5.4～5.5核裂变与核聚变和“基本”粒子 知识解读 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

本讲义聚焦核裂变与核聚变、“基本”粒子核心知识点，系统梳理核裂变的链式反应及反应堆结构，核聚变的条件与能量优势，粒子的分类（强子、轻子等），构建从核反应应用到微观粒子结构的学习支架。 资料结合“中国环流三号”等前沿科技案例，通过典例与变式题培养科学思维，对比表格助学生形成物理观念，渗透科学态度与责任。课中辅助教师讲解，课后作业检测可帮学生查漏补缺，强化知识应用。

5.4~5.5核裂变与核聚变和“基本”粒子（知识解读）（原卷版） •知识点1 核裂变和反应堆与核电站 •知识点2 核聚变 •知识点3 发现新粒子与粒子的分类 •作业 随堂检测 知识点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。 【典例1】一种典型的核聚变方程式为，一种典型的核裂变方程式为，下列说法正确的是（　　） A．Y为 B．X为质子 C．核聚变为放热反应，核裂变为吸热反应 D．比Y稳定 【变式1-1】近日，中国成功运行全球首座钍基熔盐堆反应堆。反应堆中涉及的核反应方程有：①②，下列说法正确的是（　　） A．方程①中发生了衰变 B．方程②中发生了核裂变反应 C．10克经其一个半衰期剩下5克 D．受反应堆高温影响，的半衰期会变短 【变式1-2】（多选）关于铀核裂变，下列说法正确的是（　　） A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核 B．铀核裂变时还能同时释放个中子 C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀235而不用铀238 D．铀块的体积对产生链式反应无影响 【变式1-3】2023年4月，日本政府不顾国际社会强烈反对，启动福岛第一核电站核污水的排海行动，这一行为引发全球担忧。福岛核污水中含有60多种放射性核素，其中碳14的半衰期约为5730年，1g碳14衰变到剩余需要约________年。如何更安全的利用核能成为人类迫切需要解决的问题，目前人们获取核能主要有两条途径；重核裂变和轻核聚变，请将下列核反应方程补充完整：________；________。 知识点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 【典例2】2025年3月，我国“中国环流三号”首次实现双亿度突破，为未来可控核聚变能源提供关键技术支撑。已知某核反应中，一个氘核和一个氚核结合生成一个氦核并放出一个粒子，同时释放约17.6MeV的能量，关于该核反应说法正确的是（　　） A．放出的粒子为质子 B．核聚变需要极高的温度，让原子核获得足够大的动能以克服核子间的万有引力 C．核聚变过程中，生成氦核的比结合能大于氘核或氚核的比结合能 D．核聚变反应中会释放能量，质量数会减小 【变式2-1】BEST装置实现核聚变需要将燃料加热到极高温度，为实现可控核聚变的实际应用又迈进一步。下列说法正确的是（　　） A．燃料会发生链式反应 B．聚变反应吸收能量而不是释放能量 C．若反应物为和，生成物为，则聚变反应方程为 D．高温的目的是使原子核具有足够大的动能，能够克服库仑斥力，从而发生核裂变 【变式2-2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．是核聚变方程 B．是核聚变方程 C．是核聚变方程 D．是衰变方程 【变式2-3】“中国环流三号”是中国自主设计研制的可控核聚变大科学装置，由于可控核聚变能源产生能量的原理与太阳发光发热的原理一样，它也被称为新一代“人造太阳”，能量来源于氢核聚变。核反应的方程式为，其中为_____（选填“”“”或“”）。已知核反应过程质量亏损为∆m，真空中光速为c，该反应释放的核能为_____。 知识点3 发现新粒子与粒子的分类 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。 3、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。 2、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。 3、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。 【典例3】下列对分子动理论和内能的理解正确的是（　　） A．构成物质的微观单元是多种多样的，可以是分子、原子、质子、中子、夸克 B．颗粒越大，布朗运动越显著 C．分子间距离越大分子力越小 D．外界对物体做功，物体的内能一定增大 【变式3-1】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 【变式3-2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．