第5章 4.核裂变与核聚变5.“基本”粒子-【优学精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册教用课件（人教版）

该高中物理课件聚焦核裂变、核聚变及“基本”粒子核心内容，通过原子弹爆炸能量来源、太阳能源等情境问题导入，引导学生从核反应能量释放到粒子结构逐步深入，构建连贯知识脉络与学习支架。 其亮点在于以情境问题驱动科学探究，通过裂变与聚变对比表格、夸克模型分析等培养科学思维与物理观念，结合核污染处理等内容渗透科学态度与责任。学生能通过例题与即学即练巩固知识提升探究能力，教师可借助清晰结构与易错辨析高效开展教学。

4.核裂变与核聚变5.“基本”粒子 1.知道核裂变、链式反应的概念，会判断和书写核裂变反应的方程并会计算核裂变释放的核能。 2.了解核反应堆的工作原理，知道核电站的工作流程。 3.知道核聚变的概念、条件及受控热核反应的控制方案，会判断和书写核聚变反应方程并计算核聚变释放的核能。 4.了解新粒子的发现和粒子的分类。 学习目标 01 知识点一 核裂变的发现　反应堆与核电站 02 知识点二 核聚变 03 知识点三 “基本”粒子 目 录 04 随堂演练 05 课时作业 01 PART 知识点一 核裂变的发现　反应堆与核电站 目 录 　情境：如图所示，为1964年我国第一颗原子弹爆炸成功时升起的蘑菇云 图片。 问题：原子弹之所以威力巨大，是因为爆炸时释放出大量的能量，几乎可 以毁灭一切目标物体。那么，这些能量是哪里来的呢？ 提示：质量较大的原子核分裂成中等质量的原子核时释放出的结合能。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 核裂变的发现 （1）发现：1938年底，德国物理学家 ⁠和他的助手斯特拉斯曼在 用中子轰击铀核的实验中发现了铀核的裂变。 （2）定义：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块。弗里施 借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定名为 ⁠。 （3）铀核裂变：用 轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多样 的，常见的裂变方程： U＋ BaKr＋ ⁠。 UnXeSr＋n。 哈恩　 核裂变　 中子　 n　 n　 物理·选择性必修第三册 目 录 （4）链式反应：由重核裂变产生的 ⁠使核裂变反应一代接一代继 续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。 （5）临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生 反应的 ⁠ 体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 2. 反应堆与核电站 （1）核反应堆组成 ①燃料： ⁠。 ②慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，常用的慢化剂有 ⁠、 重水和普通水。 ③控制棒：由吸收 能力很强的镉制成，用以控制链式反应的 速度。 中子　 链式　 最 小　 铀棒　 石墨　 中子　 物理·选择性必修第三册 目 录 （2）核电站工作原理 核燃料 释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体 在反应堆内外 ，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，用 时也使反应堆冷却。 （3）核污染的处理 为避免射线对人体的伤害和 物质对水源、空气和工作场所造成 放射性污染。在反应堆外面要修建很厚的 ，用来屏蔽裂变产物 放出的各种射线。核废料具有很强的 ，需要放入特制容器，深 埋地下。 【易错辨析】 （1）一个重核裂变只能产生两个中等质量的原子核。 （　×　） 裂变　 循环流动　 放射性　 水泥层　 放射性　 （2）铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损。 （　√　） × √ 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 裂变反应的能量大小：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。 物理·选择性必修第三册 目 录 组成部分 材料 作用 裂变材料（核燃料） 浓缩铀 提供核燃料 减速剂（慢化 剂） 石墨、重水或普通水（也叫轻水） 使裂变产生的快中子减速 控制棒 镉棒 吸收中子，控制反应速度 热交换器 水或液态的金属钠 传输热量 防护层 厚水泥层 防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害 2. 核电站的主要部件及作用 物理·选择性必修第三册 目 录 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、钍等在地球上可开采储量大，所能提供的能量大； （3）对环境的污染要比火力发电小。 物理·选择性必修第三册 目 录 【例1】　（裂变）关于重核的裂变，以下说法正确的是（　　） A. 核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B. 中子从铀块中通过时，一定发生链式反应 C. 重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少 D. 由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核 裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：重核裂变过程是核能转化为其他形式能的过程，释放的能量远大于 俘获中子时得到的能量，A错误；发生链式反应是有条件的，铀块的体积 必须大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则 不会发生链式反应，B错误；重核裂变过程中，质量数守恒，故核子数不 变，C错误；由于重核的核子平均质量大于中等质量的核子平均质量且核 子数不变，则重核裂变时，有质量亏损，放出核能，D正确。 物理·选择性必修第三册 目 录 【例2】　（反应堆与核电站）利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化 以推动汽轮发电机发电，这就是核电站的工作原理。核电站消耗的“燃 料”很少，但功率却很大。 （1）核反应堆中的“燃料”是U，补全下面的核反应方程式 UnXeSr＋1n。 答案：UnXeSr＋1n 解析：根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程式为 UnXeSr＋1n。 物理·选择性必修第三册 目 录 （2）一座100万千瓦的核电站，每年（365天）需要多少浓缩铀？已知铀 核的质量为235.043 9 u，氙核质量为135.907 2 u，锶核的质量为89.907 7 u。1 u＝1.66×10－27 kg，中子的质量为1.008 7 u，浓缩铀中铀235的含量 占2％。（结果保留2位有效数字，NA＝6.02×1023 mol－1） 答案：2.7×104 kg 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：核电站每年放出的热量 Q＝Pt＝1.0×109×3.6×103×24×365 J≈3.15×1016 J。 一个U裂变放出的热量 ΔE＝Δmc2＝（235.043 9－89.907 7－135.907 2－9×1.008 7）×1.66×10 －27×（3×108）2 J≈2.25×10－11 J。 需要浓缩铀的质量m＝MU＝×0.235 kg≈2.7×104 kg。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是（　） A. 铀块的质量是重要因素，与体积无关 B. 为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子 C. 若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生 D. 能否发生链式反应与铀块的质量无关 解析：要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，A、B、D错误，C正确。 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 2. 如图为普遍使用的“慢中子”核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，一种 典型的铀核裂变方程为U＋BaKr＋n，用重水作为慢化剂 可使快中子减速，假设中子与重水中的氘核H）每次碰撞均为弹性正 碰，而且认为碰撞前氘核是静止的，氘核的质量是中子质量的两倍，则下 列说法不正确的是（　　） A. 钡核的比结合能比铀核的大 B. 若碰撞前中子的动能为E0，经过一次弹性碰撞后中 子动能变成E0 C. 镉棒插入深一些可增大链式反应的速度 D. 水泥防护层可用来屏蔽裂变产物放出的射线 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　该核反应过程中释放大量的能量，故钡核的比结合能比铀核的 比结合能大，故A正确；取碰撞前中子的速度方向为正方向，根据动量守 恒定律有mv0＝mv1＋2mv2，依据能量守恒定律有m＝m＋ ×2m，解得v1＝－v0，故碰撞后中子的动能为Ek1＝m＝E0，故B 正确；要使裂变反应更剧烈一些，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一 些中子，链式反应的速度就会快一些，故C错误；水泥防护层的作用是屏 蔽裂变产物放出的射线，故D正确。 物理·选择性必修第三册 目 录 02 PART 知识点二 核聚变 目 录 情境：万物生长靠太阳（如图），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。 问题：如果说太阳一旦没有了，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。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 定义：两个 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HHHen＋17.6 MeV。 3. 条件：使轻核的距离达到 m以内。 4. 方法：把轻核加热到 的温度。因此核聚变又叫 ⁠。 5. 宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核 ⁠成氦核释放的 核能。 6. 人工热核反应： 弹。首先由化学炸药引爆 弹，再由原子 弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 轻核　 10－15　 很高　 热核反应　 聚变　 氢　 原子　 物理·选择性必修第三册 目 录 （1）优点：①轻核聚变产能 ；②地球上核聚变燃料氘的储 量 ，而氚可以利用锂来制取，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 ，地球上没有任何容器能够经受 如此高的温度。 效率高　 丰富　 高　 7. 核聚变的优、缺点 8. 控制方案： 约束和 约束。 磁　 惯性　 物理·选择性必修第三册 目 录 【易错辨析】 （1）太阳内部氢核聚变时刻进行。 （　√　） （2）相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放出的能量多。 （　√　） √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 核聚变的特点 （1）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）在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放出的能量 多。 （3）热核反应一旦发生，就不再需要外界给它提供能量，靠自身产生的 热就可以使反应进行下去。 （4）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。 物理·选择性必修第三册 目 录 2. 重核裂变与轻核聚变的比较 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简单得多 物理·选择性必修第三册 目 录 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，尤其是用于核裂变的铀235在天然铀中只占0.7％ 氘在地球上的储量非常丰 富，而氚可以利用锂来制 取 可控性 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，人们还不能控制它 物理·选择性必修第三册 目 录 【例3】　（核聚变）太阳的能量来自下面的反应：四个质子（氢核）聚 变成一个α粒子，同时发射两个正电子，已知太阳辐射能量的总功率为P， 质子H、氦核He、正电子e的质量分别为mp、mα、me，真空中的光速 为c。 （1）写出核反应方程； 答案：HHe＋e　 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程为HHe＋ e。 物理·选择性必修第三册 目 录 （2）求核反应所释放的能量ΔE； 答案：（4mp－mα－2me）c2 解析：质量亏损Δm＝4mp－mα－2me，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2得 核反应释放的能量ΔE＝（4mp－mα－2me）c2。 （3）求1 s内参与上述热核反应的质子数目。 答案： 解析：设1秒内参与热核反应的质子数为N，依据能量关系有P＝，则N ＝。 物理·选择性必修第三册 目 录 〔多选〕中国的核聚变研究已进入世界前列，主要利用2个氘核聚变成 3He，已知氘核的质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，3He的质量为 3.015 0 u，质子的质量为1.007 8 u，α粒子的质量为4.002 6 u，1 u＝931.5 MeV，则（　　） A. 该核反应中产生的新粒子为中子 B. 该核反应中产生的新粒子为质子 C. 该核反应中释放出的核能约为3.26 MeV D. 该核反应中释放出的核能约为4.10 MeV √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒知，核反应方程为HHHen，则该核反应中产生的新粒子为中子，故A正确，B错误；核反应过程中的质量亏损为Δm＝2mD－（mHe＋mn）＝0.003 5 u，则释放的核能为ΔE＝Δmc2≈3.26 MeV，故C正确，D错误。 物理·选择性必修第三册 目 录 03 PART 知识点三 “基本”粒子 目 录 情境：如图所示，分子由原子组成，原子由原子核和核外电子组成，原子 核由中子和质子组成。 问题：中子和质子是否可以再分？请查阅资料了解。 提示：中子和质子本身也有自己的复杂的结构，可以再分。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. “基本”粒子 一段时间，许多人认为光子、电子、 ⁠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”。然而，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、 、电子组成，并发 现 、中子等本身也有自己的复杂的结构。从20世纪后半期，就将 “基本”二字去掉，统称为粒子。 2. 发现新粒子 1932年发现了 ，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。 质子　 中子　 质子　 正电子　 物理·选择性必修第三册 目 录 3. 粒子的分类 （1）强子：强子是 强相互作用的粒子。 和 ⁠都 是强子。 （2）轻子：轻子 强相互作用。 、电子中微子、μ子、 μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子。 （3）规范玻色子：规范玻色子是 各种相互作用的粒子，如 ⁠ ，中间玻色子（W和Z玻色子）、胶子。 （4）希格斯玻色子：希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。 参与　 质子　 中子　 不参与　 电子　 传递　 光 子　 物理·选择性必修第三册 目 录 4. 夸克与粒子物理标准模型 （1）夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模 型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作 。夸克模型指 出电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在 ⁠。 （2）粒子物理标准模型是一整套关于 的理论。其中， ⁠ 、 、 和 ⁠是组成物质的几类 最基本的粒子。 【易错辨析】 （1）电子电荷e是电荷的最小单位。 （　×　） 夸克　 分数电荷　 粒子　 夸 克　 轻子　 规范玻色子　 希格斯玻色子　 （2）质子、中子属于轻子。 （　×　） × × 物理·选择性必修第三册 目 录 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 正电子 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 与质子之间 比质子的 质量大 物理·选择性必修第三册 目 录 2. 粒子的分类 分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注 强子 参与强相互作用 质子、中子等 强子有内部结构，由“夸克”构成 轻子 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 还没有发现内部结构 物理·选择性必修第三册 目 录 分类 参与的相 互作用 发现的粒子 备注 规范 玻色 子 传递各种 相互作用 光子、中间玻 色子、胶子等 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 希格 斯玻 色子 — — 希格斯玻色子是希格斯场的量子激发， 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量 物理·选择性必修第三册 目 录 3. 夸克模型 （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。 物理·选择性必修第三册 目 录 【例4】　（基本粒子）〔多选〕已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克 （夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带 电荷量如表所示，表中e为元电荷。 粒子 π＋ π－ u d 带电荷量 ＋e －e ＋ － － ＋ 下列说法正确的是（　　） A. π＋由u和组成 B. π＋由d和组成 C. π－由u和组成 D. π－由d和组成 √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：因π＋介子带有＋e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成 的，则夸克u带＋e和反夸克带＋e合成电荷量为＋e，那么π＋介子是由夸 克u和反夸克组成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克组成，所以A、D 正确。 物理·选择性必修第三册 目 录 〔多选〕下列关于夸克模型的说法正确的是（　　） A. 强子是由更基本的夸克组成的 B. 夸克的电荷量分别为元电荷的＋或－ C. 每种夸克都有对应的反夸克 D. 夸克能以自由的状态单个出现 解析：强子是由更基本的夸克组成的，夸克的电荷量分别为元电荷的＋或－，每种夸克都有对应的反夸克，夸克不能以自由的状态单个出现，D错误，A、B、C正确。 √ √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 04 PART 随堂演练 目 录 1. （链式反应）下列反应中能产生链式反应的是（　　） ANaMge BFHeNeH CHHHen DUnXeSr＋n 解析：　A项中的核反应属于β衰变，不是链式反应，故A错误；B项中的 核反应属于原子核人工转变，不是链式反应，故B错误；C项中核反应是轻 核结合成较重的原子核，属于聚变，故C错误U核在中子的轰击下， 裂变为较小的Xe核和Sr核，同时释放出两个中子，能发生链式反 应，故D正确；故选D。 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 2. （核裂变）〔多选〕以下说法正确的是（　　） A. 比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定吸收能量 B. 核反应可以说明原子核具有复杂结构 CUThHe是重核裂变 D. 核反应中HeHeHe＋2X，其中X是质子 解析：比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时，发生质量亏损，释放能量，故A错误；核反应可以说明原子核具有复杂结构，故B正确UThHe是α衰变，故C错误；核反应中HeHeHe＋ 2X，根据反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知X是质子H，故D 正确。故选B、D。 √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 3. （核聚变）2024年2月29日，ITER组织宣布与中核集团签署合作协议， 展示了我国核技术领域的强大实力。某核聚变反应的方程式为 HHHe＋n，已知HHHe的比结合能分别为E1、E2、E3。下 列说法正确的是（　　） A. 核聚变产能效率高、安全、清洁，所以核电站均采用核聚变发电 B. 要使核聚变能发生，反应物必须具备足够大的体积和质量 C. 由能量守恒定律可知E1＋E2＝E3 D. E3一定大于E1 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　轻核聚变其产能效率高、安全、清洁，但是核聚变需要的温度 太高、地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，现在核电站采用核裂 变发电，故A项错误；要使核聚变能发生，其轻核需要具有足够大的动 能，即应该给反应物加热到很高的温度，故B项错误；设该核反应中的质 量亏损为Δm，对该核反应，由能量守恒定律可得4E3－2E1－3E2＝Δmc2， 故C项错误；比结合能越大，原子核越稳定，由于He比H更稳定，所以 E3大于E1，故D项正确。故选D。 物理·选择性必修第三册 目 录 课堂小结 物理·选择性必修第三册 目 录 05 PART 课时作业 目 录 知识点一　核裂变的发现　反应堆与核电站 1. 关于重核裂变，下列说法正确的是（　　） A. 重核裂变成中等核要吸收能量 B. 中子进入铀块中时，一定能发生链式反应 C. 重核裂变过程中质量数减少 D. 较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放 出核能 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定，如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量，A错误，D正确；当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出中子，放出的中子如果能引起其他铀核裂变，链式反应才能进行，B错误；核反应满足电荷数守恒和质量数守恒，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 2. 〔多选〕核燃料是铀棒，在铀棒周围放慢化剂，快中子和慢化剂中的碳原子核碰撞后，中子能量减少变为慢中子。下列说法正确的是（　　） A. 中子速度越快越容易发生链式反应 B. 裂变后的新核的平均结合能大于铀核的平均结合能 C. 正常运行的反应堆，水泥防护层能检测到大量α粒子 D. 一个U裂变释放的能量是200 MeV，则该核反应中质量亏损约为 3.6×10－28 kg √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：中子的速度不能太快，否则无法被铀核捕获，裂变反应不能进行下去，A错误；重核裂变会有质量亏损、释放核能，平均结合能大的原子核更稳定，故新核的平均结合能大于铀核的平均结合能，B正确；正常运行的核反应堆主要的辐射是γ辐射和中子辐射，所以水泥防护层不能检测到大量α粒子，C错误；根据爱因斯坦质能方程可知，一个U裂变释放的能量是200 MeV，此过程中的质量亏损为Δm＝≈3.6×10－28 kg，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 3. 〔多选〕核电站的核能来源于U核的裂变，下列说法中正确的是 （　　） A. 反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理 BU的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如Xe和 Sr，反应方程式为U＋XeSr＋n CU是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰 期缩短 DU原子核中有92个质子、143个中子 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故A错误；发生核反应的过程满足电荷数守恒和质量数守恒，故裂变的反应方程式为UnXeSr＋n，故B正确；半衰期由原子核内部因素决定，与外部环境无关，即升高温度并不能使半衰期缩短，故C错误；92为U元素的原子序数，也是质子数；由中子数与质子数之和等于质量数可得，中子数为235－92＝143，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 4. 核裂变反应方程为nUBaKr＋yX。已知光在真空中速度 为cU的比结合能为E1Kr的比结合能为E2Ba的比结合能为 E3。下列说法正确的是（　　） A. X为中子，y＝4 B. 反应过程中的质量亏损为 C. 三种核比结合能的大小关系为E1＞E2＞E3 D. 此核裂变释放核能约为E＝141E3＋92E2－235E1 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　由电荷数守恒及质量数守恒可得n＋BaKr＋ n，故X为中子，y＝3，A错误；此核裂变释放核能约为ΔE＝141E3 ＋92E2－235E1，D正确；根据质能方程可得，反应过程中的质量亏损 为Δm＝＝，B错误；核裂变过程释放能量，反应后 原子核比结合能变大，则U的比结合能比Ba和Kr的比结合能 都小，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 知识点二　核聚变 5. 我国全超导托卡马克核聚变装置（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，在该装置内发生的核反应方程是HHHe＋X。若H的质量是m1H的质量是m2He的质量是m3，X的质量是m4，光速是c，下列说法正确的是（　　） A. 只有氘H）和氚H）能发生核聚变，其他原子核不能 B. 发生一次上述聚变反应所释放的核能为（m4＋m3－m2－m1）c2 C. 其中粒子X的符号是n D. 核聚变反应发生后，需要外界不断给它提供能量才能将反应持续下去 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　理论上，原子序数小于铁的都可以发生核聚变，不一定是氘 H）和氚H），恒星演化后期会有氦聚变为碳进而聚变为氧的过程， 所以A错误；发生一次上述聚变反应所释放的核能为（m1＋m2－m3－m4） c2，B错误；由核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知，粒子X的符号是 n，C正确；核聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的 热就会使反应继续下去，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 6. 关于氦3He）与氘核H）聚变，下列说法中正确的是（　　） A. 核反应方程可能为HeHHeH B. 氦3He）与氘核H）发生聚变将吸收能量 C. 核反应生成物的质量将大于反应物的质量 D. 氘核H）的比结合能大于氦核He）的比结合能 解析：　根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程可能为 HeHHeH，故A正确；氦3He）与氘核H）发生聚变有质 量亏损，放出能量，故B、C错误；核反应方程式中生成物比反应物稳定， 则生成物的比结合能大于反应物的比结合能，氘核H）的比结合能小于 氦核He）的比结合能，故D错误。 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 知识点三　“基本”粒子 7. 〔多选〕关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是（　　） A. 许多粒子都有自己的反粒子 B. 把粒子分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子，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 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：许多粒子都有自己的反粒子，“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；粒子大体分为：强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别，依据是其与相互作用的关系，质子和中子属于强子，光子属于规范玻色子，故B、C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 8. K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的 基元电荷，π0介子不带电。如图所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射 入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧 PB，两轨迹在P点相切。它们的半径与之比为2∶1，π0介子的轨迹 未画出。由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为（　　） A. 1∶1 B. 1∶2 C. 1∶3 D. 1∶6 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　K－介子与π－介子均做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有 evB＝m，故动量p＝mv＝eBR，因而∶＝2∶1。根据动量守恒定 律，有＝－，故＝3，选项C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 9. 太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到 一定温度时，会发生“核燃烧”，其“核燃烧”的核反应方程为He＋ XBe＋γ，方程中X表示某种粒子Be是不稳定的粒子，其半衰期为T， 这个核反应释放出的能量为ΔE，光在真空中的传播速度为c，下列说法正 确的是（　　） A. 若使Be的温度降低，其半衰期会减小 B. 方程中的X为电子e） C. 该核反应过程产生的质量亏损为Δm＝ D. “核燃烧”的核反应是裂变反应 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　半衰期与外界因素无关，故温度改变，半衰期不变，故A错误； 根据质量数守恒，电荷数守恒判断X为He，故B错误；根据爱因斯坦质能 方程ΔE＝Δmc2，解得该核反应过程产生的质量亏损为Δm＝，故C正确； “核燃烧”的核反应是聚变反应，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 10. 用一个中子轰击U，可发生裂变反应生成Ba和Kr，并释放出 几个中子，已知每个中子的质量m1＝1.008 uU的质量m2＝235.043 uBa的质量m3＝140.913 uKr的质量m4＝91.897 u，质量亏损1 u相 当于释放931 MeV的能量，光速c＝3×108 m/s，铀的摩尔质量为235 g/mol。 （1）请写出上述裂变中的核反应方程； 答案：UnBaKr＋n　 解析：由质量数守恒和电荷数守恒可得该核反应方程为 UnBaKr＋n。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 （2）若某原子弹中有60 kg的U，其中有1.2％发生裂变，真实的裂变 情况有很多种，假设发生的都是上述裂变反应，已知阿伏伽德罗常量NA＝ 6×1023mol－1，求这颗原子弹释放的能量。（结果保留2位有效数字） 答案：3.7×1026 MeV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：一个U发生裂变反应质量损失 Δm＝（235.043＋1.008－140.913－91.897－3×1.008）u＝0.217 u 释放的能量为 ΔE＝Δm×931 MeV≈202 MeV 这颗原子弹中发生裂变的铀235的质量约为 m＝60 kg×1.2％＝0.72 kg＝720 g 铀235的摩尔质量M为235 g/mol，所以 E总＝NAΔE 代入数据得 E总＝3.7×1026 MeV。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 物理·选择性必修第三册 目 录 $