小于的比结合能 D．太阳内部发生的核反应是核裂变反应 【答案】B 【详解】A．核反应遵循质量数和电荷数守恒，可知反应产物的质量数为 电荷数 可知核反应方程中的为中子，故A错误； B．核裂变过程存在质量亏损，释放能量。反应前后核子总数不变，但反应后总质量减小，因此核子的平均质量减小，故B正确； C．该反应会释放能量，使得反应产物处于更稳定状态，可知的比结合能大于的比结合能，故C错误； D．太阳内部通过氢核聚变释放能量，而非核裂变，故D错误。 故选B。 考点二 核聚变 考点精讲 1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 2．核反应方程(举例)：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 3．条件：使轻核的距离达到10－15 m以内。 方法：需要加热到很高的温度，因此核聚变又叫热核反应。 4．宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能。 5．人工热核反应的应用——氢弹 原理：首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 6．核聚变与核裂变的比较 (1)优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘储量丰富，而氚可利用锂来制取，足以满足核聚变的需要；③轻核聚变更为安全、清洁。 (2)缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。 科学家提出的解决方案：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环流器。 ②惯性约束：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，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参加反应物质，使它们“挤”在一起发生反应。 【重点突破】 1.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。 2．聚变发生的条件 要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，但是原子核是带正电的，要使它们接近10－15 m就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能。方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温。 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．核聚变的应用 (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。 【例6】2025年3月，我国新一代人造太阳“中国环流三号”实现了原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的“双亿度”突破，是中国科研人员在核聚变研发核心装备领域实现的重大突破。下列核反应方程属于核聚变反应的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．该反应为 ，是铍核与氦核（α粒子）反应生成碳核和中子，属于人工核转变或α粒子轰击反应，并非轻核聚变（因铍核质量数较大），故A错误。 B．该反应为 ，是氮核与氦核反应生成氧核和质子，属于人工核转变反应，反应物氮核质量数较大，不符合轻核聚变特征，故B错误。 C．核聚变是指两个轻原子核结合成一个较重的原子核的过程，典型特征是反应物为轻核（如氢、氦同位素），生成物为较重的核。 该反应为 ，是氘核（）与氚核（）结合生成氦核和中子，属于典型的轻核聚变反应（如太阳或氢弹中的反应），故C正确。 D．该反应为 ，是铀核吸收中子后分裂成锶核和氙核，并释放多个中子，属于重核裂变反应，故D错误。 故选C。 【例7】2026年1月2日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所科研团队宣布，我国重大科学工程有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实验证实托卡马克密度自由区的存在，找到突破密度极限的方法，为磁约束核聚变装置高密度运行提供重要的物理依据。其中我国“人造太阳”主要是将氢的同位素氘或氚的核聚变反应释放的能量用来发电，有一种核聚变反应的方程为。已知氘核的质量为，比结合能为E，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（　　） A．反应产物x为 B．x核的质量为 C．x的比结合能为 D．提升等离子体的密度，在常温常压下也能发生聚变反应 【答案】C 【详解】A．核反应满足电荷数、质量数守恒，左侧总电荷数为1+1=2，总质量数为2+2=4；右侧中子电荷数为0、质量数为1，因此x的电荷数为2，质量数为4-1=3，即x为，故A错误； B．质能方程 又质量亏损 联立得，故B错误； C．原子核结合能=比结合能×核子数，反应前两个氘核总结合能为 设x的比结合能为，反应后x的结合能为，聚变释放的能量等于反应后总结合能与反应前总结合能的差，即 解得，故C正确； D．核聚变需要原子核克服库仑斥力接近到核力作用范围，必须满足高温高压条件，常温常压下即使提升密度也无法发生聚变，故D错误。 故选C。 【例8】氘被称为“未来的天然燃料”，应用聚变反应可获取氘，其中是该反应过程中释放的能量。下列说法正确的是（　　） A．X是电子 B．氘核的结合能为 C．质子和X由于电场力而结合生成氘 D．若将氘核分解为质子和X，则该过程释放的能量也是 【答案】B 【详解】A．根据核反应电荷数、质量数守恒，可知X的电荷数为零，质量数为，故X为中子，故A错误； B．结合能的定义为自由核子结合成原子核时释放的能量，或原子核拆分为自由核子时需要吸收的能量，本题中质子和中子结合成氘核释放能量为，即氘核的结合能为，故B正确； C．核子之间靠强相互作用（核力）结合，中子不带电，质子和中子间不存在电场引力作用，故C错误； D．氘核分解为质子和中子是核结合的逆过程，需要吸收能量，不会释放能量，故D错误。 故选B。 【例9】2025年3月28日，中国自主研发的“人造太阳”装置“中国环流三号”首次在实验室实现了1.17亿度的原子核温度和1.6亿度的电子温度，中国核聚变研究挺进燃烧实验阶段。该成就意味着在直径不到10米的装置中，造出了一个比太阳核心温度还高8倍的“小太阳”。已知太阳核聚变的一种核反应方程是。下列说法正确的是（    ） A．该反应是衰变 B．X是中子 C．的比结合能比大 D．目前世界上主流的核电站都利用了核聚变原理 【答案】B 【详解】A．该反应是两个轻核结合成质量较大核的轻核聚变反应，α衰变是重核自发释放α粒子的核变化，故A错误； B．根据核反应电荷数守恒和质量数守恒，X的质量数为，电荷数为，为中子，故B正确； C．