α粒子散射实验，可用于估算原子核大小 B．随着温度降低，黑体辐射的各种波长辐射强度均减小 C．参与强相互作用的强子的质量均比参与弱相互作用的轻子的质量大 D．增加衍射光栅的狭缝个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将减小 【变式3-3】粒子的分类 （1）强子：是___________(填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子。___________和___________都是强子。 （2）轻子：___________(填“参与”或“不参与”)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：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：是希格斯场的量子激发。 1．氘—氚聚变是“第一代”聚变反应，该反应产生的高能中子会损害反应堆内壁，导致反应装置寿命缩短。“第二代”聚变是氘和氦3反应。“第三代”聚变有氦3跟氦3的反应，这种聚变不会产生中子，故反应装置需要的防护条件简单，是未来核聚变的理想方向。若其核反应方程写为：，则X是（　　） A．粒子 B．粒子 C．质子 D．中子 2．关于粒子，下列说法正确的是（　　） A．质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷 B．强子都是带电的粒子 C．目前发现的轻子只有8种 D．光子属于轻子 3．关于大爆炸宇宙模型的下列说法正确的是（　　） A．宇宙起源于一个特殊的点，这个点大爆炸，是空间的开始 B．宇宙起源于一个特殊的点，在这个点爆炸之前时间已经存在 C．宇宙大爆炸后空间膨胀一定会一直持续下去，永不停止 D．宇宙起源的“奇点”温度无穷低，密度无穷大 4．近年来我国在“人造太阳”可控核聚变、量子通信卫星等科研领域取得丰硕成果。下列说法正确的是（　　） A．光子能量与波长成正比 B．光电效应现象说明光具有波动性 C．，该核反应吸收能量 D．，该核反应中的X为中子 5．2023年10月，我国紧凑型聚变核能实验装置（BEST）主机首个关键部件——杜瓦底座研制成功并顺利完成交付，对我国率先开展前沿聚变研究、持续引领国际核聚变能发展具有重要意义，该装置发生的核聚变反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．该反应为衰变 B．方程中的内有4个核子 C．反应后总质量数减少 D．的中子数为3 6．2026年，“中国聚变工程实验堆（CFETR）”取得重大突破，首次实现稳态运行。在某核反应中，反应方程为，已知的比结合能为,的比结合能为 ，He的比结合能为，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中X为 B．核反应中的质量亏损可表示为 C．核聚变需要极高的温度，是为了克服原子核间的万有引力 D．半衰期为12.46年，现有10个氚原子核，经过12.46年后剩下5个氚原子核 7．2025年3月，我国“中国环流三号”首次实现“双亿度”突破，为未来可控核聚变能源提供关键技术支撑。已知某核反应中，一个氘核和一个氚核结合生成一个氦核并放出一个粒子X，同时释放约17.6MeV的能量，关于该核反应说法正确的是（　　） A．核聚变反应中，轻核结合成重核时会释放能量，其本质是质量亏损转化为能量 B．装置中发生的核聚变反应方程为 C．核聚变需要极高的温度，是为克服核子间的万有引力 D．核聚变过程中，生成氦核的比结合能比反应前氘核或氚核的更小 8．关于恒星的演化，下列说法正确的是（　　） A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成密度极大的白矮星 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宇宙中成为星云，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 9．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．反粒子与其对应的粒子的质量相同、电荷量相同，而电性相反 B．光子传递电磁相互作用，属于规范玻色子 C．轻子是质量很轻的粒子 D．强子是参与强相互作用的粒子 10．（多选）历史上，为了研究原子、原子核的性质，科学家们做了大量的实验研究，下面四幅示意图中说法正确的是（　　） A．卢瑟福根据图①的α粒子散射实验结果提出了原子核式结构模型 B．图②表示的重核裂变的核反应方程为： C．图③中向左偏转的是β射线，向右偏转的是α射线，不偏转的是γ射线 D．用图④中一群处于n=3能级的氢原子发出的光照射逸出功为3.34eV的锌板，能发生光电效应 11．（多选）下列说法正确的是（   ） A．卢瑟福通过α粒子轰击氮原子核实验发现了质子，并猜想了中子的存在 B．核聚变必须在上亿摄氏度高温作用下进行，使得一部分原子核具有足够的动能，克服核子之间的库仑力的作用 C．由麦克斯韦电磁场理论可知，变化的磁场产生变化的电场 D．原子序数较大的原子核中子数多于质子数是因为核力的饱和性 12．（多选）下列说法正确的是（　　） A．无线电信号在发射前需经过调谐才能更有效的发射 B．相对论时空观认为微观粒子高速运动时比其低速运动时的寿命长 C．中子速度太慢，铀核不能“捉”住它，在铀棒周围要放“慢化剂”使其加速为快中子 D．弱相互作用是引起β衰变的原因，其力程比强相互作用更短，只有 13．（多选）下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（　　） A．图甲：原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成，而质子和中子则由更小的微粒组成 B．图乙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 C．图丙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能 D．图丁：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一 14．中国自主研发的全超导托卡马克装置EAST（东方超环）在2025年1月20日创造了新的世界纪录，成功实现1亿摄氏度下等离子体稳态运行1066秒。该装置内部发生的核反应方程为，已知的平均结合能分别为1.09MeV，2.78MeV，7.03MeV，则X为______（选填“质子”“中子”或“电子”），该核反应释放的能量为______MeV。 15．我国可控核聚变技术已经走在了世界前列，3月28日，位于四川成都的新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现了原子核和电子温度均突破1亿摄氏度。氘核（）和氚核（）结合成氦核（）时，要放出某种质量m=1.0087u的粒子，同时释放出能量。已知氘核质量m氘=2.0141u，氚核质量m氚=3.0161u，氦核质量m氦=4.0026u，根据爱因斯坦的质能方程可知1u的质量相当于931.5MeV的能量。取阿伏加德罗常数，氘核的摩尔质量为。 (1)写出该核聚变反应的核反应方程式； (2)求m0=4g的氘核完全参与上述核聚变反应所释放的核能。（计算结果保留2位有效数字） 16．我国自主研发的“华龙一号”核电站采用铀235作为核燃料，其核反应堆工作时通过核裂变释放能量发电。已知一个铀235核（）裂变时可能产生多种产物，其中一种典型的反应是生成氙核（）和锶核（），并放出若干个中子。已知铀235核的质量为235.0439u，氙核的质量为135.9072u，锶核的质量为89.9077u，中子的质量为1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量， (1)写出铀235核裂变的核反应方程式，并计算一个铀235核裂变释放的能量（结果保留2位有效数字）。 (2)若核电站发电功率为，效率为40%，且所有铀235均按上述方式裂变，求每年（365天）消耗的铀235的质量（结果保留2位有效数字）。 (3)裂变产生的中子需减速至0.025eV才能被吸收。若裂变产生的中子初动能为2MeV，每次与静止碳核（）发生弹性碰撞后动能减为原来的64%，求需碰撞多少次才能被吸收？（已知，） 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.4~5.5核裂变与核聚变和“基本”粒子（知识解读）（解析版） •知识点1 核裂变和反应堆与核电站 •知识点2 核聚变 •知识点3 发现新粒子与粒子的分类 •作业 随堂检测 知识点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。 【典例1】一种典型的核聚变方程式为，一种典型的核裂变方程式为，下列说法正确的是（　　） A．Y为 B．X为质子 C．核聚变为放热反应，核裂变为吸热反应 D．比Y稳定 【答案】A 【详解】AB．先通过聚变反应确定粒子X：左边总电荷数，总质量数；右边电荷数2、质量数3，因此X电荷数为，质量数为，即X是中子（）。 代入裂变反应：左边总电荷数，总质量数；右边Y的电荷数为，质量数为，即Y为，故A正确，B错误。 C．核聚变和核裂变都存在质量亏损，均释放核能，属于放热反应，故C错误。 D．比结合能越大原子核越稳定，中等质量核的比结合能最大。Y（质量数89）比（质量数144）更接近中等质量，比结合能更大，因此Y更稳定，故D错误。 故选A。 【变式1-1】近日，中国成功运行全球首座钍基熔盐堆反应堆。反应堆中涉及的核反应方程有：①②，下列说法正确的是（　　） A．方程①中发生了衰变 B．方程②中发生了核裂变反应 C．10克经其一个半衰期剩下5克 D．受反应堆高温影响，的半衰期会变短 【答案】C 【详解】A．根据核反应电荷数、质量数守恒，方程①中X的电荷数为，质量数为，即X是电子，该反应为衰变，不是衰变，故A错误； B．核裂变是重核分裂为多个中等质量原子核的反应，方程②是俘获中子生成，不属于裂变反应，故B错误； C．半衰期的定义为：经过一个半衰期，放射性元素有半数原子核发生衰变，剩余未衰变的该元素质量为初始质量的，因此10克经一个半衰期剩余5克，故C正确； D．半衰期由原子核内部结构决定，与外界温度、压强等外部环境无关，高温不会改变的半衰期，故D错误。 故选C。 【变式1-2】（多选）关于铀核裂变，下列说法正确的是（　　） A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核 B．铀核裂变时还能同时释放个中子 C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀235而不用铀238 D．铀块的体积对产生链式反应无影响 【答案】BC 【详解】AB．铀核受到中子的轰击，会引起核裂变，放出个中子，裂变的产物是多样的，具有极大的偶然性，只是裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，故A错误，B正确； C．铀235受慢中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在以上的中子才能引起裂变，且裂变的概率小，故C正确； D．要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故D错误。 故选BC。 【变式1-3】2023年4月，日本政府不顾国际社会强烈反对，启动福岛第一核电站核污水的排海行动，这一行为引发全球担忧。福岛核污水中含有60多种放射性核素，其中碳14的半衰期约为5730年，1g碳14衰变到剩余需要约________年。如何更安全的利用核能成为人类迫切需要解决的问题，目前人们获取核能主要有两条途径；重核裂变和轻核聚变，请将下列核反应方程补充完整：________；________。 【答案】 11460 【详解】[1] 由半衰期公式 即 解得 [2][3] 根据质量数和电荷数守恒可得 知识点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 【典例2】2025年3月，我国“中国环流三号”首次实现双亿度突破，为未来可控核聚变能源提供关键技术支撑。已知某核反应中，一个氘核和一个氚核结合生成一个氦核并放出一个粒子，同时释放约17.6MeV的能量，关于该核反应说法正确的是（　　） A．放出的粒子为质子 B．核聚变需要极高的温度，让原子核获得足够大的动能以克服核子间的万有引力 C．核聚变过程中，生成氦核的比结合能大于氘核或氚核的比结合能 D．核聚变反应中会释放能量，质量数会减小 【答案】C 【详解】A．根据核反应电荷数、质量数守恒，氘氚聚变的反应方程为 可知放出的粒子X为中子，不是质子，故A错误； B．原子核带正电，核聚变需要极高温度是为了让原子核获得足够动能克服原子核间的库仑斥力，核子间万有引力作用极弱可忽略，故B错误； C．比结合能越大原子核越稳定，该核聚变反应释放能量，说明生成的氦核比反应前的氘核、氚核更稳定，因此氦核的比结合能大于氘核或氚核的比结合能，故C正确； D．核反应过程遵循质量数守恒，核聚变释放能量对应存在静质量亏损，但质量数（质子和中子的总数）不会减小，故D错误。 故选C。 【变式2-1】BEST装置实现核聚变需要将燃料加热到极高温度，为实现可控核聚变的实际应用又迈进一步。下列说法正确的是（　　） A．燃料会发生链式反应 B．聚变反应吸收能量而不是释放能量 C．若反应物为和，生成物为，则聚变反应方程为 D．高温的目的是使原子核具有足够大的动能，能够克服库仑斥力，从而发生核裂变 【答案】C 【详解】A．链式反应是核裂变的特征，核聚变是轻核聚合成较重核的过程，不会发生链式反应，故A错误； B．核聚变反应存在质量亏损，根据质能方程可知聚变反应释放能量，高温是反应发生的条件，并非反应吸收能量，故B错误； C．核反应满足质量数和电荷数守恒，左边总质量数为5，总电荷数为2，右边氦核质量数为4、电荷数为2，中子质量数为1、电荷数为0，总质量数5，总电荷数为2，守恒关系成立，反应方程正确，故C正确； D．高温的目的是使原子核具有足够动能克服库仑斥力发生核聚变，不是核裂变，故D错误。 故选C。 【变式2-2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．是核聚变方程 B．是核聚变方程 C．是核聚变方程 D．是衰变方程 【答案】AD 【详解】A．是氢的两种同位素（氘和氚）聚合成氦核的反应，属于核聚变，故A正确； B．是用质子轰击氮原子核产生新核的反应，属于人工核转变，不是核聚变，故B错误； C．是用粒子轰击铝原子核的人工核转变，不是核聚变，故C错误； D．是铀核放出粒子（氦核）的衰变，属于衰变，故D正确。 故选AD。 【变式2-3】“中国环流三号”是中国自主设计研制的可控核聚变大科学装置，由于可控核聚变能源产生能量的原理与太阳发光发热的原理一样，它也被称为新一代“人造太阳”，能量来源于氢核聚变。核反应的方程式为，其中为_____（选填“”“”或“”）。已知核反应过程质量亏损为∆m，真空中光速为c，该反应释放的核能为_____。 【答案】 【详解】[1]根据电荷数和质量数守恒可知，核反应方程为 所以，X为； [2]根据质能方程可知，该反应释放的核能为 知识点3 发现新粒子与粒子的分类 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。 3、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。 2、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。 3、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。 【典例3】下列对分子动理论和内能的理解正确的是（　　） A．构成物质的微观单元是多种多样的，可以是分子、原子、质子、中子、夸克 B．颗粒越大，布朗运动越显著 C．分子间距离越大分子力越小 D．外界对物体做功，物体的内能一定增大 【答案】A 【详解】A．构成物质的微观单元是多种多样的，可以是分子、原子、质子、中子、夸克，故A正确； B．颗粒越小，颗粒受力后的不平衡性越明显，布朗运动越显著，故B错误； C．当分子力表现为斥力时，分子间距离越大分子斥力越小，当分子力表现为引力时，随着分子间距离的增大，分子引力先变大后变小，故C错误； D．外界对物体做功，但与外界热量交换情况未知，故物体的内能不一定增大，故D错误。 故选A。 【变式3-1】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。 【变式3-2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．α粒子散射实验，可用于估算原子核大小 B．随着温度降低，黑体辐射的各种波长辐射强度均减小 C．参与强相互作用的强子的质量均比参与弱相互作用的轻子的质量大 D．增加衍射光栅的狭缝个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将减小 【答案】AB 【详解】A．α 粒子散射实验中，绝大多数 α 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，少数 α 粒子发生了大角度偏转，极少数 α 粒子甚至被反弹回来。根据 α 粒子散射实验中 α 粒子接近原子核时的散射情况，可以估算出原子核的大小，原子核半径的数量级在10−15m左右，故A正确； B．随着温度降低，黑体辐射的各种波长的辐射强度都减小，且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，故B正确； C．参与强相互作用的强子有质子、中子等，参与弱相互作用的轻子有电子、中微子等，一般情况下，强子质量比轻子质量大，但有些强子的质量相对来说也不是特别大，所以不能一概而论地说强子的质量均比轻子的质量大，故C错误； D．增加衍射光栅的狭缝个数，衍射条纹的宽度将变窄，根据光的干涉原理，更多的狭缝会使光叠加后能量更加集中，所以亮度将增大，而不是减小，故D错误。 故选AB。 【变式3-3】粒子的分类 （1）强子：是___________(填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子。___________和___________都是强子。 （2）轻子：___________(填“参与”或“不参与”)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：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：是希格斯场的量子激发。 【答案】 参与 质子 中子 不参与 电子 传递 光子 【详解】（1）[1][2][3]强子：是参与强相互作用的粒子。质子和中子都是强子。 （2）[4][5]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）[6][7]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。 1．氘—氚聚变是“第一代”聚变反应，该反应产生的高能中子会损害反应堆内壁，导致反应装置寿命缩短。“第二代”聚变是氘和氦3反应。“第三代”聚变有氦3跟氦3的反应，这种聚变不会产生中子，故反应装置需要的防护条件简单，是未来核聚变的理想方向。若其核反应方程写为：，则X是（　　） A．粒子 B．粒子 C．质子 D．中子 【答案】C 【详解】令X的质量数为m，电荷数为n，根据质量数守恒有 根据电荷数守恒有 解得m=1，n=1 可知X是质子。 故选C。 2．关于粒子，下列说法正确的是（　　） A．质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷 B．强子都是带电的粒子 C．目前发现的轻子只有8种 D．光子属于轻子 【答案】A 【详解】A．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，则质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷，故A正确； B．有的强子带电，有的强子不带电，故B错误； C．目前发现的轻子只有6种，故C错误； D．质子和中子属于强子，光子属于规范玻色子，故D错误。 故选A。 3．关于大爆炸宇宙模型的下列说法正确的是（　　） A．宇宙起源于一个特殊的点，这个点大爆炸，是空间的开始 B．宇宙起源于一个特殊的点，在这个点爆炸之前时间已经存在 C．宇宙大爆炸后空间膨胀一定会一直持续下去，永不停止 D．宇宙起源的“奇点”温度无穷低，密度无穷大 【答案】A 【详解】D．根据大爆炸宇宙模型，宇宙起源于“奇点”，该“奇点”温度无穷高，密度无穷大，认为该点拥有无穷的能量，但体积无穷小，故D错误； C．宇宙爆炸后，急剧膨胀，宇宙未来的演化有两种可能，一是持续膨胀，另一种是膨胀到极限后又收缩成一个新的“奇点”，故C错误； AB．“奇点”爆炸是宇宙的始点，既是时间的起点又是空间的始点，故A正确，B错误。 故选A。 4．近年来我国在“人造太阳”可控核聚变、量子通信卫星等科研领域取得丰硕成果。下列说法正确的是（　　） A．光子能量与波长成正比 B．光电效应现象说明光具有波动性 C．，该核反应吸收能量 D．，该核反应中的X为中子 【答案】D 【详解】A．光子能量满足公式，光子能量与波长成反比，故A错误； B．光电效应现象说明光具有粒子性，光的干涉、衍射现象才体现光的波动性，故B错误； C．该反应为轻核聚变反应，反应过程存在质量亏损，会释放大量能量，故C错误； D．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒，X的质量数为，电荷数为，可知X为中子，故D正确。 故选D。 5．2023年10月，我国紧凑型聚变核能实验装置（BEST）主机首个关键部件——杜瓦底座研制成功并顺利完成交付，对我国率先开展前沿聚变研究、持续引领国际核聚变能发展具有重要意义，该装置发生的核聚变反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．该反应为衰变 B．方程中的内有4个核子 C．反应后总质量数减少 D．的中子数为3 【答案】B 【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程 该反应是轻核聚变，故A错误； B．X内有4个核子，故B正确； C．核反应前后总质量数守恒，该反应前后总质量数均为5，没有减少，故C错误； D．原子核的中子数=质量数-质子数，的质子数为1，质量数为3，因此中子数为，故D错误。 故选B。 6．2026年，“中国聚变工程实验堆（CFETR）”取得重大突破，首次实现稳态运行。在某核反应中，反应方程为，已知的比结合能为,的比结合能为 ，He的比结合能为，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中X为 B．核反应中的质量亏损可表示为 C．核聚变需要极高的温度，是为了克服原子核间的万有引力 D．半衰期为12.46年，现有10个氚原子核，经过12.46年后剩下5个氚原子核 【答案】B 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知X为，故A错误； B．对该核反应，由能量守恒可得 解得，故B正确； C．原子核带正电，核聚变需要高温是为了让原子核获得足够动能克服原子核间的库仑斥力，万有引力作用极弱，故C错误； D．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适用，故D错误。 故选B。 7．2025年3月，我国“中国环流三号”首次实现“双亿度”突破，为未来可控核聚变能源提供关键技术支撑。已知某核反应中，一个氘核和一个氚核结合生成一个氦核并放出一个粒子X，同时释放约17.6MeV的能量，关于该核反应说法正确的是（　　） A．核聚变反应中，轻核结合成重核时会释放能量，其本质是质量亏损转化为能量 B．装置中发生的核聚变反应方程为 C．核聚变需要极高的温度，是为克服核子间的万有引力 D．核聚变过程中，生成氦核的比结合能比反应前氘核或氚核的更小 【答案】A 【详解】A．根据爱因斯坦质能方程，轻核聚变过程中存在质量亏损，亏损的质量对应释放的核能，故A正确； B．核反应必须满足电荷数、质量数守恒，氘氚聚变的正确方程为，故B错误； C．原子核带正电，核聚变需要高温是为了让原子核获得足够动能克服原子核间的库仑斥力，万有引力作用极弱，故C错误； D．比结合能越大原子核越稳定，该反应释放能量，说明生成的氦核比反应物更稳定，因此氦核的比结合能大于氘核、氚核的比结合能，故D错误。 故选A。 8．关于恒星的演化，下列说法正确的是（　　） A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成密度极大的白矮星 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宇宙中成为星云，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．小恒星燃料耗尽后会收缩成白矮星，但密度并非极大，白矮星的密度小于中子星，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继续扩散到太空中，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。 9．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．反粒子与其对应的粒子的质量相同、电荷量相同，而电性相反 B．光子传递电磁相互作用，属于规范玻色子 C．轻子是质量很轻的粒子 D．强子是参与强相互作用的粒子 【答案】ABD 【详解】A．反粒子与其对应的粒子质量相同，电荷量相等但电性相反，即电荷相反，故A正确； B．光子是传递电磁相互作用的媒介粒子，属于规范玻色子，故B正确； C．轻子的定义是不参与强相互作用的粒子，而非仅质量轻（如τ轻子质量较大但仍属轻子），故C错误； D．强子是参与强相互作用的粒子（如质子、中子），故D正确。 故选ABD。 10．（多选）历史上，为了研究原子、原子核的性质，科学家们做了大量的实验研究，下面四幅示意图中说法正确的是（　　） A．卢瑟福根据图①的α粒子散射实验结果提出了原子核式结构模型 B．图②表示的重核裂变的核反应方程为： C．图③中向左偏转的是β射线，向右偏转的是α射线，不偏转的是γ射线 D．用图④中一群处于n=3能级的氢原子发出的光照射逸出功为3.34eV的锌板，能发生光电效应 【答案】AD 【详解】A．卢瑟福根据图①的α粒子散射实验结果，少数α粒子发生了大角度偏转，提出了原子核式结构模型，故A正确； B．重核裂变的核反应方程为： 左侧的中子体现了链式反应，不能够消去，故B错误； C．β射线带负电，α射线带正电，γ射线不带电，根据左手定则可知，图③中向左偏转的是α射线，向右偏转的是β射线，不偏转的是γ射线，故C错误； D．一群处于n=3能级的氢原子发出的光的光子能量的最大值为 可知，能使逸出功为3.34eV的锌板发生光电效应，故D正确。 故选AD。 11．（多选）下列说法正确的是（   ） A．卢瑟福通过α粒子轰击氮原子核实验发现了质子，并猜想了中子的存在 B．核聚变必须在上亿摄氏度高温作用下进行，使得一部分原子核具有足够的动能，克服核子之间的库仑力的作用 C．由麦克斯韦电磁场理论可知，变化的磁场产生变化的电场 D．原子序数较大的原子核中子数多于质子数是因为核力的饱和性 【答案】AD 【详解】A．卢瑟福通过α粒子轰击氮原子核实验发现了质子，并猜想了中子的存在，故A正确； B．核聚变必须在几百万开尔文高温作用下进行，使得一部分原子核具有足够的动能，克服原子核之间的库仑斥力的作用，故B错误； C．根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的磁场产生稳定的电场，故C错误； D．由于核力的饱和性，原子序数较大的原子核中子数多于质子数，故D正确。 故选AD。 12．（多选）下列说法正确的是（　　） A．无线电信号在发射前需经过调谐才能更有效的发射 B．相对论时空观认为微观粒子高速运动时比其低速运动时的寿命长 C．中子速度太慢，铀核不能“捉”住它，在铀棒周围要放“慢化剂”使其加速为快中子 D．弱相互作用是引起β衰变的原因，其力程比强相互作用更短，只有 【答案】BD 【详解】A．无线电信号在发射前需采用开放电路并经过调制才能更有效发射，故A错误； B．相对论时空观中微观粒子在高速运动时比低速运动时的寿命长，故B正确； C．核裂变产生的是速度很大的快中子，因此，还要设法使快中子减速，为此，在铀核周围要放“慢化剂”，快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子速度减少，变为慢中子，故C错误； D．弱相互作用是引起衰变的原因，其力程比强相互作用更短，只有，故D正确。 故选BD 。 13．（多选）下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（　　） A．图甲：原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成，而质子和中子则由更小的微粒组成 B．图乙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 C．图丙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能 D．图丁：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一 【答案】AD 【详解】A．图甲表示原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子组成，而质子和中子则由更小的微粒组成，故A正确； B．图乙为粒子散射实验装置图，卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，故B错误； C．图丙表示用中子轰击铀核使其发生裂变，故C错误； D．图丁普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故D正确。 故选AD。 14．中国自主研发的全超导托卡马克装置EAST（东方超环）在2025年1月20日创造了新的世界纪录，成功实现1亿摄氏度下等离子体稳态运行1066秒。该装置内部发生的核反应方程为，已知的平均结合能分别为1.09MeV，2.78MeV，7.03MeV，则X为______（选填“质子”“中子”或“电子”），该核反应释放的能量为______MeV。 【答案】 中子 17.60/17.6 【详解】[1]根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子； [2]核反应释放的能量为 15．我国可控核聚变技术已经走在了世界前列，3月28日，位于四川成都的新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现了原子核和电子温度均突破1亿摄氏度。氘核（）和氚核（）结合成氦核（）时，要放出某种质量m=1.0087u的粒子，同时释放出能量。已知氘核质量m氘=2.0141u，氚核质量m氚=3.0161u，氦核质量m氦=4.0026u，根据爱因斯坦的质能方程可知1u的质量相当于931.5MeV的能量。取阿伏加德罗常数，氘核的摩尔质量为。 (1)写出该核聚变反应的核反应方程式； (2)求m0=4g的氘核完全参与上述核聚变反应所释放的核能。（计算结果保留2位有效数字） 【详解】（1）该核反应方程式为 （2）该核反应中的质量亏损 一次核聚变反应中释放的核能 4g氘核含有氘核的数目为 4g氘核完全参与上述核聚变反应所释放的核能 代入数据解得 16．我国自主研发的“华龙一号”核电站采用铀235作为核燃料，其核反应堆工作时通过核裂变释放能量发电。已知一个铀235核（）裂变时可能产生多种产物，其中一种典型的反应是生成氙核（）和锶核（），并放出若干个中子。已知铀235核的质量为235.0439u，氙核的质量为135.9072u，锶核的质量为89.9077u，中子的质量为1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量， (1)写出铀235核裂变的核反应方程式，并计算一个铀235核裂变释放的能量（结果保留2位有效数字）。 (2)若核电站发电功率为，效率为40%，且所有铀235均按上述方式裂变，求每年（365天）消耗的铀235的质量（结果保留2位有效数字）。 (3)裂变产生的中子需减速至0.025eV才能被吸收。若裂变产生的中子初动能为2MeV，每次与静止碳核（）发生弹性碰撞后动能减为原来的64%，求需碰撞多少次才能被吸收？（已知，） 【详解】（1）铀235核裂变的核反应方程式为 质量亏损为 一个铀235核裂变释放的能量为 （2）核电站每年输出的能量为 需要的总核能为 一个铀235核裂变释放的能量为 需要的铀235核数为个 每年消耗的铀235的质量为 （3）每次碰撞后中子动能比例为 设需要碰撞次，则有 可得 其中， 联立解得 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $