资源简介

4　核裂变　核聚变
5　粒子物理学发展概况
学习目标　1.知道什么是核裂变。 2.知道链式反应及链式反应的条件，并能计算裂变释放的核能。 3.了解裂变反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度以及核电站的工作模式。 4.知道什么是聚变反应，会计算核聚变中释放的核能。
5.了解受控热核反应及其研究和发展。
知识点一　核裂变　链式反应
1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。巨大的核能是从哪里来的？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
1.核裂变
把重核分裂成几个________原子核的核反应现象称为核裂变。
2.铀核裂变
用一个低速中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多样的，其中一种典型的铀核裂变是U＋n―→Ba＋Kr＋________。
3.链式反应
如果一个反应过程的________能够再次引发这种反应，从而使反应一旦开始后就能自动延续下去，这样的反应称为链式反应。
4.临界体积
把能够发生链式反应的裂变物质的最小体积叫作临界体积。
5.1 g铀235完全裂变释放的能量相当于燃烧约________煤放出的化学能，而且这么多能量是在短短不到1 s的时间之内释放出来的。
【思考】 如图为铀核裂变示意图。
(1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程。
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
例1 (多选)关于重核裂变的说法正确的是(　　)
A.重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多
B.只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应
C.为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生的中子
D.裂变过程中释放能量，质量亏损
听课笔记_____________________________________________________________
__________________________________________________________________
例2 现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：U＋n→Nd＋Zr＋3n＋8e＋ν
(1)核反应方程中的ν是中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；
(2)已知铀(U)核的质量为235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，钕(Nd)核质量为142.909 8 u，锆核质量为89.904 7 u；又知1 u相当于931.5 MeV的能量，试计算1 kg铀235完全裂变大约能产生的能量是多少？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
知识点二　核反应堆　核电站
如图是慢中子反应堆的示意图，则：
(1)铀235是容易吸收快中子还是慢中子后发生裂变反应？
(2)如何控制裂变反应的激烈程度？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
1.核反应堆
(1)是一种________的核裂变链式反应装置。核反应堆按引起裂变的中子能量可分为________反应堆和快中子反应堆。
(2)慢化剂：铀235具有能俘获慢中子，而不易俘获快中子的特点。为此在铀棒周围放置慢化剂，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量损失，变成慢中子。常用作慢化剂的物质有普通水(也叫轻水)、________和石墨。
(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入一些控制棒。制造控制棒的材料是镉或硼等能强烈吸收中子的物质，当反应过于剧烈时，就把控制棒插入得深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些。反之则把控制棒向外拔出一些。
2.核电站
(1)核能发电指利用核反应堆中________所释放出的核能进行发电。
(2)核能转变成水的________，使水变成高温高压的蒸气，推动汽轮发电机发电。
(3)核电站的主要部件及作用如下表
部件名称 项目　 慢化剂 控制棒 冷却剂 安全壳
采用的材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉(或硼等) 水或液态的金属钠 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
(4)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，所能提供的能量大。
③对环境的污染要比火力发电小。
【思考】 (1)核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？
(2)慢化剂的作用是什么？是为了减慢裂变速度吗？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
例3 (多选)用中子(n)轰击铀核(U)产生裂变反应，会产生钡核(Ba)和氪核(Kr)并释放中子(n)，当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核(U)裂变时，释放的能量约为200 MeV(1 eV＝1.6×10－19 J，1 u＝1.66×10－27 kg，1 u相当于931.5 MeV能量)，以下说法正确的是(　　)
A.U的裂变方程为U→Ba＋Kr＋n
B.U的裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n
C.U发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D.一个U裂变时，质量亏损约为3.6×10－28 kg
听课笔记__________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
训练1 如图是慢中子反应堆的示意图，下列对该反应堆的说法正确的是(　　)
A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B.快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C.控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，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慢一些
D.要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
知识点三　核聚变　受控热核反应
为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
1.核聚变
(1)定义：把轻原子核聚合成____________的反应称为聚变反应，简称核聚变。
(2)条件：在聚变反应中，要使两个带正电的轻核聚合成一个质量较大的核，必须使它们具有足够的________去克服库仑斥力，进入到核力作用范围(10－15 m)内，然后通过________的作用结合发生聚变。核聚变反应一旦发生，就不再需要外界继续提供能量，靠自身产生的能量就可以使反应继续进行下去。
(3)举例：H＋H→________________。
(4)热核反应：要启动上述核聚变反应，必须要上亿摄氏度的温度，使H核和H核具有足够的动能克服库仑斥力进入到核力作用范围之内。因此，核聚变反应也称热核反应。
(5)核聚变反应和核裂变反应相比，具有很多优越性。①在消耗相同质量的核燃料时，核聚变反应比核裂变反应能释放更多的能量。②核裂变反应时产生放射性废料，处理起来比较困难，而核聚变反应没有放射性废料产生。③核聚变反应所用的燃料氘，在地球上的储量非常丰富。
2.受控热核反应
(1)实现可控核聚变反应的难点：把高达上亿摄氏度的反应体放在何处。
(2)控制方法
①磁约束：利用________约束参加反应的物质
②激光惯性约束：由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。所以，在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。
【思考】
1.为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
2.受控核聚变中磁约束的原理是什么？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
例4 太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。已知质子质量为mH＝1.007 3 u，氦核质量为mHe＝4.001 5 u，电子质量为me＝0.000 55 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中的光速c＝3×108 m/s。
(1)写出这个核反应方程；
(2)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
总结提升　重核裂变与轻核聚变的区别
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
原料的蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富
可控性 速度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，除氢弹以外，人们还不能完全控制它
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
核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
训练2 中国的“人造太阳”，又称东方超环，全称是全超导托卡马克核聚变实验装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。2021年5月28日，中国的“人造太阳”实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，刷新了世界纪录。所谓“人造太阳”，就是在地球上模拟太阳内部发生的核聚变反应，为人类提供源源不断的清洁能源。其内部发生的一种核聚变反应方程为H＋H→X＋n，下列说法正确的是(　　)
A.反应产物X为He
B.核聚变后的产物X的比结合能小于H的比结合能
C.可控的人工轻核聚变与核裂变相比更为安全、清洁
D.要实现核聚变，需要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能克服核力作用而碰撞结合在一起
知识点四　粒子物理学发展概况
1.“基本”粒子
(1)人们认为光子、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”。
(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、________、电子组成，并发现________、中子等本身也有自己的复杂的结均。
2.粒子“全家福”
粒子的分类：大体可分为________、________和规范玻色子几种类型。具体如下表格。
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、介子、超子 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 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱相互作用、强相互作用
3.夸克模型
(1)1964年美国科学家盖尔曼和茨威格各自独立提出了强子结构的夸克模型。他们认为强子是由3种更基本的粒子组成的，并称这些粒子为________。
(2)强子由3种基本粒子组成，这3种粒子是：上夸克(u)、下夸克(d)和奇异夸克(s)。各种夸克都有相应的反夸克。强子由这3种夸克和相应的反夸克组成。每个夸克的电荷量不是e(元电荷)的整数倍，而是e的或。
名称 u d s c b t
电荷 e －e －e e －e e
此外，还是粲夸克(c)，底夸克(b)和顶夸克(t)以及它们的反夸克。按夸克模型，质子由3个夸克(uud)组成，所带电荷量恰好是e。中子也由3个夸克(ddu)组成，总电荷量为零。
夸克还有一种叫“色荷”的性质。色荷共分三种，可标示为“蓝”“绿”“红”，每一种色荷都有其对应的反色荷——“反蓝”“反绿”“反红”。每一个夸克都带一种色，而每一个反夸克则带一种反色，所以夸克共有36种。
例5 (多选)关于粒子，下列说法正确的是(　　)
A.质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B.质子、中子本身也是复合粒子，它们具有复杂的结构
C.质子是带电的强子
D.光子是规范玻色子
听课笔记___________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
训练3 (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u或反夸克d)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 u d
带电荷量 ＋e －e ＋ － － ＋
下列说法正确的是(　　)
A.π＋由u和d组成 B.π＋由d和u组成
C.π－由u和d组成 D.π－由d和u组成
随堂对点自测
1.(核裂变　链式反应)铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的是(　　)
A.铀块的质量是重要因素，与体积无关
B.为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子
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.裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
2.(核反应堆　核电站)(多选)如图所示，核反应堆通过可控的链式反应实现核能的释放。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.慢化剂使快中子变为慢中子，慢中子更难被铀核捕获
B.裂变后的新核氪的平均结合能大于铀核的平均结合能
C.链式反应是指由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程
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
3.(核聚变　受控热核反应)某同学通过上网了解到利用氦3和氘核进行的核聚变安全无污染，容易控制。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，“嫦娥五号”是我国首个实施无人月面取样返回的月球探测器。已知一个氘核和一个氦3聚变的生成物是氦4(He)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
4.(粒子及其分类)(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.粒子大体可被分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别
C.质子属于强子
D.光子属于轻子
4　核裂变　核聚变
5　粒子物理学发展概况
知识点一
导学　提示　铀核的裂变。
知识梳理
1.中等质量　2.3n　3.产物　5.3 t
[思考]
提示　(1)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状。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，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应。
U＋n→Ba＋Kr＋3n
(2)不是，铀块体积还须大于或等于临界体积。
例1 AD　[重核裂变为两个中等质量的核时，会产生两到三个中子，因此分裂后的中等质量核总的中子数减少，故A正确；链式反应的发生是有条件的，铀块的体积必须达到其发生链式反应的临界体积，链式反应一旦发生，中子轰击铀核裂变产生的中子再次引起其他铀核的裂变，且能不断继续下去，故B、C错误；重核裂变时质量发生亏损，总能量减小，减小的能量对外释放，选项D正确。]
例2 (1)40　90　(2)5.06×1026 MeV
解析　(1)由电荷数、质量数守恒可得锆的电荷数Z＝92－60＋8＝40，质量数A＝236－146＝90；
核反应方程中应用符号Zr表示。
(2)1 kg铀235的铀核数为
n＝×6.02×1023＝2.56×1024(个)
不考虑核反应中生成的电子质量
一个铀核反应发生的质量亏损为
Δm＝mU＋mn－mNd－mZr－3mn＝0.212 u
因此1 kg铀235完全裂变产生的能量约为
E＝n·Δm×931.5 MeV
＝2.56×1024×0.212×931.5 MeV
＝5.06×1026 MeV。
知识点二
导学　提示　(1)慢中子。
(2)控制棒由镉或硼等强烈吸收中子的物质做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，反之，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。
知识梳理
1.(1)人为可控　慢中子　(2)重水　2.(1)核裂变　(2)内能
[思考]
提示　(1)控制棒由镉或硼等制成。它们吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度。
(2)慢化剂的作用是使快中子减速，以便于中子与铀核作用发生链式反应。不是为了减慢裂变速度，而是为了提高中子的利用率。
例3 BCD　[U的裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，故A错误，B正确；当铀块体积大于或等于临界体积时链式反应才发生，C正确；200 MeV相当于0.214 7u，故质量亏损Δm＝1.66×10－27×0.214 7 kg≈3.6×10－28 kg，故D正确。]
训练1 B　[快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，故选项B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故选项C、D错误。]
知识点三
导学　提示　轻核的聚变反应，是较轻的核子结合成较重的核子，要使得核子的强相互作用发挥作用，必须使核子间的距离达到10－15 m以内；同时由于在此距离时原子核之间的库仑斥力巨大，因而需要核子有很大的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度。
知识梳理
1.(1)较重原子核　(2)动能　核力　(3)He＋n　2.(2)①磁场
[思考]
1.提示　因为很轻的原子核比较重的原子核的核子平均质量更大，比结合能更小，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大。
2.提示　原子核带有正电，垂直磁场方向射入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，绕着一个中心不断旋转而不飞散，达到约束原子核的作用。
例4 (1)4H→He＋2e　(2)24.78 MeV　(3)4.22×109 kg
解析　(1)由题意可得核反应方程应为4H→He＋2e。
(2)反应前的质量m1＝4mH＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u，反应后的质量m2＝mHe＋2me＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4.002 6 u，Δm＝m1－m2＝0.026 6 u，由质能方程得，释放能量ΔE＝0.026 6×931.5 MeV＝24.78 MeV。
(3)由质能方程ΔE＝Δm·c2得太阳每秒减少的质量Δm′＝＝ kg＝4.22×109 kg。
训练2 C　[根据核聚变反应方程满足电荷数和质量数守恒，可知反应物X为He，选项A错误；比结合能越大，物质越稳定，所以核聚变后的产物X的比结合能大于H的比结合能，选项B错误；可控的人工轻核聚变产物为氦核，没有辐射和污染，所以与核裂变相比更为安全、清洁，选项C正确；要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，核力才能起作用，由于原子核都带正电，要使它们接近这种程度，必须克服巨大的库仑力，而不是核力，选项D错误。]
知识点四
1.(1)质子　(2)中子　质子　2.强子　轻子　3.(1)夸克
例5 BCD　[质子和中子是由不同的夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故A错误，B正确；不同的夸克组成的强子，有的带电，有的不带电，质子是带正电的强子，故C正确；光子是规范玻色子，D正确。]
训练3 AD　[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d带＋e合成电荷量为＋e，那么π＋介子是由夸克u和反夸克d组成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克u组成，所以A、D正确。]
随堂对点自测
1.C　[要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积(或临界质量)，故选项A、D错误，C正确；铀235俘获慢中子发生裂变的几率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，故选项B错误。]
2.BCD　[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，会释放核能，平均结合能大的原子核更稳定，故新核氪的平均结合能大于铀核的平均结合能，B正确；链式反应是指由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，C正确；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。]
3.A　[氘核和氦3聚变的核反应方程是H＋He→He＋X，根据核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为1，电荷数为1，所以X是质子，A正确；该核反应是原子核的聚变反应，B错误；核反应中会释放核能，释放的核能来源于核反应中的质量亏损，而亏损的质量为Δm＝m1＋m2－m3－m4，因为Δm≠0，故m1＋m2≠m3＋m4，C错误；组成原子核的核子越多，结合能越大，氦4比氦3多一个核子，故氦4的结合能要大些，D错误。]
4.ABC　[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；粒子大体可分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别，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。](共65张PPT)
4　核裂变　核聚变 5　粒子物理学发展概况
第五章 原子核与基本粒子
1.知道什么是核裂变。 2.知道链式反应及链式反应的条件，并能计算裂变释放的核能。 3.了解裂变反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度以及核电站的工作模式。 4.知道什么是聚变反应，会计算核聚变中释放的核能。 5.了解受控热核反应及其研究和发展。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　核反应堆　核电站
知识点一　核裂变　链式反应
知识点三　核聚变　受控热核反应
知识点四　粒子物理学发展概况
知识点一　核裂变　链式反应
1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。巨大的核能是从哪里来的？
提示　铀核的裂变。
1.核裂变
把重核分裂成几个__________原子核的核反应现象称为核裂变。
2.铀核裂变
中等质量
3.链式反应
如果一个反应过程的______能够再次引发这种反应，从而使反应一旦开始后就能自动延续下去，这样的反应称为链式反应。
4.临界体积
把能够发生链式反应的裂变物质的最小体积叫作临界体积。
5.1 g铀235完全裂变释放的能量相当于燃烧约________煤放出的化学能，而且这么多能量是在短短不到1 s的时间之内释放出来的。
产物
3 t
【思考】 如图为铀核裂变示意图。
(1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程。
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
AD
例1 (多选)关于重核裂变的说法正确的是(　　)
A.重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多
B.只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应
C.为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生的中子
D.裂变过程中释放能量，质量亏损
解析　重核裂变为两个中等质量的核时，会产生两到三个中子，因此分裂后的中等质量核总的中子数减少，故A正确；链式反应的发生是有条件的，铀块的体积必须达到其发生链式反应的临界体积，链式反应一旦发生，中子轰击铀核裂变产生的中子再次引起其他铀核的裂变，且能不断继续下去，故B、C错误；重核裂变时质量发生亏损，总能量减小，减小的能量对外释放，选项D正确。
解析　(1)由电荷数、质量数守恒可得锆的电荷数Z＝92－60＋8＝40，质量数
A＝236－146＝90；
知识点二　核反应堆　核电站
如图是慢中子反应堆的示意图，则：
(1)铀235是容易吸收快中子还是慢中子后发生裂变反应？
(2)如何控制裂变反应的激烈程度？
提示　(1)慢中子。
(2)控制棒由镉或硼等强烈吸收中子的物质做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，反之，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。
1.核反应堆
(1)是一种__________的核裂变链式反应装置。核反应堆按引起裂变的中子能量可分为________反应堆和快中子反应堆。
(2)慢化剂：铀235具有能俘获慢中子，而不易俘获快中子的特点。为此在铀棒周围放置慢化剂，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量损失，变成慢中子。常用作慢化剂的物质有普通水(也叫轻水)、______和石墨。
(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入一些控制棒。制造控制棒的材料是镉或硼等能强烈吸收中子的物质，当反应过于剧烈时，就把控制棒插入得深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些。反之则把控制棒向外拔出一些。
人为可控
慢中子
重水
2.核电站
(1)核能发电指利用核反应堆中________所释放出的核能进行发电。
(2)核能转变成水的______，使水变成高温高压的蒸气，推动汽轮发电机发电。
(3)核电站的主要部件及作用如下表
核裂变
内能
部件名称 项目　 慢化剂 控制棒 冷却剂 安全壳
采用的材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉(或硼等) 水或液态的金属钠 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
(4)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，所能提供的能量大。
③对环境的污染要比火力发电小。
【思考】 (1)核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？
(2)慢化剂的作用是什么？是为了减慢裂变速度吗？
提示　(1)控制棒由镉或硼等制成。它们吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度。
(2)慢化剂的作用是使快中子减速，以便于中子与铀核作用发生链式反应。不是为了减慢裂变速度，而是为了提高中子的利用率。
BCD
B
训练1 如图是慢中子反应堆的示意图，下列对该反应堆的说法正确的是(　　)
A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B.快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C.控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，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慢一些
D.要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
解析　快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，故选项B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故选项C、D错误。
知识点三　核聚变　受控热核反应
为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温？
提示　轻核的聚变反应，是较轻的核子结合成较重的核子，要使得核子的强相互作用发挥作用，必须使核子间的距离达到10－15 m以内；同时由于在此距离时原子核之间的库仑斥力巨大，因而需要核子有很大的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度。
1.核聚变
(1)定义：把轻原子核聚合成____________的反应称为聚变反应，简称核聚变。
(2)条件：在聚变反应中，要使两个带正电的轻核聚合成一个质量较大的核，必须使它们具有足够的______去克服库仑斥力，进入到核力作用范围(10－15 m)内，然后通过______的作用结合发生聚变。核聚变反应一旦发生，就不再需要外界继续提供能量，靠自身产生的能量就可以使反应继续进行下去。
较重原子核
动能
核力
2.受控热核反应
(1)实现可控核聚变反应的难点：把高达上亿摄氏度的反应体放在何处。
(2)控制方法
①磁约束：利用______约束参加反应的物质
②激光惯性约束：由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。所以，在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。
磁场
【思考】
1.为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？
提示　因为很轻的原子核比较重的原子核的核子平均质量更大，比结合能更小，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大。
2.受控核聚变中磁约束的原理是什么？
提示　原子核带有正电，垂直磁场方向射入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，绕着一个中心不断旋转而不飞散，达到约束原子核的作用。
例4 太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。已知质子质量为mH＝1.007 3 u，氦核质量为mHe＝4.001 5 u，电子质量为me＝0.000 55 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中的光速c＝3×108 m/s。
(1)写出这个核反应方程；
(2)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？
总结提升　重核裂变与轻核聚变的区别
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
原料的 蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富
可控性 速度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，除氢弹以外，人们还不能完全控制它
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
核废料 处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
C
知识点四　粒子物理学发展概况
1.“基本”粒子
(1)人们认为光子、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”。
(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、______、电子组成，并发现______、中子等本身也有自己的复杂的结均。
质子
中子
质子
2.粒子“全家福”
粒子的分类：大体可分为______、______和规范玻色子几种类型。具体如下表格。
强子
轻子
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、介子、超子 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 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱相互作用、强相互作用
3.夸克模型
(1)1964年美国科学家盖尔曼和茨威格各自独立提出了强子结构的夸克模型。他们认为强子是由3种更基本的粒子组成的，并称这些粒子为______。
夸克
此外，还是粲夸克(c)，底夸克(b)和顶夸克(t)以及它们的反夸克。按夸克模型，质子由3个夸克(uud)组成，所带电荷量恰好是e。中子也由3个夸克(ddu)组成，总电荷量为零。
夸克还有一种叫“色荷”的性质。色荷共分三种，可标示为“蓝”“绿” “红”，每一种色荷都有其对应的反色荷——“反蓝”“反绿”“反红”。每一个夸克都带一种色，而每一个反夸克则带一种反色，所以夸克共有36种。
BCD
例5 (多选)关于粒子，下列说法正确的是(　 　)
A.质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B.质子、中子本身也是复合粒子，它们具有复杂的结构
C.质子是带电的强子
D.光子是规范玻色子
解析　质子和中子是由不同的夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故A错误，B正确；不同的夸克组成的强子，有的带电，有的不带电，质子是带正电的强子，故C正确；光子是规范玻色子，D正确。
AD
训练3 (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u或反夸克d)组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷。
下列说法正确的是(　　)
A.π＋由u和d组成 B.π＋由d和u组成
C.π－由u和d组成 D.π－由d和u组成
随堂对点自测
2
C
1.(核裂变　链式反应)铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的是(　　)
A.铀块的质量是重要因素，与体积无关
B.为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子
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.裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
解析　要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积(或临界质量)，故选项A、D错误，C正确；铀235俘获慢中子发生裂变的几率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，故选项B错误。
BCD
2.(核反应堆　核电站)(多选)如图所示，核反应堆通过可控的链式反应实现核能的释放。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
ABC
4.(粒子及其分类)(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.粒子大体可被分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别
C.质子属于强子
D.光子属于轻子
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；粒子大体可分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别，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。
课后巩固训练
3
D
解析　根据电荷数守恒知X的电荷数为92－36－56＝0，即质子数为0，所以X为中子，根据质量数守恒知X的质量数为235＋1－144－89＝a，可得a＝3，故选项D正确。
对点题组练
D
C
3.如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是(　　)
A.正常运行的反应堆，水泥防护层外能检测到大量α粒子
B.中子速度越快越容易发生链式反应
C.通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度
D.铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关
解析　正常运行的核反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射，所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒子，故A错误；中子速度越快越不容易使链式反应发生，故B错误；利用镉棒对中子吸收能力强的特点，通过改变镉棒的插入深度，从而改变中子的数量来控制反应速度，故C正确；核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关，铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同，释放能量不同，故D错误。
AC
题组二　核反应堆　核电路
4.(多选)为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风能和再生能源的政策，请根据所学物理知识，判断下列说法正确的是(　　)
A.核能发电对环境的污染比火力发电要小
B.核能发电对环境的污染比火力发电要大
C.现有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能
D.现有核电站既可以利用重核裂变，又可以利用轻核聚变释放大量的原子能
解析　目前，核电站都用核裂变，其原料是铀，且核能发电对环境的污染比火力发电要小，故选项A、C正确。
D
题组三　核聚变　受控热核反应
5.已知氘核的比结合能为1.1 MeV，氦核的比结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时(　　)
A.释放出4.9 MeV的能量 B.吸收4.9 MeV的能量
C.吸收24.0 MeV的能量 D.释放出24.0 MeV的能量
B
AD
解析　由核反应方程，质量数守恒、电荷数守恒，可知X是α粒子，其射线是α射线，电离本领比γ射线强，选项A正确；比结合能越大，原子核越稳定，X的比结合能大于氘核的比结合能，选项B错误；由于核聚变时释放能量，质量亏损，所以X核子与中子的质量之和小于氘、氚两核子的质量之和，选项C错误；要使该核反应发生，需要巨大的能量以克服氚核和氘核之间的库仑斥力，通常需要把它们加热到很高的温度，选项D正确。
D
8.太阳的能量来自于热核反应，其中一种核反应是四个质子聚变成一个α粒子，同时放出两个正电子和两个没有静止质量的中微子。已知α粒子的质量为mα，质子的质量为mP电子的质量为me，c为光在真空中的传播速度，N为阿伏伽德罗常量，在这种核反应中1 000 g的氢核聚变所放出的能量为(　　)
A.1 000(4mp＋mα＋2me)Nc2 B.1 000(mα＋2me－4mp)Nc2
C.250(mα＋2me－4mp)Nc2 D.250(4mp－mα－2me)Nc2
B
C
ACD
C
培优加强练
14.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD＝2.013 6 u，氦核质量mHe＝3.015 0 u，中子质量mn＝1.008 7 u。
(1)计算释放出的结合能；
(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0＝0.35 MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
答案　(1)3.26 MeV　(2)0.99 MeV　2.97 MeV4　核裂变　核聚变　5　粒子物理学发展概况
(分值：100分)
选择题1～12题，每小题6分，共72分。
对点题组练
题组一　核裂变　链式反应
1.广东大亚湾核电站是我国首座利用核裂变发电的大型商用核电站，核裂变反应方程＋n→Ba＋Kr＋aX中(　　)
X为电子，a＝1 X为质子，a＝3
X为质子，a＝2 X为中子，a＝3
2.铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变。其衰变方程为U→Th＋X，裂变方程为U＋n→Y＋Kr＋3n，其中U、n、Y、Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c。下列叙述正确的是(　　)
U发生的是β衰变
Y原子核中含有56个中子
若提高温度，U的半衰期将会变小
U裂变时释放的能量为(m1－2m2－m3－m4)c2
3.如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是(　　)
正常运行的反应堆，水泥防护层外能检测到大量α粒子
中子速度越快越容易发生链式反应
通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度
铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关
题组二　核反应堆　核电路
4.(多选)为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风能和再生能源的政策，请根据所学物理知识，判断下列说法正确的是(　　)
核能发电对环境的污染比火力发电要小
核能发电对环境的污染比火力发电要大
现有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能
现有核电站既可以利用重核裂变，又可以利用轻核聚变释放大量的原子能
题组三　核聚变　受控热核反应
5.已知氘核的比结合能为1.1 MeV，氦核的比结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时(　　)
释放出4.9 MeV的能量
吸收4.9 MeV的能量
吸收24.0 MeV的能量
释放出24.0 MeV的能量
6.在核裂变和核聚变反应中，下列说法正确的是(　　)
核裂变和核聚变过程中，质量不发生变化
控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量
太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变和轻核聚变
U在中子轰击下生成Sr和Xe的过程中，会吸收核能
7.(多选)核聚变能释放大量的核能，一种核聚变的反应方程为H＋H→X＋n＋E，关于该方程，下列说法正确的是(　　)
X射线的电离本领比γ射线强
X核的比结合能小于氘核的比结合能
X核子与中子的质量之和大于氘、氚两核子的质量之和
该核反应需要巨大的能量克服氘、氚核子间的库仑斥力
8.太阳的能量来自于热核反应，其中一种核反应是四个质子聚变成一个α粒子，同时放出两个正电子和两个没有静止质量的中微子。已知α粒子的质量为mα，质子的质量为mP电子的质量为me，c为光在真空中的传播速度，N为阿伏伽德罗常量，在这种核反应中1 000 g的氢核聚变所放出的能量为(　　)
1 000(4mp＋mα＋2me)Nc2
1 000(mα＋2me－4mp)Nc2
250(mα＋2me－4mp)Nc2
250(4mp－mα－2me)Nc2
题组四　粒子物理学发展概况
9.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克所带的电荷量为e，d夸克所带的电荷量为－e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是(　　)
质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
综合提升练
10.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＋X→Be＋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(　　)
若使Be的温度降低，其半衰期会减小
方程中的X为电子
该核反应过程产生的质量亏损为Δm＝
“核燃烧”的核反应是裂变反应
11.(多选)太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢核(H)结合成1个氦核同时放出2个正电子的过程。下表中列出了部分粒子的质量：
粒子名称 质子(p) α粒子 正电子(e) 中子(n)
质量/u 1.007 8 4.002 6 0.000 5 1.008 7
以下说法正确的是(　　)
核反应方程为4H→He＋2e
4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.027 6 kg
4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.6×10－29 kg
聚变反应过程中释放的能量约为4.14×10－12 J
12.1964年10月16日15时，邓稼先先生带领的团队研发的第一颗原子弹在中国大地成功试爆。原子弹的原理是U裂变生成Kr和Ba，从而产生巨大能量，若已知U、Kr、Ba原子核的质量分别为m0、m1、m2，中子的质量为m。下列关于原子弹的相关知识正确的是(　　)
U裂变的核反应方程式为U→Kr＋Ba＋2n
一个U原子核裂变时产生的热量为(m0－m1－m2－2m)c2
原子弹爆炸中的链式反应与铀块的体积有关
U原子核的比结合能为
13.(14分)鉴于核裂变产生的放射性物质的危害，核物理学家致力于核聚变发电以减少核污染。核聚变电站最有可能的燃料是两种同位素，被称作重形式的氢：氘和氚。核聚变是靠温度和压力的共同作用完成的，在地球实验室中完成可控核聚变需要1亿摄氏度。氘核和氚核聚变时的核反应方程：H＋H→He＋X。请回答下列问题：
(1)(7分)补充完成上述核反应方程；
(2)(7分)已知H的比结合能是1.09 MeV，H的比结合能是2.78 MeV，He的比结合能是7.03 MeV。一个氘核与氚核聚变过程释放出的能量为多少？
培优加强练
14.(14分)两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD＝2.013 6 u，氦核质量mHe＝3.015 0 u，中子质量mn＝1.008 7 u。
(1)(7分)计算释放出的结合能；
(2)(7分)若反应前两氘核的动能均为Ek0＝0.35 MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
4　核裂变　核聚变
5　粒子物理学发展概况
1.D　[根据电荷数守恒知X的电荷数为92－36－56＝0，即质子数为0，所以X为中子，根据质量数守恒知X的质量数为235＋1－144－89＝a，可得a＝3，故选项D正确。]
2.D　[根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒，知X为氦原子核，U发生的是α衰变，A错误；Y的质量数A＝235＋1－89－3＝144，电荷数Z＝92－36＝56，由原子核的组成特点可知，Y原子核中含有56个质子，中子数为144－56＝88，B错误；半衰期与温度、压强等外界因素无关，C错误；由于核裂变的过程中释放能量，根据爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δm·c2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，D正确。]
3.C　[正常运行的核反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射，所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒子，故A错误；中子速度越快越不容易使链式反应发生，故B错误；利用镉棒对中子吸收能力强的特点，通过改变镉棒的插入深度，从而改变中子的数量来控制反应速度，故C正确；核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关，铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同，释放能量不同，故D错误。]
4.AC　[目前，核电站都用核裂变，其原料是铀，且核能发电对环境的污染比火力发电要小，故选项A、C正确。]
5.D　[两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为：
H＋H→He＋γ，2个H的总结合能为
E1＝1.1×4 MeV＝4.4 MeV
反应后生成的氦核的结合能为
E2＝7.1×4 MeV＝28.4 MeV
所以反应释放的核能
ΔE＝E2－E1＝28.4 MeV－4.4 MeV＝24.0 MeV
故A、B、C错误，D正确。]
6.B　[核裂变和核聚变过程中，释放能量，由ΔE＝Δmc2知，质量会减少，故A错误；控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，故B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故C错误；U在中子轰击下生成Sr和Xe的过程中，存在质量亏损，会释放核能，故D错误。]
7.AD　[由核反应方程，质量数守恒、电荷数守恒，可知X是α粒子，其射线是α射线，电离本领比γ射线强，选项A正确；比结合能越大，原子核越稳定，X的比结合能大于氘核的比结合能，选项B错误；由于核聚变时释放能量，质量亏损，所以X核子与中子的质量之和小于氘、氚两核子的质量之和，选项C错误；要使该核反应发生，需要巨大的能量以克服氚核和氘核之间的库仑斥力，通常需要把它们加热到很高的温度，选项D正确。]
8.D　[4个氢核聚变的质量亏损Δm＝(4mp－mα－2me)，根据质能方程，核聚变释放的能量ΔE＝Δm·c2＝(4mp－mα－2me)c2，1 000 g氢核的个数为n＝ N＝
1 000 N，1 000 g氢核聚变放出的能量E＝ΔE＝250(4mp－mα－2me)Nc2，故D正确。]
9.B　[质子H所带的电荷量为2×e＋＝e，中子n所带的电荷量为e＋2×＝0，结合不同夸克的带电荷量可知，B正确。]
10.C　[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＝Δm·c2，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。]
11.ACD　[由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得，核反应方程为4H→He＋2e，故选项A正确；反应中的质量亏损为Δm＝4mp－mα－2me＝(4×1.007 8－4.002 6－2×0.000 5)u＝0.027 6 u＝4.6×10－29 kg，故选项C正确，B错误；由质能方程得ΔE＝Δmc2＝4.6×10－29×(3×108)2 J＝4.14×10－12 J，故选项D正确。]
12.C　[U的裂变需用高速中子轰击，故其核反应方程为U＋n→Kr＋Ba＋3n，A错误；此核反应过程中质量亏损为Δm＝m0－m1－m2－2m，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，可知一个U原子核裂变时产生的能量为(m0－m1－m2－2m)c2，但此能量一部分为热能，一部分转化为其他原子核和中子的动能，故一个U原子核裂变产生的热量小于(m0－m1－m2－2m)c2，B错误；链式反应与铀块的体积有关，体积越大，则中子撞击的几率越大，发生链式反应的几率越大，且只有当铀块的体积达到临界体积时，链式反应才能稳定发生，C正确；比结合能指原子核分裂为核子所需的能量与其核子数的比值，并不是核裂变产生的能量与其核子数的比值，D错误。]
13.(1)H＋H→He＋n　(2)17.6 MeV
解析　(1)根据质量数和电荷数守恒可得该核反应方程H＋H→He＋n。
(2)聚变过程释放出的能量
ΔE＝E2－E1＝4×7.03 MeV－(2×1.09＋3×2.78) MeV＝17.6 MeV。
14.(1)3.26 MeV　(2)0.99 MeV　2.97 MeV
解析　(1)核反应方程为H＋H→He＋n
反应质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝0.003 5 u
由质能方程得释放核能
ΔE＝Δm×931.5 MeV＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV。
(2)将两氘核作为一个系统
由动量守恒定律有0＝mHevHe＋mnvn
由能量守恒定律有mHev＋mnv＝ΔE＋2Ek0
联立得EkHe＝0.99 MeV
Ekn＝2.97 MeV。

展开更多......

收起↑