该聚变反应释放能量，说明生成物比反应物更稳定，原子核越稳定比结合能越大，因此的比结合能更大，故C错误； D．目前世界上主流核电站利用的是可控核裂变原理，可控核聚变还未实现商用，故D错误。 故选B。 【例10】2025年新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现原子核和电子温度均突破1亿度，下列关于核聚变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 C．核聚变反应后原子核的总质量增加 D．核聚变反应后原子核的比结合能减小 【答案】A 【详解】A．相同质量的核燃料，轻核聚变中单位质量的质量亏损比重核裂变更大，根据质能方程，可知轻核聚变释放的核能更多，故A正确； B．根据反应过程满足质量数和电荷数守恒，可知氘氚核聚变的核反应方程为，故B错误； C．核聚变是放能反应，存在质量亏损，反应后原子核总质量减小，故C错误； D．核聚变反应后生成的原子核更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，因此反应后比结合能增大，故D错误。 故选A。 考点三 “基本”粒子 考点精讲 1．“基本”粒子 (1)人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”。 (2)随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。 2．发现新粒子 (1)1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子等。 (2)实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作反粒子。 【重点突破】 1.新粒子的发现及特点 发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪60年代后 新粒子 反粒子 μ子 K介子与π介子 超子 基本 特点 质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反 比质子的质量小 质量介于电子与核子之间 其质量比质子大 2.粒子的分类 分类 参与的相互作用 发现的粒子 说明 强子 参与强相互作用 质子、中子、介子、超子等 强子有内部结构 轻子 (六种) 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 轻子都有反粒子 未发现轻子有内部结构 规范 玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用 希格斯 玻色子 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量 希格斯玻色子 2012发现的，是希格斯场的量子激发 3.夸克模型 (1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。 (2)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)。 (3)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－。 (4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。 【例11】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最基本的粒子 B．强子都是带电粒子 C．夸克模型是探究轻子结构的理论 D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 【答案】D 【详解】A．质子、中子由夸克组成，并非不可再分，而电子是基本粒子；但选项A错误地将质子、中子视为不可再分，故A错误； B．强子包含质子（带电）和中子（不带电），并非都带电，故B错误； C．夸克模型用于研究强子结构，轻子（如电子）属于基本粒子，不适用夸克模型，故C错误； D．夸克电荷为或，说明存在其电荷量小于元电荷的基本粒子（夸克），故D正确。 故选D。 【例12】质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法正确的是（　　） A．上夸克的电荷量为＋ B．下夸克的电荷量为－ C．上夸克的电荷量为－ D．下夸克的电荷量为＋ 【答案】AB 【详解】设上夸克电荷量为，下夸克为，质子由两个上夸克和一个下夸克组成，总电荷为，即 中子由两个下夸克和一个上夸克组成，总电荷为，即 联立得上夸克电荷量为，下夸克电荷量为 故选AB。 【例13】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最基本的粒子 B．强子都是带电的粒子 C．夸克模型是研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 【答案】D 【详解】A．质子、中子由夸克组成，并非不可再分，电子是基本粒子，A错误； B．强子包含质子（带电）、中子（不带电 ）等，并非都带电，B错误； C．夸克模型是研究“强子”结构的理论，不是各类粒子（如轻子不参与强相互作用，夸克模型不适用），C错误； D．夸克电荷为或，说明电荷最小单位小于电子电荷，D正确。 故选D。 【例14】太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子。若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向（　　） A．一定与μ子同方向 B．一定与μ子反方向 C．一定与μ子在同一直线上 D．不一定与μ子在同一直线上 【答案】C 【详解】中微子衰变成μ子和τ子的过程中满足动量守恒定律，μ子的速度方向与中微子的速度方向一致，则τ子的运动方向必定也在这条直线上，由于质量关系不确定，则不能确定其速度方向与μ子的方向相同还是相反。 故选C。 【例15】“基本粒子”不基本 (1)传统的“基本粒子”：光子、_______、质子和_______。 (2)“基本粒子”不基本的原因 ①科学家们逐渐发现了数以百计的_______的新粒子。 ②科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的_______。 【答案】(1) 电子 中子 (2) 不同种类 复杂的结构 【详解】（1）[1][2]传统的“基本粒子”：光子、电子、质子、中子。 （2）[1]科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子； [2]科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。 第 1 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.4.核裂变与核聚变 5.5“基本”粒子 精讲考点 考点一 核裂变 1 考点二 核聚变 6 考点三 “基本”粒子 10 考点一 核裂变 考点精讲 1．核裂变：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。 2．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U＋n Ba＋Kr＋3n。 3．链式反应 中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的链式反应。 4．临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 5．核裂变的能量：重核裂变为中等质量的原子核、发生质量亏损，所以放出能量。 如果一个铀235核裂变时释放的能量按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的化学能。 6．核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它的主要组成部分： 核电站的核心设施是核反应堆 ，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下： 部件名称 慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层 采用的 材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液态钠 很厚的水泥外壳 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 7．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，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨、重水或普通水为慢化剂，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，慢化剂附在铀棒周围。 反应堆示意图 (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，用于推动蒸汽机，使发电机发电。 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。 8．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。 (3)对环境的污染要比火力发电小。 【重点突破】 1.铀核的裂变 (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式。 (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2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能。 (3)常见的裂变方程： ①U＋n―→Xe＋Sr＋2n。 ②U＋n―→Ba＋Kr＋3n。 2．链式反应的条件 (1)要有足够浓度的235U。 (2)要有足够数量的慢中子。 (3)铀块的体积要大于临界体积。 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全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。 【例1】在一次核裂变反应中，铀核变成了氙核和锶核，同时放出了若干中子，这个过程是链式反应的一个环节。已知铀核的平均结合能为7.6MeV，氙核的平均结合能为8.4MeV，锶核的平均结合能为8.7MeV。下列说法正确的是（　　） A．该核反应释放的能量约为139.4MeV B．该核反应过程违背质量守恒定律 C．铀核分解为其它核子，会释放出能量 D．该核反应方程式为 【例2】下面列出的是一些核反应方程，针对核反应方程下列说法正确的是（　　） ①        ② ③        ④ A．核反应方程①是重核裂变，X是α粒子 B．核反应方程②是轻核聚变，Y是中子 C．核反应方程③是太阳内部发生的核聚变，K是正电子 D．核反应方程④是衰变方程，M是中子 【例3】山东海阳核电站是中国大型商用核电站，反应堆中所用到的铀-235是一种放射性同位素，反应堆中核反应的方程为，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程中X为中子 B．该核反应为核聚变反应 C．该核反应过程中没有质量亏损 D．经过一个半衰期，10个放射性铀-235原子核一定剩下5个 【例4】第四代核电技术之一的钍基熔盐堆核电，经一系列反应生成。随后通过核反应释放能量。则下列正确的是（　　） A．该核反应为聚变反应 B．该核反应方程前后粒子的总质量不变 C．比结合能比小 D．将加温加压，其半衰期会变短 【例5】我国自主研发的“华龙一号”核电机组采用铀核（）裂变发电，典型裂变反应之一为。已知是天然放射性元素，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中的为粒子 B．反应后核子的平均质量减小 C．的比结合能小于的比结合能 D．太阳内部发生的核反应是核裂变反应 考点二 核聚变 考点精讲 1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 2．核反应方程(举例)：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 3．条件：使轻核的距离达到10－15 m以内。 方法：需要加热到很高的温度，因此核聚变又叫热核反应。 4．宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能。 5．人工热核反应的应用——氢弹 原理：首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 6．核聚变与核裂变的比较 (1)优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘储量丰富，而氚可利用锂来制取，足以满足核聚变的需要；③轻核聚变更为安全、清洁。 (2)缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。 科学家提出的解决方案：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环流器。 ②惯性约束：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，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参加反应物质，使它们“挤”在一起发生反应。 【重点突破】 1.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。 2．聚变发生的条件 要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，但是原子核是带正电的，要使它们接近10－15 m就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能。方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温。 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．核聚变的应用 (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。 【例6】2025年3月，我国新一代人造太阳“中国环流三号”实现了原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的“双亿度”突破，是中国科研人员在核聚变研发核心装备领域实现的重大突破。下列核反应方程属于核聚变反应的是（　　） A． B． C． D． 【例7】2026年1月2日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所科研团队宣布，我国重大科学工程有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实验证实托卡马克密度自由区的存在，找到突破密度极限的方法，为磁约束核聚变装置高密度运行提供重要的物理依据。其中我国“人造太阳”主要是将氢的同位素氘或氚的核聚变反应释放的能量用来发电，有一种核聚变反应的方程为。已知氘核的质量为，比结合能为E，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（　　） A．反应产物x为 B．x核的质量为 C．x的比结合能为 D．提升等离子体的密度，在常温常压下也能发生聚变反应 【例8】氘被称为“未来的天然燃料”，应用聚变反应可获取氘，其中是该反应过程中释放的能量。下列说法正确的是（　　） A．X是电子 B．氘核的结合能为 C．质子和X由于电场力而结合生成氘 D．若将氘核分解为质子和X，则该过程释放的能量也是 【例9】2025年3月28日，中国自主研发的“人造太阳”装置“中国环流三号”首次在实验室实现了1.17亿度的原子核温度和1.6亿度的电子温度，中国核聚变研究挺进燃烧实验阶段。该成就意味着在直径不到10米的装置中，造出了一个比太阳核心温度还高8倍的“小太阳”。已知太阳核聚变的一种核反应方程是。下列说法正确的是（    ） A．该反应是衰变 B．X是中子 C．的比结合能比大 D．目前世界上主流的核电站都利用了核聚变原理 【例10】2025年新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现原子核和电子温度均突破1亿度，下列关于核聚变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 C．核聚变反应后原子核的总质量增加 D．核聚变反应后原子核的比结合能减小 考点三 “基本”粒子 考点精讲 1．“基本”粒子 (1)人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”。 (2)随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。 2．发现新粒子 (1)1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子等。 (2)实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作反粒子。 【重点突破】 1.新粒子的发现及特点 发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪60年代后 新粒子 反粒子 μ子 K介子与π介子 超子 基本 特点 质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反 比质子的质量小 质量介于电子与核子之间 其质量比质子大 2.粒子的分类 分类 参与的相互作用 发现的粒子 说明 强子 参与强相互作用 质子、中子、介子、超子等 强子有内部结构 轻子 (六种) 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 轻子都有反粒子 未发现轻子有内部结构 规范 玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用 希格斯 玻色子 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量 希格斯玻色子 2012发现的，是希格斯场的量子激发 3.夸克模型 (1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。 (2)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)。 (3)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－。 (4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。 【例11】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最基本的粒子 B．强子都是带电粒子 C．夸克模型是探究轻子结构的理论 D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 【例12】质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法正确的是（　　） A．上夸克的电荷量为＋ B．下夸克的电荷量为－ C．上夸克的电荷量为－ D．下夸克的电荷量为＋ 【例13】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最基本的粒子 B．强子都是带电的粒子 C．夸克模型是研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 【例14】太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子。若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向（　　） A．一定与μ子同方向 B．一定与μ子反方向 C．一定与μ子在同一直线上 D．不一定与μ子在同一直线上 【例15】“基本粒子”不基本 (1)传统的“基本粒子”：光子、_______、质子和_______。 (2)“基本粒子”不基本的原因 ①科学家们逐渐发现了数以百计的_______的新粒子。 ②科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的_______。 第 1 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $