第19讲：核裂变与核聚变、“基本”粒子【七大考点+七大题型】-2025-2026学年高二下学期物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版选择性必修第三册）

该高中物理讲义以“核裂变与核聚变、‘基本’粒子”为核心，通过“考点归纳-知识梳理-技巧总结”三级框架构建知识体系。知识梳理部分用表格对比重核裂变与轻核聚变的放能原理、条件等，考点归纳明确核反应方程、能量计算等七大重难点，清晰呈现知识内在逻辑。 讲义亮点在于题型设计与实际情境结合，如核裂变方程题型以漳州核电站为背景，培养科学思维与科学态度。技巧归纳表格（如核电站部件作用）辅助理解，典例与变式题分层训练，帮助不同学生掌握能量计算等方法，为教师精准教学和学生自主复习提供有力支持。

第19讲：核裂变与核聚变、“基本”粒子 【考点归纳】 · 考点一：铀核的核裂变方程 · 考点二：计算核裂变放出的能量 · 考点三：核聚变现象和条件 · 考点四：计算核聚变放出的能量 · 考点五：“基本”粒子 · 考点六：核裂变与聚变的交汇问题 · 考点七：核裂变与聚变的计算问题 【知识归纳】 知识点一、核裂变的发现 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． 知识点二、反应堆与核电站 1．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． 2．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． 3．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． 技巧归纳1．核电站的主要部件及作用 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 防止放射线泄露，对人体及其他生物体造成伤害 知识点三、核聚变 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：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：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． 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． 技巧归纳2：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 知识点四、“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． 知识点五、粒子的分类 1．强子：是参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子．质子和中子都是强子． 2．轻子：不参与(填“参与”或“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． 知识点三、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． 技巧归纳3：新粒子的发现及分类 1．新粒子的发现 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、寿命、自旋等物理性质与对应粒子相同，而电荷等其他性质相反 比质子的质量小 质量介于电子与质子之间 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 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 未发现内部结构 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 是希格斯场的量子激发 【题型归纳】 题型一：铀核的核裂变方程 【典例1】．（2026·福建·模拟预测）漳州核电站是全球最大的“华龙一号”核电基地。核电站的能量来源于原子核的裂变，其中一个典型的核反应方程为，则X为（　　） A． B． C． D． 【变式1】．（2026·福建福州·二模）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 【变式2】．（25-26高三上·河北承德·期末）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． 题型二：计算核裂变放出的能量 【典例2】．（25-26高三上·广东揭阳·期末）核潜艇是一种以核能为动力来源的潜艇，其核反应方程式为，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中 B．核反应方程中 C．的平均结合能大于的平均结合能 D．的核子平均质量小于的核子平均质量 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）用中子轰击铀核发生裂变反应，会产生钡核和氪核，并释放中子，当达到某些条件时可发生链式反应。一个铀核裂变时，质量亏损为，已知光在真空中的传播速度为c，以下说法正确的是（　　） A．的裂变方程为 B．发生链式反应的条件与铀块的温度有关 C．发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D．一个铀核裂变时，放出的能量 【变式2】．（24-25高二下·全国·单元测试）2022年6月23日，辽宁红沿河核电站6号机组正式具备商业运行条件，该核电站是中国首次一次同时装机4台百万千瓦级核电机组标准化、规模化建设的核电项目，也是东北地区第一个核电站。现代核电站主要是通过可控链式核裂变反应来实现核能的和平利用。已知一个原子核在中子的轰击下发生裂变反应，其裂变方程为下列说法正确的是（　　） A．裂变方程式左右两边都有中子，可以改写成 B．在中子轰击下发生裂变反应过程中，有质量亏损 C．裂变释放能量，原子核的结合能比原子核的大 D．在自然界中可发生衰变，60个铀核经过一个半衰期后一定有30个铀核发生衰变 题型三：核聚变现象和条件 【典例3】．（2026·安徽·二模）我国“人造太阳”在2025年创下“亿度千秒”的世界纪录，即在上亿摄氏度条件下实现1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为实现可控核聚变迈出了坚实的一步。核聚变燃料主要是氢的同位素，其核反应方程之一为：，下列说法正确的是（　　） A．x为质子 B．该反应属于α衰变 C．氦核内有2个质子，4个中子 D．该反应有质量亏损，会释放能量 【变式1】．（2026·江苏·模拟预测）中国的紧凑型聚变能实验装置BEST预计于2027年竣工，有望成为人类历史上首个实现核聚变发电的装置。其核聚变反应为，该反应释放的能量约为17.6MeV，已知光速（，，该反应中粒子X和质量亏损分别为（    ） A．， B．， C．， D．， 【变式2】．（2026·湖南长沙·二模）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 题型四：计算核聚变放出的能量 【典例4】．（2026·浙江·二模）氘氚聚变的核反应方程是，反应释放的能量主要以动能的形式存在。已知核的平均核子质量比核的平均核子质量大4.46，中子、质子的质量不相等。下列说法正确的是（　　） A．聚变放出的中子使反应继续进行形成链式反应 B．发生氘氚聚变至少需要17.6的初动能 C．反应后核与的动能之比约为 D．核的比结合能比核的比结合能大4.46 【变式1】．（25-26高三下·安徽·开学考试）2025年11月24日中国科学院面向国际聚变界首次发布BEST研究计划，BEST作为下一代人造太阳将在2027年底建成。它模拟太阳的聚变过程，利用氢的同位素——氘与氚的聚变反应释放能量，成为新一代人造太阳“中国环流三号”的核心接续装置。该聚变过程的主要核反应方程为，、、、质量依次是、、、，光速为c，下列关于该核反应说法正确的是（　　） A．X粒子是质子 B．可以自发产生 C．反应后总质量大于反应前总质量 D．释放的核能为 【变式2】．（25-26高二下·全国·课后作业）氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为，式中X是某种粒子。已知：、、和粒子X的质量分别为、、和；，是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知（   ） A．粒子X是质子 B．该反应释放出的能量约为17.6MeV C．轻核的聚变反应可以在任何温度下进行 D．自然界不存在热核聚变 题型五：“基本”粒子 【典例5】．（25-26高二下·全国·课堂例题）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 【变式1】．（22-23高二下·全国·课前预习）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 【变式2】．（25-26高二下·全国·课后作业）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 题型六：核裂变与聚变的交汇问题 【典例6】．（2026·安徽合肥·模拟预测）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 【变式1】．（25-26高三上·山东淄博·期末）2025年11月，中国人造太阳EAST刷新世界纪录。EAST通过可控核聚变释放能量，使一个氘核和一个氚核聚变结合成一个氦核，同时放出一个中子并向外辐射一个光子。已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为、、、，普朗克常量为，真空中的光速为。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程是 B．聚变反应中的质量亏损 C．辐射出的光子的能量 D．光子的频率 【变式2】．（25-26高三上·山西·阶段检测）下列是四种类型的核反应方程：，，，，按顺序它们对应的核反应类型依次为（　　） A．衰变、人工核转变、核裂变、核聚变 B．衰变、核裂变、核聚变、人工核转变 C．人工核转变、核裂变、衰变、核聚变 D．核聚变、核裂变、人工核转变、衰变 题型七：核裂变与聚变的计算问题 【典例7】．（25-26高二下·全国·课后作业）“国际热核聚变反应堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最为深远的国际科研合作项目之一，ITER装置俗称“人造太阳”。该装置中发生的核聚变反应方程为。该反应的原料可以从水中提取，1L水中含有的，地球上有138.6亿立方米的水；该反应的原料可以用锂制取，地球上锂的储量有2000亿吨．已知的质量为、的质量为、的质量为、的质量为1.0087u，1u的质量相当于931.5MeV的能量，1L汽油完全燃烧释放的热量为，以下计算结果均取三位有效数字。 (1)核聚变反应方程中释放的核能为多少？ (2)1L水中的与足够的发生核反应，释放出的能量为多少？（的摩尔质量为，阿伏加德罗常数取） (3)1L水中的与足够的发生核反应放出的能量相当于多少升的汽油完全燃烧释放的热量。 【变式1】．（25-26高二下·全国·课堂例题）天文学家测得银河系中氦的含量约为25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两种：一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部氢核聚变反应生成的。[可能用到的数据：银河系质量为M＝3×1041 kg，原子质量1 u＝1.66×10－27 kg，1 u相当于1.5×10－10 J的能量，电子质量me＝0.0005 u，氦核质量mα＝4.0026 u，氢核质量mH＝1.0078 u，中微子（ν）质量为零。] (1)把轻核聚变反应简化为4个氢核（H）聚变成氦核（He），同时放出两个正电子（e）和两个中微子（ν），请写出氢核聚变反应的方程式，并计算一次反应释放的能量。 (2)研究表明，银河系的年龄约为t＝3.8×1017 s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J（即P＝1×1037 J/s），现假定该能量全部来自上述轻核聚变反应，试估算银河系中氦的质量（最后结果保留一位有效数字）。 (3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断。 【变式2】．（24-25高二下·全国·课后作业）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） 【过关精练】 一、单选题 1．（25-26高二下·全国·随堂练习）现在科学家正在设法寻找“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”组成的，则反α粒子的符号是（　　） A．He B．He C． D．He 2．（25-26高二下·全国·随堂练习）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 3．（25-26高二下·全国·期末）统计显示，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列对于铀235相关的核反应方程正确的是（     ） A． B． C． D． 4．（2026·河南郑州·一模）关于下列四幅图的说法正确的是（　　） A．甲图为氢原子的电子云示意图，由图可知电子在核外运动有确定的轨道 B．乙图为原子核的比结合能示意图，由图可知原子核中的平均核子质量比的要大 C．丙图为链式反应示意图，核反应放出巨大能量，原子弹爆炸及太阳内部均属于该种核反应 D．丁图为氡的衰变图像，由图可知100个氡经过3.8天后还剩50个 5．（2026·河北保定·一模）近年来，我国自主研发的全超导托卡马克核聚变实验装置即“人造太阳”（如图）屡获突破，其原理是将高速运动的氘核、氚核约束在一定空间内，使两者碰撞，发生核反应一，生成氦核 和粒子X并释放能量，因自然界中氚核数量稀少，需要让X撞击约束器内壁上的锂 ，发生反应二，生成一个氚核和另一粒子Y并释放能量，使反应一持续进行。下列说法正确的是（　　） A．反应一为核裂变反应 B．粒子X为正电子 C．粒子Y为 D．反应二中反应物的质量之和小于生成物的质量之和 6．（2026·河南·模拟预测）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 7．（2026·天津和平·二模）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 8．（25-26高二下·河北邯郸·期中）某核电站完成反应堆首次装料作业，进入带核调试阶段。在反应堆活性区内，铀235核素在慢化后的热中子作用下发生链式裂变反应，某典型裂变通道的核反应方程为。下列说法正确的是（　　） A．核的比结合能比核的比结合能小 B．提高环境的温度，核的半衰期不变 C．该核反应方程可以简写为 D．200个核经过一个半衰期后，一定有100个核发生衰变 9．（2026·四川德阳·二模）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 10．（25-26高二下·全国·课后作业）月球上有大量的氦3，因此获取氦3是开发月球的重要目标之一。已知一个氘核和一个氦3聚变的生成物是氦4和一个未知粒子，H的质量为m1，He的质量为m2，He的质量为m3，未知粒子的质量为m4，则（　　） A．未知粒子是质子 B．该核反应属于原子核的人工转变 C．反应物和生成物的质量关系是m1＋m2＝m3＋m4 D．氦4的结合能一定小于氦3的结合能 二、多选题 11．（25-26高二下·辽宁大连·期中）核物理是研究原子核的结构和变化规律的物理学分支，下列关于核物理知识的说法正确的是（     ） A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应 B．核反应方程式属于衰变 C．核反应时产生的射线的本质是高速电子流 D．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 12．（25-26高二下·重庆沙坪坝·期中）2025年11月，我国在第四代先进核能领域取得里程碑式突破，实现的核燃料转换和利用。 第一步：捕获中子后生成，之后连续发生两次相同的衰变（时长分别约为、），最终生成； 第二步：。 该突破为今后百兆瓦级并网发电奠定了基础。根据以上信息，下列说法正确的是（    ） A．为 B．第一步中的衰变产物有 C．第一步中的衰变为衰变 D．第二步核反应需要很高的温度才能实现 13．（25-26高二下·全国·单元测试）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．（2026·河南三门峡·二模）下面说法正确的是（　　） A．甲图为不同频率的光照射同种金属材料，光电效应实验中光电流与电压的关系，光的频率大于光的频率 B．乙图是粒子散射实验，卢瑟福据此提出了原子的核式结构模型 C．丙图是不同原子核比结合能按照实际测量结果画的图线，裂变成、原子核，、原子核的总质量小于原子核的质量 D．丁图为黑体辐射的实验规律，由图可知，黑体温度升高时，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向频率较低的方向移动 15．（2026·浙江温州·二模）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．（25-26高二上·山东枣庄·阶段检测）一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的同时放出一个中子，释放一定的能量，氘核、氚核、氦核的结合能分别为E1、E2、E3，光速为c，下列说法正确的是（　　） A．该核反应的方程式为 B．氦核和中子的质量小于氘核和氚核的质量 C．该反应中亏损的质量为 D．该反应中亏损的质量为 17．（24-25高二下·天津和平·期末）对以下四个核反应方程，下列说法正确的是（　　） A．是核裂变反应，这种核反应会释放能量 B．是衰变，会释放出阴极射线 C．是人类第一次实现原子核转变的方程 D．是核聚变，可以利用激光引发可控的核聚变 三、解答题 18．（25-26高二下·全国·课堂例题）山东海阳核电站一期工程建设了总功率P＝250万千瓦的AP1000三代核电机组。如果铀235在中子的轰击下裂变为Sr和Xe，质量mU＝235.0439 u，mn＝1.0087 u，mSr＝89.9077 u，mXe＝135.9072 u。1 u相当于931.5 MeV的能量。 (1)写出裂变方程； (2)求出一个铀核裂变放出的能量； (3)若铀矿石U235的浓度为3%，铀核裂变释放的能量全部用于发电，则一期工程投产发电后，1吨铀矿石可以维持核电站运行多少天？（阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1） 19．（24-25高二下·辽宁·阶段检测）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，） 20．（24-25高二下·黑龙江哈尔滨·阶段检测）太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和、等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化如下：。已知氢核质量，氦核质量，正电子质量。 (1)求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能； (2)已知日、地距离为，地球半径为，且，地球表面接收到的太阳辐射功率为，求太阳的辐射功率； 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第19讲：核裂变与核聚变、“基本”粒子 【考点归纳】 · 考点一：铀核的核裂变方程 · 考点二：计算核裂变放出的能量 · 考点三：核聚变现象和条件 · 考点四：计算核聚变放出的能量 · 考点五：“基本”粒子 · 考点六：核裂变与聚变的交汇问题 · 考点七：核裂变与聚变的计算问题 【知识归纳】 知识点一、核裂变的发现 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． 知识点二、反应堆与核电站 1．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． 2．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． 3．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． 技巧归纳1．核电站的主要部件及作用 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 防止放射线泄露，对人体及其他生物体造成伤害 知识点三、核聚变 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：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：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． 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． 技巧归纳2：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 知识点四、“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． 知识点五、粒子的分类 1．强子：是参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子．质子和中子都是强子． 2．轻子：不参与(填“参与”或“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． 知识点三、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． 技巧归纳3：新粒子的发现及分类 1．新粒子的发现 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、寿命、自旋等物理性质与对应粒子相同，而电荷等其他性质相反 比质子的质量小 质量介于电子与质子之间 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 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 未发现内部结构 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 是希格斯场的量子激发 【题型归纳】 题型一：铀核的核裂变方程 【典例1】．（2026·福建·模拟预测）漳州核电站是全球最大的“华龙一号”核电基地。核电站的能量来源于原子核的裂变，其中一个典型的核反应方程为，则X为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，据此计算X的电荷数和质量数： 反应前总质量数为，反应后和的质量数之和为，因此2个X的总质量数为，单个X的质量数为； 反应前总电荷数为，反应后和的电荷数之和为，因此2个X的总电荷数为，单个X的电荷数为0。 则X为（中子）。 故选A。 【变式1】．（2026·福建福州·二模）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。 【变式2】．（25-26高三上·河北承德·期末）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。 题型二：计算核裂变放出的能量 【典例2】．（25-26高三上·广东揭阳·期末）核潜艇是一种以核能为动力来源的潜艇，其核反应方程式为，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中 B．核反应方程中 C．的平均结合能大于的平均结合能 D．的核子平均质量小于的核子平均质量 【答案】B 【详解】A．根据质量数守恒，反应前质量数总和为 反应后质量数总和为 联立解得，故A错误； B．根据电荷数守恒，反应前电荷数总和为 反应后电荷数为 联立解得，故B正确； C．在核裂变反应中，重核分裂成中等质量的核，会释放能量，说明生成物的平均结合能更高，所以的平均结合能小于的平均结合能，故C错误； D．核裂变会释放能量，根据质能方程，反应后总质量会减少。因此的核子平均质量大于的核子平均质量，故D错误。 故选B。 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）用中子轰击铀核发生裂变反应，会产生钡核和氪核，并释放中子，当达到某些条件时可发生链式反应。一个铀核裂变时，质量亏损为，已知光在真空中的传播速度为c，以下说法正确的是（　　） A．的裂变方程为 B．发生链式反应的条件与铀块的温度有关 C．发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D．一个铀核裂变时，放出的能量 【答案】C 【详解】A．的裂变方程应为，选项中未包含轰击中子且生成物中的中子数应为3，故A错误。 BC．发生链式反应的条件取决于铀块的体积（临界体积），与温度无关，故B错误，C正确。 D．根据爱因斯坦质能方程，一个铀核裂变释放的能量为，而非 ，故D错误。 故选C。 【变式2】．（24-25高二下·全国·单元测试）2022年6月23日，辽宁红沿河核电站6号机组正式具备商业运行条件，该核电站是中国首次一次同时装机4台百万千瓦级核电机组标准化、规模化建设的核电项目，也是东北地区第一个核电站。现代核电站主要是通过可控链式核裂变反应来实现核能的和平利用。已知一个原子核在中子的轰击下发生裂变反应，其裂变方程为下列说法正确的是（　　） A．裂变方程式左右两边都有中子，可以改写成 B．在中子轰击下发生裂变反应过程中，有质量亏损 C．裂变释放能量，原子核的结合能比原子核的大 D．在自然界中可发生衰变，60个铀核经过一个半衰期后一定有30个铀核发生衰变 【答案】B 【详解】A．裂变反应方程中左右两边都有中子，这是核反应原理，必须有中子的参与，方程不能改写成，故A错误； B．在中子轰击下发生裂变反应过程中，放出能量，有质量亏损，故B正确； C．结合能和核子数有关，原子核的核子数大于原子核的核子数，原子核的结合能更大，故C错误； D．半衰期是针对大量放射性元素的统计规律，对少量放射性元素不适用，故D错误。 故选B。 题型三：核聚变现象和条件 【典例3】．（2026·安徽·二模）我国“人造太阳”在2025年创下“亿度千秒”的世界纪录，即在上亿摄氏度条件下实现1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为实现可控核聚变迈出了坚实的一步。核聚变燃料主要是氢的同位素，其核反应方程之一为：，下列说法正确的是（　　） A．x为质子 B．该反应属于α衰变 C．氦核内有2个质子，4个中子 D．该反应有质量亏损，会释放能量 【答案】D 【详解】A．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒，核反应方程为 可知x为中子，故A错误； B．该反应是两个轻核结合为质量更大的核的核聚变反应，故B错误； C．氦核的质子数等于电荷数为2，中子数等于质量数减质子数，即，仅含2个中子，故C错误； D．轻核聚变是放能反应，根据质能方程，反应过程存在质量亏损，会释放能量，故D正确。 故选D。 【变式1】．（2026·江苏·模拟预测）中国的紧凑型聚变能实验装置BEST预计于2027年竣工，有望成为人类历史上首个实现核聚变发电的装置。其核聚变反应为，该反应释放的能量约为17.6MeV，已知光速（，，该反应中粒子X和质量亏损分别为（    ） A．， B．， C．， D．， 【答案】A 【详解】根据电荷数守恒和质量数守恒可知，核聚变反应方程为 则该反应中粒子X为；根据质能方程可得 其中 解得 故选A。 【变式2】．（2026·湖南长沙·二模）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。 题型四：计算核聚变放出的能量 【典例4】．（2026·浙江·二模）氘氚聚变的核反应方程是，反应释放的能量主要以动能的形式存在。已知核的平均核子质量比核的平均核子质量大4.46，中子、质子的质量不相等。下列说法正确的是（　　） A．聚变放出的中子使反应继续进行形成链式反应 B．发生氘氚聚变至少需要17.6的初动能 C．反应后核与的动能之比约为 D．核的比结合能比核的比结合能大4.46 【答案】C 【详解】A．混淆了两种反应的持续机制，核聚变是靠自身产生的热持续下去的，核裂变是靠放出的快中子减速成为慢中子之后继续轰击其它原子核。故A错误； B．初动能用来克服电势能，释放的能量来自核力锁定的核能，前者远小于后者。故B错误； C．由于释放的核能远大于初动能，所以可近似认为系统总动量为零。根据动能和动量的关系，由氦核与中子的质量大约知，动能比大约。故C正确； D．计算各自的比结合能：， 所以，。故D错误； 故选 C。 【变式1】．（25-26高三下·安徽·开学考试）2025年11月24日中国科学院面向国际聚变界首次发布BEST研究计划，BEST作为下一代人造太阳将在2027年底建成。它模拟太阳的聚变过程，利用氢的同位素——氘与氚的聚变反应释放能量，成为新一代人造太阳“中国环流三号”的核心接续装置。该聚变过程的主要核反应方程为，、、、质量依次是、、、，光速为c，下列关于该核反应说法正确的是（　　） A．X粒子是质子 B．可以自发产生 C．反应后总质量大于反应前总质量 D．释放的核能为 【答案】D 【详解】A．由质量数守恒有2 + 3 = 4 + m，得m = 1； 由电荷数守恒有1 + 1 = 2 + n，得n = 0。因此X粒子为中子，故A错误； B．核聚变需克服库仑斥力，需高温高压条件（如太阳内部），在常温常压下不能自发发生，故B错误； C．聚变反应释放能量，根据质能方程，存在质量亏损，即反应后总质量小于反应前总质量，故C错误 D．由质能方程，核反应释放能量等于质量亏损乘以c²，质量亏损为反应前总质量（）减反应后总质量（），即 ，故D正确。 故选D。 【变式2】．（25-26高二下·全国·课后作业）氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为，式中X是某种粒子。已知：、、和粒子X的质量分别为、、和；，是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知（   ） A．粒子X是质子 B．该反应释放出的能量约为17.6MeV C．轻核的聚变反应可以在任何温度下进行 D．自然界不存在热核聚变 【答案】B 【详解】A．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，因此粒子X为中子（），故A错误； B．该反应质量亏损Δm= (2.0141u+3.0161u) - (4.0026u +1.0087u) =0.0189u 由质能方程E = Δmc²及1uc2= 931.5MeV，得E= 0.0189 × 931.5 MeV≈ 17.6MeV，故B正确； C．轻核聚变需克服库仑斥力，必须在极高温度下才能发生（如恒星内部），不能在任意温度下进行，故C错误； D．自然界存在热核聚变，如太阳内部的氢核聚变，故D错误。 故选B。 题型五：“基本”粒子 【典例5】．（25-26高二下·全国·课堂例题）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。 【变式1】．（22-23高二下·全国·课前预习）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。 【变式2】．（25-26高二下·全国·课后作业）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。 题型六：核裂变与聚变的交汇问题 【典例6】．（2026·安徽合肥·模拟预测）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。 【变式1】．（25-26高三上·山东淄博·期末）2025年11月，中国人造太阳EAST刷新世界纪录。EAST通过可控核聚变释放能量，使一个氘核和一个氚核聚变结合成一个氦核，同时放出一个中子并向外辐射一个光子。已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为、、、，普朗克常量为，真空中的光速为。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程是 B．聚变反应中的质量亏损 C．辐射出的光子的能量 D．光子的频率 【答案】C 【详解】A．核反应方程应为 ，而且选项中质量数不守恒（左侧质量数和为5，右侧为4），故A错误； B．质量亏损定义为反应前总质量减反应后总质量，即，故B错误； C．总质量亏损对应的能量为 ，光子能量等同于总释放的能量，故C正确； D．光子频率满足，其中光子能量 因此，故D错误。 故选C。 【变式2】．（25-26高三上·山西·阶段检测）下列是四种类型的核反应方程：，，，，按顺序它们对应的核反应类型依次为（　　） A．衰变、人工核转变、核裂变、核聚变 B．衰变、核裂变、核聚变、人工核转变 C．人工核转变、核裂变、衰变、核聚变 D．核聚变、核裂变、人工核转变、衰变 【答案】A 【详解】，钠24自发发射电子（β粒子）转变为镁24，属于衰变，，氟19被α粒子轰击转变为氖22和质子，为人工核转变，，铀235吸收中子后分裂成氙140和锶94，并释放中子，属于核裂变，，氘和氚结合成氦4并释放中子，属于核聚变。 故选A。 题型七：核裂变与聚变的计算问题 【典例7】．（25-26高二下·全国·课后作业）“国际热核聚变反应堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最为深远的国际科研合作项目之一，ITER装置俗称“人造太阳”。该装置中发生的核聚变反应方程为。该反应的原料可以从水中提取，1L水中含有的，地球上有138.6亿立方米的水；该反应的原料可以用锂制取，地球上锂的储量有2000亿吨．已知的质量为、的质量为、的质量为、的质量为1.0087u，1u的质量相当于931.5MeV的能量，1L汽油完全燃烧释放的热量为，以下计算结果均取三位有效数字。 (1)核聚变反应方程中释放的核能为多少？ (2)1L水中的与足够的发生核反应，释放出的能量为多少？（的摩尔质量为，阿伏加德罗常数取） (3)1L水中的与足够的发生核反应放出的能量相当于多少升的汽油完全燃烧释放的热量。 【答案】(1) (2) (3)685L 【详解】（1）核聚变的过程中亏损的质量为 代入数据可得 释放的能量 （2）1L水中的的物质的量 1L水中的的原子个数（个） 1L水中的与足够的发生核反应，释放出的能量。 （3）1L汽油完全燃烧释放的热量为，则产生热量需燃烧的汽油体积 【变式1】．（25-26高二下·全国·课堂例题）天文学家测得银河系中氦的含量约为25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两种：一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部氢核聚变反应生成的。[可能用到的数据：银河系质量为M＝3×1041 kg，原子质量1 u＝1.66×10－27 kg，1 u相当于1.5×10－10 J的能量，电子质量me＝0.0005 u，氦核质量mα＝4.0026 u，氢核质量mH＝1.0078 u，中微子（ν）质量为零。] (1)把轻核聚变反应简化为4个氢核（H）聚变成氦核（He），同时放出两个正电子（e）和两个中微子（ν），请写出氢核聚变反应的方程式，并计算一次反应释放的能量。 (2)研究表明，银河系的年龄约为t＝3.8×1017 s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J（即P＝1×1037 J/s），现假定该能量全部来自上述轻核聚变反应，试估算银河系中氦的质量（最后结果保留一位有效数字）。 (3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断。 【答案】(1)反应方程式为 ，释放能量为 。 (2) (3)银河系中氦主要来源于宇宙诞生初期的核合成 【详解】（1）反应方程式为 释放能量为 。 （2）银河系中氦的质量 （3）宇宙诞生之初，氦的含量 由估算结果可知，k≈2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生初期的核合成。 【变式2】．（24-25高二下·全国·课后作业）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） 【答案】(1) (2) (3) 【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 【过关精练】 一、单选题 1．（25-26高二下·全国·随堂练习）现在科学家正在设法寻找“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”组成的，则反α粒子的符号是（　　） A．He B．He C． D．He 【答案】C 【详解】粒子是， “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，可知反α粒子的符号是。 故选C。 2．（25-26高二下·全国·随堂练习）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。 3．（25-26高二下·全国·期末）统计显示，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列对于铀235相关的核反应方程正确的是（     ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】AC．核反应不用“=”号，要用“→”，故AC错误； BD．在核电站中，是通过中子轰击铀核来引发裂变反应的，其方程为，故B错误，D正确。 故选D。 4．（2026·河南郑州·一模）关于下列四幅图的说法正确的是（　　） A．甲图为氢原子的电子云示意图，由图可知电子在核外运动有确定的轨道 B．乙图为原子核的比结合能示意图，由图可知原子核中的平均核子质量比的要大 C．丙图为链式反应示意图，核反应放出巨大能量，原子弹爆炸及太阳内部均属于该种核反应 D．丁图为氡的衰变图像，由图可知100个氡经过3.8天后还剩50个 【答案】B 【详解】A．电子云是描述电子在某一位置出现概率的大小，说明电子在核外运动没有确定的轨道，故A错误； B．由图知比比结合能小，说明更稳定，故原子核中的平均核子质量比的要大，故B正确； C．原子弹爆炸属于重核聚变，但太阳内部的核反应属于轻核聚变，故C错误； D．半衰期反映的是统计规律，对少数原子核衰变的半衰期不成立，故D错误。 故选B。 5．（2026·河北保定·一模）近年来，我国自主研发的全超导托卡马克核聚变实验装置即“人造太阳”（如图）屡获突破，其原理是将高速运动的氘核、氚核约束在一定空间内，使两者碰撞，发生核反应一，生成氦核 和粒子X并释放能量，因自然界中氚核数量稀少，需要让X撞击约束器内壁上的锂 ，发生反应二，生成一个氚核和另一粒子Y并释放能量，使反应一持续进行。下列说法正确的是（　　） A．反应一为核裂变反应 B．粒子X为正电子 C．粒子Y为 D．反应二中反应物的质量之和小于生成物的质量之和 【答案】C 【详解】AB．反应一为，可知该反应为核聚变反应，粒子X为中子，AB错误； CD．反应二为，即粒子Y为，因反应放出能量，则由质量亏损，即反应物的质量之和大于生成物的质量之和，C正确，D错误。 故选C。 6．（2026·河南·模拟预测）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。 7．（2026·天津和平·二模）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。 8．（25-26高二下·河北邯郸·期中）某核电站完成反应堆首次装料作业，进入带核调试阶段。在反应堆活性区内，铀235核素在慢化后的热中子作用下发生链式裂变反应，某典型裂变通道的核反应方程为。下列说法正确的是（　　） A．核的比结合能比核的比结合能小 B．提高环境的温度，核的半衰期不变 C．该核反应方程可以简写为 D．200个核经过一个半衰期后，一定有100个核发生衰变 【答案】B 【详解】A．比结合能越大原子核越稳定，又该核反应释放能量，所以的比结合能比大，故A错误； B．半衰期是原子核的固有属性，仅由原子核内部结构决定，与外界温度、压强、化学状态等无关，提高环境温度半衰期不变，故B正确； C．核反应方程左右两侧的不能消掉，反应物中无中子时，铀235不能发生裂变反应，故C错误； D．半衰期是统计规律，仅对大量原子核的集体衰变行为有效，对少量原子核的衰变无确定结论，200个铀核经过一个半衰期不一定恰好有100个发生衰变，故D错误。 故选B。 9．（2026·四川德阳·二模）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。 10．（25-26高二下·全国·课后作业）月球上有大量的氦3，因此获取氦3是开发月球的重要目标之一。已知一个氘核和一个氦3聚变的生成物是氦4和一个未知粒子，H的质量为m1，He的质量为m2，He的质量为m3，未知粒子的质量为m4，则（　　） A．未知粒子是质子 B．该核反应属于原子核的人工转变 C．反应物和生成物的质量关系是m1＋m2＝m3＋m4 D．氦4的结合能一定小于氦3的结合能 【答案】A 【详解】A．根据电荷数和质量数守恒， 反应前：氘核电荷数1，质量数2；氦3电荷数2，质量数3；反应后：氦4电荷数2，质量数4； 所以未知粒子电荷数为 ，质量数为 ，电荷数1、质量数1的粒子为质子，故A正确； B．该反应是轻核聚变生成更重核的过程，属于核聚变，而非人工转变，故B错误； C． 核反应中因质量亏损，总质量减少，即 ，故C错误； D．比结合能是衡量原子核稳定性的重要指标，比结合能越大，原子核越稳定。氦4的比结合能大于氦3，因此氦4是更稳定的原子核，其总结合能也更大，故D错误。 故选A。 二、多选题 11．（25-26高二下·辽宁大连·期中）核物理是研究原子核的结构和变化规律的物理学分支，下列关于核物理知识的说法正确的是（     ） A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应 B．核反应方程式属于衰变 C．核反应时产生的射线的本质是高速电子流 D．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 【答案】AD 【详解】A．太阳辐射的能量主要来自内部氢核聚变为氦核的轻核聚变反应，故A正确； B．衰变的本质是重核自发释放粒子（），生成新核的衰变过程，反应物仅为单个原子核，题给反应是两个轻核结合为质量更大的核，属于核聚变，不属于衰变，故B错误； C．射线的本质是高频电磁波（光子流），高速电子流是射线的本质，故C错误； D．根据结合能的定义，原子核的结合能等于将其完全分解为自由核子所需的最小能量，故D正确。 故选AD。 12．（25-26高二下·重庆沙坪坝·期中）2025年11月，我国在第四代先进核能领域取得里程碑式突破，实现的核燃料转换和利用。 第一步：捕获中子后生成，之后连续发生两次相同的衰变（时长分别约为、），最终生成； 第二步：。 该突破为今后百兆瓦级并网发电奠定了基础。根据以上信息，下列说法正确的是（    ） A．为 B．第一步中的衰变产物有 C．第一步中的衰变为衰变 D．第二步核反应需要很高的温度才能实现 【答案】AC 【详解】A．根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为，故A正确； BC．由题意可知连续发生两次相同的衰变生成，根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，两次相同的衰变放出的粒子为电子，则第一步中的衰变为衰变；发生第一次衰变后产物为，故B错误，C正确； D．第二步核反应为重核的裂变，不是轻核聚变，不需要很高的温度就能实现，故D错误。 故选AC。 13．（25-26高二下·全国·单元测试）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．（2026·河南三门峡·二模）下面说法正确的是（　　） A．甲图为不同频率的光照射同种金属材料，光电效应实验中光电流与电压的关系，光的频率大于光的频率 B．乙图是粒子散射实验，卢瑟福据此提出了原子的核式结构模型 C．丙图是不同原子核比结合能按照实际测量结果画的图线，裂变成、原子核，、原子核的总质量小于原子核的质量 D．丁图为黑体辐射的实验规律，由图可知，黑体温度升高时，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向频率较低的方向移动 【答案】BC 【详解】A．根据光电效应方程​，可知遏止电压越大，光的频率越大。甲图中，光的遏止电压小于光的遏止电压，因此光的频率小于光的频率，故A错误； B．乙图是卢瑟福的粒子散射实验，该实验中，大多数粒子穿过金箔后几乎沿原方向运动，少数发生大角度偏转，极少数被反弹。卢瑟福据此提出原子的核式结构模型，故B正确； C．裂变生成中等质量的原子核、，比结合能增大，核反应过程释放核能，根据质能方程，可知存在质量亏损，因此、原子核的总质量小于原子核的质量，故C正确； D．根据黑体辐射规律，黑体温度升高时，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长更短、频率更高的方向移动，故D错误。 故选BC。 15．（2026·浙江温州·二模）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．（25-26高二上·山东枣庄·阶段检测）一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的同时放出一个中子，释放一定的能量，氘核、氚核、氦核的结合能分别为E1、E2、E3，光速为c，下列说法正确的是（　　） A．该核反应的方程式为 B．氦核和中子的质量小于氘核和氚核的质量 C．该反应中亏损的质量为 D．该反应中亏损的质量为 【答案】BD 【详解】A．该核反应的方程式为，故A错误； BCD．由于核反应过程中释放一定的能量，所以核反应过程有质量亏损，即氦核和中子的质量小于氘核和氚核的质量，该反应中亏损的质量为，故BD正确，C错误。 故选BD。 17．（24-25高二下·天津和平·期末）对以下四个核反应方程，下列说法正确的是（　　） A．是核裂变反应，这种核反应会释放能量 B．是衰变，会释放出阴极射线 C．是人类第一次实现原子核转变的方程 D．是核聚变，可以利用激光引发可控的核聚变 【答案】CD 【详解】A．反应式 是 衰变，而非核裂变。核裂变是重核分裂为两个中等质量核的过程（如铀235裂变），故A错误； B．反应式 是 衰变，释放的是 射线（高速电子流）。阴极射线是真空管中由电场加速产生的电子流，与此处核衰变的 射线来源不同，故B错误； C．反应式 是卢瑟福1919年首次实现的人工核转变实验（用 粒子轰击氮核生成氧和质子），故C正确； D．反应式 是核聚变。激光惯性约束是当前可控核聚变研究的可行技术之一（如国家点火装置），故D正确。 故选CD。 三、解答题 18．（25-26高二下·全国·课堂例题）山东海阳核电站一期工程建设了总功率P＝250万千瓦的AP1000三代核电机组。如果铀235在中子的轰击下裂变为Sr和Xe，质量mU＝235.0439 u，mn＝1.0087 u，mSr＝89.9077 u，mXe＝135.9072 u。1 u相当于931.5 MeV的能量。 (1)写出裂变方程； (2)求出一个铀核裂变放出的能量； (3)若铀矿石U235的浓度为3%，铀核裂变释放的能量全部用于发电，则一期工程投产发电后，1吨铀矿石可以维持核电站运行多少天？（阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1） 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据核裂变规律可得核反应方程 （2）裂变过程的质量亏损为 释放的能量为 （3）核电站一天的发电量为 1吨铀矿石裂变释放的能量为 则可以维持核电站运行的天数为 19．（24-25高二下·辽宁·阶段检测）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，） 【答案】(1)， (2) (3)41 【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 20．（24-25高二下·黑龙江哈尔滨·阶段检测）太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和、等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化如下：。已知氢核质量，氦核质量，正电子质量。 (1)求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能； (2)已知日、地距离为，地球半径为，且，地球表面接收到的太阳辐射功率为，求太阳的辐射功率； 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据核反应方程质量数和核电荷数守恒，则聚变的核反应方程为 每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能为 （2）太阳的辐射功率平均到以为半径的球面上，可得到垂直入射光方向单位面积上的辐射平均功率，再乘以地球的横截面积，即为地球接收的总功率 解得 2 学科网（北京）股份有限公司 $