5.4～5.5 核裂变与核聚变和“基本”粒子（高效培优讲义）物理人教版选择性必修第三册

4~5.核裂变与核聚变和“基本”粒子 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 核裂变和反应堆与核电站 1 题型2 核聚变 4 题型3 “基本”粒子 8 【能力培优练】 11 【链接高考】 21 【重难题型讲解】 题型1 核裂变和反应堆与核电站 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、核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成： （1）燃料：铀棒。 （2）慢化剂：石墨、重水和普通水(也叫轻水)。 （3）控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。 （4）工作原理：核燃料发生核裂变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循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。 6、核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。 【探究归纳】核裂变是铀核受中子轰击分裂为碎块并释放中子与能量的反应，链式反应持续进行，核电站通过反应堆（含燃料、慢化剂、控制棒）控制链式反应，实现核能的安全利用。 【典例1-1】2025年9月3日，我国进行了纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年阅兵仪式，其中展示的东风5-C液体洲际导弹，令全体国人倍感自豪，某种核弹头工作原理可简化为，铀核裂变产生高温高压，使内部的氘核和氚核聚变生成氦核，瞬间释放巨大能量，下列描述正确的是（　　） A．核聚变在很高温度下可以发生，所以又叫热核反应 B．铀核裂变是吸热反应 C．氘核和氚核聚变是吸热反应 D．氘核和氚核聚变生成氦核，可以表示为 【答案】A 【详解】A．核聚变需要极高温度以克服原子核间的库仑斥力，才能发生反应，因此被称为热核反应，故A正确； B．铀核裂变是重核分裂过程，释放大量能量（如原子弹原理），属于放热反应，而非吸热反应，故B错误； C．氘核（）和氚核（）聚变是轻核结合过程，释放能量（如氢弹原理），属于放热反应，而非吸热反应，故C错误； D．根据质量数和电荷数守恒，可得氘核和氚核聚变生成氦核的核反应方程可以表示为（释放一个中子），故D错误。 故选A。 【典例1-2】（多选）某极地考察站选用同位素衰变电池作为极夜应急电源，核电池将核反应过程中产生的核能转化为电能输出使用，其核心优点包括长效稳定、环境适应性强、能量密度高等，其衰变方程为：。关于该核反应，下列说法正确的是（　　） A．该核反应也称裂变反应 B．X是由两个质子和两个中子结合成的粒子 C．反应物的结合能总和小于生成物的结合能总和 D．极地的低温会导致的半衰期变短 【答案】BC 【详解】A．该核反应属于衰变，不是裂变（裂变是重核分裂成中等质量核，通常有中子释放），故A错误； B．根据反应前后电荷数和质量数守恒，可知X的质量数、电荷数分别为、，可知X为，它由两个质子和两个中子结合而成，故B正确； C．衰变会释放能量，生成物总结合能比反应物结合能大（因为衰变后更稳定），所以生成物结合能总和大于反应物结合能总和，故C正确； D．半衰期与温度、压强等外部条件无关，只由原子核内部结构决定，所以极地低温不会影响半衰期，故D错误。 故选BC。 跟踪训练12025年，中国在原子核研究领域取得了令人瞩目的成就，中科院近代物理研究所甘再国研究团队与合作者利用我国超重元素研究加速器装置（CAFE2）成功合成了极端缺中子的新核素——镤-210。这项成果标志着我国在探索原子核存在极限方面取得了重要突破。该研究通过钙-40束流轰击镥-175靶，通过熔合蒸发反应，在新一代充气反冲核谱仪上成功合成了新核素镤-210，其核反应式如下：，下列说法正确的是（   ） A．该核反应式中前面的系数 B．该核反应类型属于轻核的聚变 C．该核反应类型属于重核的裂变 D．该核反应中反应物的总质量数与生成物的总质量数一定相等 【答案】D 【详解】A．根据质量数守恒，反应物总质量数为，生成物中镤-210质量数为210，中子质量数为1，设中子数为，则，解得，故A错误。 B．轻核聚变通常指轻原子核（如氢、氦等）结合，而钙-40（原子序数20）和镥-175（原子序数71）均为较重核，不属于轻核聚变，故B错误。 C．重核裂变是指重核分裂成中等质量核，而本反应是两核结合成新核并释放中子，属于熔合反应，不是裂变，故C错误。 D．在核反应中，质量数（核子数）守恒是基本定律，反应物总质量数与生成物总质量数一定相等，故D正确。 故选D。 跟踪训练2（多选）如图是慢中子反应堆的示意图，对核反应堆的下列说法中正确的是（　　） A．铀235容易吸收慢中子发生裂变反应 B．快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子能量减少，变为慢中子 C．常用的慢化剂有铅棒、镉棒等，能有效减少快中子能量 D．反应堆外面的水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，但是不需要很厚 【答案】AB 【详解】A．根据铀235的特点，它更容易吸收慢中子而发生裂变，故A正确； B．在反应堆中减速剂的作用就是减少快中子能量从而变成慢中子，故B正确； C．链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数，控制棒可以吸收中子，因而可以控制核反应的快慢，即插入越深，吸收的越多，反应将变慢，反之将加快。常用的慢化剂有镉棒、石墨棒和重水等，能有效减少快中子个数或慢化快中子，铅棒则不能。故C错误； D．反应堆外面的水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，射线的穿透能力很强，水泥防护层需要很厚。故D错误。 故选AB。 跟踪训练3在下列描述核反应的方程中，属于衰变的是________；属于裂变的是________（填写序号） ①    ② ③    ④ 【答案】 ③ ④ 【详解】[1]衰变是在自然状态下发生衰变并放出粒子过程，故③属于衰变。 [2]核裂变是中子轰击重核裂变为两个轻核且放出中子的过程，故④属于裂变。 题型2 核聚变 1、核聚变定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 （1）核反应方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 （2）条件：使轻核的距离达到10－15 m以内． （3）方法：加热到很高的温度。 （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：氢弹．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。 2、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和氚的储量丰富；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． 解决方案：磁约束和惯性约束。 3、重核裂变与轻核聚变的区别 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要大3～4倍 【探究归纳】核聚变是两个轻核在高温条件下结合成质量较大的核并释放巨大能量的反应，具有产能效率高、燃料储量丰富、安全清洁的优点，但需解决高温约束难题。 【典例2-1】2025年10月1日，由中国建筑承建的中国紧凑型聚变能实验装置（BEST）首个关键部件杜瓦底座成功安装就位，项目建设取得关键突破。核聚变燃料主要是氢的同位素，氘和氚在高温高压下聚变生成氦核，并释放巨大能量。下列说法正确的是（　　） A．该聚变反应方程式为 B．氘原子和氚原子互为同位素，它们的化学性质几乎相同 C．氘原子核内有2个中子，氚原子核内有3个中子 D．聚变生成的氦核内有2个核子 【答案】B 【详解】A．氘和氚的聚变反应方程式应为，故A错误； B．氘和氚均为氢的同位素，化学性质主要由核外电子决定，因质子数相同，电子结构相似，故化学性质几乎相同，故B正确； C．氘原子核（质量数2，质子数1）的中子数为1；氚原子核（质量数3，质子数1）的中子数2，故C错误； D．聚变生成的氦核有2个质子和2个中子，故核子数为4，故D错误。 故选B。 【典例2-2】（多选）两个氘核以相等的动能在一条直线上相向运动，对心碰撞并发生了核聚变，得到和新粒子且释放核能。假设释放的核能全部转化为动能，下列说法正确的是（   ） A．该反应过程中质量守恒 B．该反应方程为 C．反应后氦核与新粒子的动量不同 D．反应后氦核与新粒子的动能相等 【答案】BC 【详解】A．该反应释放核能，核反应后出现质量亏损，故A错误； B．质量数守恒，电荷数守恒，该反应方程正确，故B正确； CD．两个氘核以相等的动能对心碰撞，依据动量守恒定律，反应后总动量为零，即氦核和新粒子动量大小相等，方向相反， 由，可知氦核和新粒子的动能之比约为，故C正确，D错误。 故选BC。 【典例2-3】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，被称为人造太阳，已知氘核的质量为，的质量为，中子质量为，质子的质量为，α粒子的质量为，光在真空中的传播速度为c，补充完整该核反应方程：_______，该核反应中释放出的核能为_______（用题中的字母表示） 【答案】 【详解】[1]该核反应方程 [2]核反应中释放出的核能为 跟踪训练1我国预计2030年建成100兆瓦级高温超导聚变－裂变混合堆。该项目可实现能量倍增和燃料增殖，其部分核心核反应方程可分为：核反应①（）；核反应②（）；燃料增殖（，X经过次衰变生成）三部分，下列说法正确的是（    ） A．①是核裂变 B．②是核聚变 C． D． 【答案】D 【详解】A．是轻核结合成较重核的过程，是核聚变，故A错误； B．是重核分裂成中等质量核的过程，是核裂变，故B错误； CD．其中X的质量数为 质子数为90，X经过次衰变生成，其中衰变质子数增加1，质量数不变，质子数90增至92，故，故D正确，C错误。 故选 D。 跟踪训练2（多选）月球储藏了大量可控核聚变理想燃料氦，我国探测器已成功着陆月面并带回月壤供科学家研究。地球实验室中完成可控核聚变是靠温度和压力的共同作用完成的，某可控核聚变装置内发生的核反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．该反应属于衰变 B．是质子 C．的比结合能小于的比结合能 D．该反应中生成物的总质量大于反应物的总质量 【答案】BC 【详解】AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，Y的质量数和电荷数均为1，则为质子，则该反应不属于衰变，选项A错误，B正确； C．反应放出能量，反应后的生成物更加稳定，比结合能更大，则的比结合能小于的比结合能，选项C正确； D．该反应放出核能，则生成物的总质量小于反应物的总质量，选项D错误。 故选BC。 跟踪训练3已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，的质量为m3，真空中的光速为c（题中所用物理量的单位均为国际单位）。 (1)写出两个氘核聚变为一个的核反应方程，并计算释放的能量； (2)已知1kg煤完全燃烧时放出的能量为q，求质量为M的氘核完全聚变为，释放的能量相当于多少kg煤完全燃烧时放出的能量？ 【详解】（1）根据质量数守恒和电荷数守恒可得两个氘核聚变为一个的核反应方程为 损失的质量为 释放的能量为 （2）质量为M的氘核完全聚变为，释放的能量 则 题型3 “基本”粒子 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：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。 3、粒子的分类 （1）强子：是参与强相互作用的粒子；质子和中子都是强子． （2）轻子：不参与强相互作用；电子、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：是传递各种相互作用的粒子，如光子，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。 （4）希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。 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。 （2）粒子物理标准模型是一整套关于粒子的理论；其中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。 【探究归纳】随着研究深入，人们发现早期定义的 “基本粒子”（光子、电子、质子、中子）并非不可再分，粒子可按参与的相互作用分为强子、轻子、规范玻色子等类别，质子和中子等强子由夸克构成。 【典例3-1】下列关于近代物理的说法正确的是（　　） A．贝克勒尔发现的天然放射现象，说明原子核有复杂结构 B．原子核发生衰变时，产生的射线本质是高速电子流，因核内没有电子，所以射线是核外电子逸出原子形成的 C．强子是参与强相互作用的粒子，因而质子、中子和电子都属于强子 D．结合能越大的原子核越牢固 【答案】A 【详解】A．贝克勒尔发现的天然放射现象表明原子核内部存在复杂结构，A正确； B．射线是核内中子转化为质子时释放的电子，并非核外电子逸出，B错误； C．电子属于轻子，不参与强相互作用，C错误； D．原子核的牢固程度由比结合能（结合能/核子数）决定，而非总结合能，D错误。 故选A。 【典例3-2】（多选）按照现代的粒子理论，可以将粒子分为四大类：规范玻色子、希格斯玻色子、轻子和强子。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，它们分别是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量为或，电荷量e为元电荷。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】设上夸克的电荷量为q1，下夸克的电荷量为q2，由题意可得2q1+ q2=e，q1+2q2=0 解得， 故选AB。 跟踪训练1按照宇宙大爆炸理论思想，在宇宙大爆炸的过程中，关于恒星的演化，下列说法中正确的是（　　） A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成密度极小的白矮星 B．恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星 C．超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云，内部物质形成新的恒星 D．星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，中子星就形成了 【答案】B 【详解】A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成白矮星，但密度不是极小的，故A错误； B．恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星，故B正确； C．超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云的组成部分，而后这些星云会收缩成为一颗新的恒星，故C错误； D．星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，恒星就形成了，故D错误。 故选B。 跟踪训练2（多选）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。它们的带电荷量分别为±或±e，电荷量e为元电荷。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】根据质子带电荷量为＋e和中子不带电，设上、下夸克的电荷量分别为q1、q2，则有 2q1＋q2=＋e q1＋2q2=0 解得 q1=＋ q2=- 故选AB。 跟踪训练3仙女座星系是人们能用肉眼看到的最遥远的天体，但由于光速有限，你看到来自那里的光线，实际上已经在太空中行进了___________年，因此观察遥远的天体就等于在观察___________。宇宙很大，所以计算天体间的距离时常用___________作为单位，它等于___________。 【答案】 200万 宇宙的过去 光年 【详解】[1][2]仙女座星系离地球大约万光年，看到来自那里的光线，实际上已经在太空中行进了200万年，因此观察遥远的天体就等于在观察宇宙的过去。 [3]由于距离太远，因此常用光年作单位； [4]光年是光一年走过的距离，则有 【能力培优练】 1．2021年5月28日，有中国“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（）创亿度百秒世界新纪录，相关的核反应方程为，其中X表示的是（    ） A．质子 B．电子 C．中子 D．粒子 【答案】C 【详解】核反应过程遵循质量数守恒和电荷数守恒，设粒子X的质量数为A，电荷数为Z：由质量数守恒得 解得 由电荷数守恒得 解得 则X为质量数1，电荷数为0的粒子，故其为中子。 故选C。 2．下列关于原子与原子核的说法正确的是（　　） A．卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型 B．原子核发生衰变时放出的电子来自原子核的核外电子 C．原子弹的反应原理是核聚变 D．氢原子可以吸收任意能量，从基态跃迁到激发态 【答案】A 【详解】A．卢瑟福通过α粒子散射实验发现大部分α粒子穿过金箔后方向不变，少数发生大角度偏转，据此提出原子的核式结构模型，故A正确。 B．β衰变放出的电子源于原子核内中子转化为质子时释放的电子，并非核外电子，故B错误。 C．原子弹利用重核裂变（核裂变）释放能量，核聚变是氢弹的反应原理，故C错误。 D．氢原子从基态跃迁至激发态需吸收特定能量，能量不满足时无法跃迁，故D错误。 故选A。 3．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．光子属于轻子 D．夸克模型说明元电荷不再是电荷的最小单位 【答案】D 【详解】A．电子、质子和中子均由更基本的粒子（如夸克）组成，并非不可再分，故A错误； B．强子包括质子（带电）和中子（不带电），故B错误； C．光子属于规范玻色子，而轻子包括电子、中微子等，故C错误； D．夸克电荷为或，说明电荷存在比电子更小的单位，故D正确。 故选D。 4．关于近代物理知识，下列说法中正确的是（　　） A．一个处于n=3能级的氢原子向基态跃迁最多能产生2种频率的光子 B．铀核裂变的一种核反应方程为 C．原子核的结合能越大，原子核越稳定 D．光电效应现象说明光具有波动性 【答案】A 【详解】A．一个处于能级的氢原子向基态跃迁，要产生最多频率光子时，跃迁路径为，共产生2种频率的光子，故A正确； B．核反应需满足质量数守恒，左侧质量数总和为，右侧质量数总和为，质量数不守恒，故B错误； C．原子核的比结合能（平均结合能）越大，原子核越稳定，总结合能大的原子核比结合能不一定大，稳定性不一定高，故C错误； D．光电效应现象说明光具有粒子性，光的干涉、衍射现象才能说明光具有波动性，故D错误。 故选A。 5．2026年1月，中国的“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在实验中取得重要进展，为可控核聚变研究迈出关键一步。下列关于核聚变相关说法中正确的是（　　） A．目前世界上主流的核电站都利用了该反应的原理 B．核聚变反应前后不满足能量守恒定律 C．核聚变反应发生后，核子的比结合能增大 D．核聚变反应中释放的光子，来源于核外电子的能级跃迁 【答案】C 【详解】A．目前世界上主流核电站利用的是重核裂变的原理，可控核聚变暂未实现商用发电，故A错误； B．能量守恒定律是自然界普遍遵循的基本规律，核聚变反应也满足能量守恒，反应中的质量亏损对应核能的释放，符合质能方程，故B错误； C．核聚变是轻核结合为质量更大的核的放能反应，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，因此核子的比结合能增大，故C正确； D．核聚变释放的光子来源于原子核内部的能量释放，核外电子能级跃迁是原子发光的机理，和核反应无关，故D错误。 故选C。 6．如今关于宇宙起源的主流理论是宇宙大爆炸论（宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。大爆炸论认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史：在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化）。支持宇宙大爆炸论的三个主要证据：星系红移；氦元素丰度；宇宙微波背景辐射。这三个证据都是被现代科学证明了的。对此，下列认识正确的是 （　　） ①宇宙的存在与发展是客观的 ②可论证、可证明是物质的唯一特性 ③宇宙大爆炸论从一个角度说明自然是物质的 ④宇宙大爆炸论是第一性的，宇宙存在是第二性的 A．①② B．①③ C．②④ D．③④ 【答案】B 【详解】支持宇宙大爆炸论的三个主要证据：星系红移;氦元素丰度;宇宙微波背景辐射。这三个证据都是被现代科学证明了的，这表明宇宙的存在与发展是客观的，宇宙大爆炸论从一个角度说明自然是物质的，①③正确；客观实在性是物质的唯一特性，②错误；宇宙大爆炸论是第二性的，宇宙存在是第一性的，④错误。 故选B。 7．介子会发生衰变，反应方程式为，即生成一个介子和一个子中微子。在云室中可观察到介子衰变前后部分粒子的运动轨迹，如图所示。已知云室中匀强磁场的方向垂直照片平面，粒子重力忽略不计，两段圆弧相切于P点，且。则和粒子的动量之比可能为（　　） A．1∶1 B．1∶3 C．3∶1 D．2∶1 【答案】B 【详解】介子和介子在磁场中均做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则 解得动量 由核反应方程知只有介子和介子带有电荷，设衰变前为正方向，则衰变前后动量守恒，即 所以介子在磁场中的轨迹半径为，动量大小为 介子在磁场中的轨迹半径为，动量大小为 所以 且 解得 故选B。 8．原子核的比结合能曲线如图所示，由图中信息可知（　　） A．核比核更稳定 B．两个核聚变成核会放出能量 C．核裂变成核和核要吸收能量 D．核的结合能比核的结合能大 【答案】B 【详解】A．比结合能越大，原子核越稳定。由图可知， 核的比结合能大于核的比结合能，所以核比核更稳定，故A错误； B．由图可知，核的比结合能远大于核的比结合能。两个核聚变成核的过程中，比结合能增大，原子核变得更稳定，会有质量亏损，根据质能方程可知该过程会放出能量，故B正确； C．由图可知，中等质量原子核和的比结合能大于重核的比结合能。核裂变成核和核，反应后比结合能增大，系统更稳定，会释放能量，故C错误； D．结合能等于比结合能与核子数（质量数）的乘积。虽然核的比结合能比核的大，但核的核子数（235）远多于核的核子数（89），可知核的总结合能更大，故D错误。 故选B。 9．中国科学院在2025年11月1日发布消息，位于甘肃省武威市民勤县的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆，已成功实现了钍铀核燃料转换。钍基熔盐堆内的链式反应示意图如图所示，下列相关判断中正确的是（　　） A．核反应属于核聚变反应 B．一个核27天后必将发生衰变生成 C．压强增大，的半衰期变小 D．钍基熔盐堆是利用中子轰击引起的链式反应来获取核能的 【答案】D 【详解】A．核聚变反应是两质量很小的轻核结合成质量较大的核，核反应不属于核聚变反应，A项错误； B．核衰变遵循“统计规律”，对于一个核而言，何时发生衰变完全是随机的，B项错误； C．半衰期与外界状态无关，所以与压强无关，C错误； D．钍基熔盐堆本质上依然属于核裂变反应堆，其依然是利用核裂变来获取核能的，即利用中子轰击引起的链式反应来获取核能，D项正确。 故选 D。 10．2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核废水，消息一出举世哗然。福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钌106等放射性核素。由于含氚的水和普通的水具有相同的化学性质，物理性质也相近，因而现有的废水处理技术很难去除，氚的半衰期大约为12.5年。针对这一事件，下列同学的观点正确的是（　　） A．为了保护海洋环境，日本政府应在12.5年后再排放经过处理的核废水 B．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大 C．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最大 D．核反应方程：U＋n→Ba＋Kr＋3X中的X是质子 【答案】B 【详解】A．半衰期是放射性元素半数原子核发生衰变的时间，经过12.5年仅半数氚衰变，剩余仍有大量放射性核素，废水依旧有辐射危害，不能排放，故A错误； B．铀235为重核，裂变反应释放能量存在质量亏损，说明重核的平均核子质量大于中等质量核，钡141、氪92、锶90均为中等质量核，因此铀235的平均核子质量最大，故B正确； C．比结合能越大原子核越稳定，中等质量核的比结合能大于重核，因此铀235的比结合能最小，故C错误； D．核反应遵循电荷数、质量数守恒：设X电荷数为Z、质量数为A，电荷数守恒得 解得 质量数守恒得 解得 可知X是中子不是质子，故D错误。 故选B。 11．（多选）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，但核子数不变 D．重核裂变为中等质量的核时有质量亏损，放出核能 【答案】CD 【详解】A．核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，故A错误， B．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，故B错误； C．重核裂变时，核子数守恒，重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但核子数不变，故C正确； D．重核裂变为中等质量的核时有质量亏损，放出核能，故D正确。 故选CD。 12．（多选）下列说法正确的是（　　） A．强子是参与强相互作用的粒子。质子、中子和电子都是强子 B．在惯性约束下，可以用高能量密度的激光照射参加反应物质从而引发核聚变 C．常见的金属没有规则的形状，但具有确定的熔点，故金属是晶体 D．取分子间距离r为无穷远时的分子势能为0，则当r<r0时，分子势能一定小于0 【答案】BC 【详解】A．强子是参与强相互作用的粒子。质子和中子是强子，电子不参与强相互作用，是轻子，故A错误； B．在惯性约束下，可以用高能量密度的激光照射参加反应物质从而引发核聚变，故B正确； C．常见的金属没有规则的形状，但具有确定的熔点，故金属是多晶体，故C正确。 D．取分子间距离r为无穷远时的分子势能为0，则当r<r0时，分子间作用力表现为斥力，靠近时，分子斥力做负功，分子势能增加，所以分子势能不一定小于0，故D错误。 故选BC。 13．（多选）月球储藏大量可控核聚变理想燃料氦－3，2020年12月1日，我国嫦娥五号探测器成功着陆月面后开始“挖土”并成功带回地面供科学研究。核聚变反应方程为或。下列说法正确的是（　　） A．X是中子 B．Y是正电子 C．核聚变过程发生质量亏损，释放核能 D．比的原子核更稳定 【答案】AC 【详解】AC．根据质量数守恒和电荷数守恒可得：的质量数为 电荷数为，为中子，的质量数为 电荷数为，为质子，故A正确，故B错误； C．核聚变反应过程中，由于质量亏损所以会释放出核能，故C正确； D．质量数越接近中等核的原子核比结合能越大，所以比的比结合能大，也更稳定，故D错误。 故选AC。 14．（多选）下列图片及其相应描述正确的是（　　） A．图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子 B．图乙：从图中可以看出，随着温度的升高，所有波长辐射强度有所增加 C．图丙为铀核发生衰变的示意图，铀核的比结合能大于钍核的比结合能 D．图丁是核裂变反应堆的控制系统，为了减慢反应速率，应将镉棒插入深些 【答案】BD 【详解】A．图甲为卢瑟福粒子散射实验，根据实验结果卢瑟福提出了原子的核式结构，故A错误； B．图乙是黑体辐射图，黑体辐射峰值波长随温度升高向短波移动，并且所有波长的辐射强度增加，故B正确； C．图丙是铀核衰变示意图，说明钍核的比结合能大于铀核的比结合能，故C错误； D．图丁是核裂变反应堆的控制系统，将镉棒插入深些，可以多吸收一些中子，减慢核裂变反应速率，故D正确。 故选BD。 15．（多选）2025年全球首个全超导非圆截面托卡马克——“东方超环”，技术成果取得关键突破。一种典型的聚变反应是一个氘核和一个氚核聚变成氦核和某种强子x，已知、、和x的质量分别为、、和，1u相当于，阿伏伽德罗常数为，元电荷，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为，其中为质子 B．该核反应过程中释放的能量约为 C．氘完全参与该核反应时释放出能量的数量级为 D．要使该核聚变发生，必须使氘核和氚核的距离达到以内，让核力起作用 【答案】BD 【详解】A．根据核反应过程质量数和电荷数守恒可知，核反应方程式为，则为中子，故A错误； B．一个氘核与一个氚核聚变反应的质量亏损为 故该聚变反应释放的能量是，故B正确； C．氘完全参与该核反应时释放出能量 即数量级为，故C错误； D．氘核与氚核发生核聚变时，需要克服原子核间的库仑斥力，间距要达到，让核力起作用，故D正确。 故选BD。 16．（多选）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。 17．（多选）我国已经建造出世界第一台全高温超导托卡马克装置——“洪荒70”，被称为“人造太阳”装置内部核反应方程为；，其中X为________，若的比结合能为E1，的比结合能为E2，的比结合能为E3，则核反应释放的核能为________________（用题中物理量符号表示）。 【答案】 （或中子） 【详解】[1]由质量数和电荷数守恒，可知X为中子。 [2]由比结合能关系，则该核反应释放的核能为。 18．2025年1月，中国全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实现1亿摄氏度1066秒的高约束模等离子体稳态运行，向着核聚变商业应用迈出坚实一步。一个氘核（）和一个氚核（）聚变成氦核（）和另一粒子，已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，另一粒子质量为。真空中光速为c。则： (1)写出聚变时核反应方程； (2)求发生聚变时释放的核能。 【详解】（1）根据电荷数守恒和质量数守恒可知，“另一粒子”的电荷数为0，质量数为1，是中子（），故聚变时核反应方程为 （2）发生聚变时的质量亏损为 根据爱因斯坦质能方程可知，释放的核能 求得 19．原子弹和核反应堆都利用了原子核裂变产生的能量，后者能用来发电为人类造福。用一个中子轰击，可发生裂变反应生成和，并释放出几个中子，已知每个中子的质量，的质量，的质量的质量，质量亏损相当于释放的能量，真空中光速。 (1)请写出上述裂变中的核反应方程； (2)求一个在裂变反应中释放的核能的表达式（用表示）； (3)若某原子弹装料为的，其中大约有发生裂变，真实的裂变情况有很多种，假设发生的都是上述裂变反应，已知阿伏伽德罗常数，铀235的摩尔质量为，求这颗原子弹释放的能量约为多少？（结果保留2位有效数字） 【详解】（1）由质量数和电荷数守恒可得该核反应方程为 （2）反应前后质量亏损为 根据爱因斯坦质能方程 联立得 （3）一个在裂变反应中的质量亏损 根据爱因斯坦质能方程，可以求出一个在裂变反应中释放的能量为 这颗原子弹中发生裂变的铀235的质量约为 铀235的摩尔质量M约为，所以有 代入数据解得 【链接高考】 1．（2025·北京·高考真题）自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是（　　） A．已知氢原子的基态能量为，则反氢原子的基态能量也为 B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子 C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子 D．反氘核和反氚核的核聚变反应吸收能量 【答案】A 【详解】A．氢原子基态能量由电子与质子决定。反氢原子由正电子和反质子构成，电荷结构相同，能级结构不变，基态能量仍为，故A正确； B．若中子衰变（β+衰变）生成质子、正电子，不符合电荷数守恒，故B错误； C．正负电子对撞湮灭时，总动量为零，需产生至少两个光子以保证动量守恒。单个光子无法满足动量守恒，故C错误； D．核聚变通常释放能量（如普通氘核、氚聚变）。反氘和反氚核聚变遵循相同规律，应释放能量而非吸收，故D错误。 故选A。 2．（2024·全国甲卷·高考真题）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用表示，式中x、y的值分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【详解】根据反应前后质量数和电荷数守恒可得 解得 ， 故选C。 3．（2024·浙江·高考真题）已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，中子质量为，阿伏加德罗常数取，氘核摩尔质量为，相当于。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程式为 B．氘核的比结合能比氦核的大 C．氘核与氚核的间距达到就能发生核聚变 D．氘完全参与聚变释放出能量的数量级为 【答案】D 【详解】A．核反应方程式为 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以内，故C错误； D．一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损 聚变反应释放的能量是 氘完全参与聚变释放出能量 数量级为，故D正确。 故选D。 4．（2026·浙江·高考真题）（多选）下列说法正确的是（   ） A．变化的电场会产生磁场 B．汽车经过凹形路面最低点时处于超重状态 C．相对论时空观认为运动物体的长度与速度无关 D．秦山核电站通过提取海水中的氘和氚进行核反应获取能量 【答案】AB 【详解】A．根据麦克斯韦电磁理论可知，变化的电场会产生磁场，故A正确； B．汽车经过凹形路面最低点时，根据牛顿第二定律可得 可得 可知此时汽车处于超重状态，故B正确； C．相对论时空观认为运动物体的长度与速度有关，物体的长度会随着物体的速度不同而改变，故C错误； D．通过提取海水中的氘和氚进行核反应属于轻核聚变，而秦山核电站利用重核裂变获取能量，故D错误。 故选AB。 5．（2025·福建·高考真题）（多选）2025年，我国“人造太阳”实现了等离子体原子核温度超1亿度的突破。在1亿度的高温条件下“人造太阳”内可发生如下核反应：→+17.5MeV，若动量大小相等，方向相反的氘核与氚核正碰后发生核反应，反应产生的与的总动能近似等于核反应释放的全部能量，则（　　） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变反应 C．获得的动能约为14MeV D．获得的动能约为14MeV 【答案】AC 【详解】A．核反应过程中质量数守恒，有质量亏损，A正确； B．该反应是核聚变反应，B错误； CD．在真空中，该反应动量守恒，由于相撞前氘核与氚核动量大小相等，方向相反，系统总动量为零。故反应后氦核与中子的动量也大小相等，方向相反。 由 得反应粒子获得的动能之比为 而两个粒子获得的总动能为，故获得的动能， 获得的动能。故C正确，D错误。 故选AC。 6．（2024·浙江·高考真题）（多选）下列说法正确的是（　　） A．中子整体呈电中性但内部有复杂结构 B．真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都相同 C．增加接收电路的线圈匝数，可接收更高频率的电台信号 D．分子间作用力从斥力变为引力的过程中，分子势能先增加后减少 【答案】AB 【详解】A．中子由夸克组成，整体呈现电中性，但内部有复杂结构，故A正确； B．根据爱因斯坦的相对论可知，真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都相同，故B正确； C．根据 可知，增加接收电路的线圈匝数，可减小振荡电路的固有频率，则可接收较低频率的电台信号，故C错误； D．分子间作用力从斥力变为引力的过程中，即分子距离从小于到大于的过程，分子力先做正功后做负功，则分子势能先减小后增大，故D错误。 故选AB。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 4~5.核裂变与核聚变和“基本”粒子 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 核裂变和反应堆与核电站 1 题型2 核聚变 3 题型3 “基本”粒子 5 【能力培优练】 7 【链接高考】 12 【重难题型讲解】 题型1 核裂变和反应堆与核电站 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、核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成： （1）燃料：铀棒。 （2）慢化剂：石墨、重水和普通水(也叫轻水)。 （3）控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。 （4）工作原理：核燃料发生核裂变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循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。 6、核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。 【探究归纳】核裂变是铀核受中子轰击分裂为碎块并释放中子与能量的反应，链式反应持续进行，核电站通过反应堆（含燃料、慢化剂、控制棒）控制链式反应，实现核能的安全利用。 【典例1-1】2025年9月3日，我国进行了纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年阅兵仪式，其中展示的东风5-C液体洲际导弹，令全体国人倍感自豪，某种核弹头工作原理可简化为，铀核裂变产生高温高压，使内部的氘核和氚核聚变生成氦核，瞬间释放巨大能量，下列描述正确的是（　　） A．核聚变在很高温度下可以发生，所以又叫热核反应 B．铀核裂变是吸热反应 C．氘核和氚核聚变是吸热反应 D．氘核和氚核聚变生成氦核，可以表示为 【典例1-2】（多选）某极地考察站选用同位素衰变电池作为极夜应急电源，核电池将核反应过程中产生的核能转化为电能输出使用，其核心优点包括长效稳定、环境适应性强、能量密度高等，其衰变方程为：。关于该核反应，下列说法正确的是（　　） A．该核反应也称裂变反应 B．X是由两个质子和两个中子结合成的粒子 C．反应物的结合能总和小于生成物的结合能总和 D．极地的低温会导致的半衰期变短 跟踪训练12025年，中国在原子核研究领域取得了令人瞩目的成就，中科院近代物理研究所甘再国研究团队与合作者利用我国超重元素研究加速器装置（CAFE2）成功合成了极端缺中子的新核素——镤-210。这项成果标志着我国在探索原子核存在极限方面取得了重要突破。该研究通过钙-40束流轰击镥-175靶，通过熔合蒸发反应，在新一代充气反冲核谱仪上成功合成了新核素镤-210，其核反应式如下：，下列说法正确的是（   ） A．该核反应式中前面的系数 B．该核反应类型属于轻核的聚变 C．该核反应类型属于重核的裂变 D．该核反应中反应物的总质量数与生成物的总质量数一定相等 跟踪训练2（多选）如图是慢中子反应堆的示意图，对核反应堆的下列说法中正确的是（　　） A．铀235容易吸收慢中子发生裂变反应 B．快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子能量减少，变为慢中子 C．常用的慢化剂有铅棒、镉棒等，能有效减少快中子能量 D．反应堆外面的水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，但是不需要很厚 跟踪训练3在下列描述核反应的方程中，属于衰变的是________；属于裂变的是________（填写序号） ①    ② ③    ④ 题型2 核聚变 1、核聚变定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 （1）核反应方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 （2）条件：使轻核的距离达到10－15 m以内． （3）方法：加热到很高的温度。 （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：氢弹．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。 2、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和氚的储量丰富；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． 解决方案：磁约束和惯性约束。 3、重核裂变与轻核聚变的区别 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要大3～4倍 【探究归纳】核聚变是两个轻核在高温条件下结合成质量较大的核并释放巨大能量的反应，具有产能效率高、燃料储量丰富、安全清洁的优点，但需解决高温约束难题。 【典例2-1】2025年10月1日，由中国建筑承建的中国紧凑型聚变能实验装置（BEST）首个关键部件杜瓦底座成功安装就位，项目建设取得关键突破。核聚变燃料主要是氢的同位素，氘和氚在高温高压下聚变生成氦核，并释放巨大能量。下列说法正确的是（　　） A．该聚变反应方程式为 B．氘原子和氚原子互为同位素，它们的化学性质几乎相同 C．氘原子核内有2个中子，氚原子核内有3个中子 D．聚变生成的氦核内有2个核子 【典例2-2】（多选）两个氘核以相等的动能在一条直线上相向运动，对心碰撞并发生了核聚变，得到和新粒子且释放核能。假设释放的核能全部转化为动能，下列说法正确的是（   ） A．该反应过程中质量守恒 B．该反应方程为 C．反应后氦核与新粒子的动量不同 D．反应后氦核与新粒子的动能相等 【典例2-3】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，被称为人造太阳，已知氘核的质量为，的质量为，中子质量为，质子的质量为，α粒子的质量为，光在真空中的传播速度为c，补充完整该核反应方程：_______，该核反应中释放出的核能为_______（用题中的字母表示） 跟踪训练1我国预计2030年建成100兆瓦级高温超导聚变－裂变混合堆。该项目可实现能量倍增和燃料增殖，其部分核心核反应方程可分为：核反应①（）；核反应②（）；燃料增殖（，X经过次衰变生成）三部分，下列说法正确的是（    ） A．①是核裂变 B．②是核聚变 C． D． 跟踪训练2（多选）月球储藏了大量可控核聚变理想燃料氦，我国探测器已成功着陆月面并带回月壤供科学家研究。地球实验室中完成可控核聚变是靠温度和压力的共同作用完成的，某可控核聚变装置内发生的核反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．该反应属于衰变 B．是质子 C．的比结合能小于的比结合能 D．该反应中生成物的总质量大于反应物的总质量 跟踪训练3已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，的质量为m3，真空中的光速为c（题中所用物理量的单位均为国际单位）。 (1)写出两个氘核聚变为一个的核反应方程，并计算释放的能量； (2)已知1kg煤完全燃烧时放出的能量为q，求质量为M的氘核完全聚变为，释放的能量相当于多少kg煤完全燃烧时放出的能量？ 题型3 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：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。 3、粒子的分类 （1）强子：是参与强相互作用的粒子；质子和中子都是强子． （2）轻子：不参与强相互作用；电子、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：是传递各种相互作用的粒子，如光子，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。 （4）希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。 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。 （2）粒子物理标准模型是一整套关于粒子的理论；其中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。 【探究归纳】随着研究深入，人们发现早期定义的 “基本粒子”（光子、电子、质子、中子）并非不可再分，粒子可按参与的相互作用分为强子、轻子、规范玻色子等类别，质子和中子等强子由夸克构成。 【典例3-1】下列关于近代物理的说法正确的是（　　） A．贝克勒尔发现的天然放射现象，说明原子核有复杂结构 B．原子核发生衰变时，产生的射线本质是高速电子流，因核内没有电子，所以射线是核外电子逸出原子形成的 C．强子是参与强相互作用的粒子，因而质子、中子和电子都属于强子 D．结合能越大的原子核越牢固 【典例3-2】（多选）按照现代的粒子理论，可以将粒子分为四大类：规范玻色子、希格斯玻色子、轻子和强子。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，它们分别是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量为或，电荷量e为元电荷。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 跟踪训练1按照宇宙大爆炸理论思想，在宇宙大爆炸的过程中，关于恒星的演化，下列说法中正确的是（ ） A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成密度极小的白矮星 B．恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星 C．超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云，内部物质形成新的恒星 D．星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，中子星就形成了 跟踪训练2（多选）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。它们的带电荷量分别为±或±e，电荷量e为元电荷。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＋ 跟踪训练3仙女座星系是人们能用肉眼看到的最遥远的天体，但由于光速有限，你看到来自那里的光线，实际上已经在太空中行进了___________年，因此观察遥远的天体就等于在观察___________。宇宙很大，所以计算天体间的距离时常用___________作为单位，它等于___________。 【能力培优练】 1．2021年5月28日，有中国“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（）创亿度百秒世界新纪录，相关的核反应方程为，其中X表示的是（    ） A．质子 B．电子 C．中子 D．粒子 2．下列关于原子与原子核的说法正确的是（　　） A．卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型 B．原子核发生衰变时放出的电子来自原子核的核外电子 C．原子弹的反应原理是核聚变 D．氢原子可以吸收任意能量，从基态跃迁到激发态 3．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．光子属于轻子 D．夸克模型说明元电荷不再是电荷的最小单位 4．关于近代物理知识，下列说法中正确的是（　　） A．一个处于n=3能级的氢原子向基态跃迁最多能产生2种频率的光子 B．铀核裂变的一种核反应方程为 C．原子核的结合能越大，原子核越稳定 D．光电效应现象说明光具有波动性 5．2026年1月，中国的“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在实验中取得重要进展，为可控核聚变研究迈出关键一步。下列关于核聚变相关说法中正确的是（　　） A．目前世界上主流的核电站都利用了该反应的原理 B．核聚变反应前后不满足能量守恒定律 C．核聚变反应发生后，核子的比结合能增大 D．核聚变反应中释放的光子，来源于核外电子的能级跃迁 6．如今关于宇宙起源的主流理论是宇宙大爆炸论（宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。大爆炸论认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史：在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化）。支持宇宙大爆炸论的三个主要证据：星系红移；氦元素丰度；宇宙微波背景辐射。这三个证据都是被现代科学证明了的。对此，下列认识正确的是 （　　） ①宇宙的存在与发展是客观的 ②可论证、可证明是物质的唯一特性 ③宇宙大爆炸论从一个角度说明自然是物质的 ④宇宙大爆炸论是第一性的，宇宙存在是第二性的 A．①② B．①③ C．②④ D．③④ 7．介子会发生衰变，反应方程式为，即生成一个介子和一个子中微子。在云室中可观察到介子衰变前后部分粒子的运动轨迹，如图所示。已知云室中匀强磁场的方向垂直照片平面，粒子重力忽略不计，两段圆弧相切于P点，且。则和粒子的动量之比可能为（　　） A．1∶1 B．1∶3 C．3∶1 D．2∶1 8．原子核的比结合能曲线如图所示，由图中信息可知（　　） A．核比核更稳定 B．两个核聚变成核会放出能量 C．核裂变成核和核要吸收能量 D．核的结合能比核的结合能大 9．中国科学院在2025年11月1日发布消息，位于甘肃省武威市民勤县的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆，已成功实现了钍铀核燃料转换。钍基熔盐堆内的链式反应示意图如图所示，下列相关判断中正确的是（ ） A．核反应属于核聚变反应 B．一个核27天后必将发生衰变生成 C．压强增大，的半衰期变小 D．钍基熔盐堆是利用中子轰击引起的链式反应来获取核能的 10．2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核废水，消息一出举世哗然。福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钌106等放射性核素。由于含氚的水和普通的水具有相同的化学性质，物理性质也相近，因而现有的废水处理技术很难去除，氚的半衰期大约为12.5年。针对这一事件，下列同学的观点正确的是（　　） A．为了保护海洋环境，日本政府应在12.5年后再排放经过处理的核废水 B．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大 C．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最大 D．核反应方程：U＋n→Ba＋Kr＋3X中的X是质子 11．（多选）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，但核子数不变 D．重核裂变为中等质量的核时有质量亏损，放出核能 12．（多选）下列说法正确的是（　　） A．强子是参与强相互作用的粒子。质子、中子和电子都是强子 B．在惯性约束下，可以用高能量密度的激光照射参加反应物质从而引发核聚变 C．常见的金属没有规则的形状，但具有确定的熔点，故金属是晶体 D．取分子间距离r为无穷远时的分子势能为0，则当r<r0时，分子势能一定小于0 13．（多选）月球储藏大量可控核聚变理想燃料氦－3，2020年12月1日，我国嫦娥五号探测器成功着陆月面后开始“挖土”并成功带回地面供科学研究。核聚变反应方程为或。下列说法正确的是（　　） A．X是中子 B．Y是正电子 C．核聚变过程发生质量亏损，释放核能 D．比的原子核更稳定 14．（多选）下列图片及其相应描述正确的是（　　） A．图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子 B．图乙：从图中可以看出，随着温度的升高，所有波长辐射强度有所增加 C．图丙为铀核发生衰变的示意图，铀核的比结合能大于钍核的比结合能 D．图丁是核裂变反应堆的控制系统，为了减慢反应速率，应将镉棒插入深些 15．（多选）2025年全球首个全超导非圆截面托卡马克——“东方超环”，技术成果取得关键突破。一种典型的聚变反应是一个氘核和一个氚核聚变成氦核和某种强子x，已知、、和x的质量分别为、、和，1u相当于，阿伏伽德罗常数为，元电荷，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为，其中为质子 B．该核反应过程中释放的能量约为 C．氘完全参与该核反应时释放出能量的数量级为 D．要使该核聚变发生，必须使氘核和氚核的距离达到以内，让核力起作用 16．（多选）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＋ 17．（多选）我国已经建造出世界第一台全高温超导托卡马克装置——“洪荒70”，被称为“人造太阳”装置内部核反应方程为；，其中X为________，若的比结合能为E1，的比结合能为E2，的比结合能为E3，则核反应释放的核能为________________（用题中物理量符号表示）。 18．2025年1月，中国全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实现1亿摄氏度1066秒的高约束模等离子体稳态运行，向着核聚变商业应用迈出坚实一步。一个氘核（）和一个氚核（）聚变成氦核（）和另一粒子，已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，另一粒子质量为。真空中光速为c。则： (1)写出聚变时核反应方程； (2)求发生聚变时释放的核能。 19．原子弹和核反应堆都利用了原子核裂变产生的能量，后者能用来发电为人类造福。用一个中子轰击，可发生裂变反应生成和，并释放出几个中子，已知每个中子的质量，的质量，的质量的质量，质量亏损相当于释放的能量，真空中光速。 (1)请写出上述裂变中的核反应方程； (2)求一个在裂变反应中释放的核能的表达式（用表示）； (3)若某原子弹装料为的，其中大约有发生裂变，真实的裂变情况有很多种，假设发生的都是上述裂变反应，已知阿伏伽德罗常数，铀235的摩尔质量为，求这颗原子弹释放的能量约为多少？（结果保留2位有效数字） 【链接高考】 1．（2025·北京·高考真题）自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是（　　） A．已知氢原子的基态能量为，则反氢原子的基态能量也为 B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子 C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子 D．反氘核和反氚核的核聚变反应吸收能量 2．（2024·全国甲卷·高考真题）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用表示，式中x、y的值分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 3．（2024·浙江·高考真题）已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，中子质量为，阿伏加德罗常数取，氘核摩尔质量为，相当于。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程式为 B．氘核的比结合能比氦核的大 C．氘核与氚核的间距达到就能发生核聚变 D．氘完全参与聚变释放出能量的数量级为 4．（2026·浙江·高考真题）（多选）下列说法正确的是（   ） A．变化的电场会产生磁场 B．汽车经过凹形路面最低点时处于超重状态 C．相对论时空观认为运动物体的长度与速度无关 D．秦山核电站通过提取海水中的氘和氚进行核反应获取能量 5．（2025·福建·高考真题）（多选）2025年，我国“人造太阳”实现了等离子体原子核温度超1亿度的突破。在1亿度的高温条件下“人造太阳”内可发生如下核反应：→+17.5MeV，若动量大小相等，方向相反的氘核与氚核正碰后发生核反应，反应产生的与的总动能近似等于核反应释放的全部能量，则（　　） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变反应 C．获得的动能约为14MeV D．获得的动能约为14MeV 6．（2024·浙江·高考真题）（多选）下列说法正确的是（　　） A．中子整体呈电中性但内部有复杂结构 B．真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都相同 C．增加接收电路的线圈匝数，可接收更高频率的电台信号 D．分子间作用力从斥力变为引力的过程中，分子势能先增加后减少 / 学科网（北京）股份有限公司 $