(人教版2019选择性必修第三册)物理同步易混易错5.4核裂变与核聚变5.5基本粒子高二物理同步易混易错(原卷版+解析)

第五章原子核第四节核裂变与核聚变第五节“基本”粒子[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念知道核聚变与和裂变的不同，通过核反应方程能计算所释放的能量;关于粒子、粒子与相互作用、夸克模型等的基本认识科学思维分清裂变和聚变的含义，知道当前核聚变是不受控制的;分清粒子大小的数量级以及相互组成的关系，知道当前还有许多新粒子被不断发现。科学探究通过核裂变的示意图推理出三分裂和四分裂的概念;通过研究宇宙射线和强子对撞机，是发现新粒子的两种方法科学态度与责任通过观看我国原子弹氢弹的爆炸视频，激发学生献身国防的爱国主义热情;粒子是不断发展的，具有相对持久性和普适性。我们要把粒子思想应用与实际生活中[基础知识深层理解提高]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eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,

56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n.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：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV.3．条件：使轻核的距离达到10－15m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．知识点四：粒子和宇宙1．“基本粒子”不基本:(1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子．(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构．2．发现新粒子:(1)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介子及以后的超子等．(2)粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子．3．夸克模型：（1）1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的，带电量为±eq\f(2,3)e或±eq\f(1,3)e.(2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)．(3)夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－eq\f(1,3)或＋eq\f(2,3).例如，上夸克带的电荷量为＋eq\f(2e,3)，下夸克带的电荷量为－eq\f(e,3).(4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．4．宇宙的演化:宇宙大爆炸eq\o(→,\s\up7(约10－44s后))温度为1032K，产生了夸克、轻子、胶子等粒子eq\o(→,\s\up7(约10－6s后))温度下降到1013K左右，强子时代→温度下降到1011K时，轻子时代→温度下降到109K时，核合成时代eq\o(→,\s\up7(一万年后))温度下降到104K，混合电离态→温度下降到3_000_K时，中性的轻原子eq\o(→,\s\up7(继续冷却))恒星和星系．5．恒星的演化：宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合成氦核→氦核聚合成碳核→其他聚变过程→无聚变反应，形成白矮星或中子星或黑洞．[典型例题、易错易混点剖析]易错易混点1.核裂变释放核能的理解易错易混点辨析:1．典型的裂变方程(1)eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,

54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n(2)eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,

56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n2．核能的释放：由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能。3．链式反应发生的条件：(1)铀块的体积大于或等于临界体积；(2)有足够浓度的铀235；(3)有足够数量的慢中子；4．裂变反应的能量大小：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量；一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。5.核电站发电的优点：(1)消耗的核燃料少；(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采用储量大，所能提供的能量大；(3)对环境的污染要比火力发电小。例题1.2021年1月30日，华龙一号全球首堆——中核集团福建福清核电5号机组投入商业运行。这标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。其核反应方程为，下列说法正确的是（）A．此核反应属于原子核的聚变 B．此核反应属于原子核的裂变C．裂变后粒子的总质量数减少 D．X原子的质量数为140解析：选B,核电站核反应过程属于原子核裂变反应，核反应过程中质量数守恒，X原子的质量数为，故选B。例题2.钍基熔盐堆核能系统（TMSR）是第四代核能系统之一、其中钍基核燃料铀由较难裂变的钍吸收一个中子后经过若干次β衰变而来；铀的一种典型裂变产物是钡和氪。以下说法正确的是（）A．钍核经过2次β衰变可变成镤B．钍核衰变的快慢由原子所处的化学状态和外部条件决定C．题中铀核裂变的核反应方程为D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能减小解析：选C，A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知钍核经过1次β衰变可变成镤，A错误；B．钍核衰变的快慢由原子本身的性质决定的，与所处的化学状态和外部条件无关，B错误；C．根据质量数守恒和电荷数守恒可知题中铀核裂变的核反应方程为C正确；D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，放出能量，因此比结合能增大，D错误。故选C。易错易混点2核聚变的理解易错易混点辨析：1．聚变发生的条件：要使轻核发生聚变，必须使轻核间的距离达到核力发生作用的距离10－15m以内，这要克服原子核间巨大的库仑斥力作用，使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。2．轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。3．聚变方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。4．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倍例题3.下列核反应方程中，属于轻核聚变的是（）A． B．C． D．解析：选A，A．为轻核聚变，A正确；B．铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中的一种核反应方程为，B错误；C．是人工转变，C错误；D．是人工转变，D错误。故选A。例题4.2020年12月4日，新一代“人造太阳”中国环流二号M装置（HL-2M）正式建成并实现首次放电，放电温度达太阳芯部温度近10倍。“人造太阳”实验中的可控热核反应的方程是，海水中富含反应原料氘（），氚核（）可以用中子轰击锂核（）得到。下列说法正确的是（）A．上述核反应前后核子数相等，生成物的质量等于反应物的质量B．中子轰击锂核（）反应方程为C．中子轰击锂核（）发生了衰变D．氘核（）和氚核（）的比结合能均比氦核（）的比结合能大解析：选B,A．上述核反应前后核子数相等，反应过程释放能量，有质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量，故A错误；B．由质量数和电荷数守恒可得中子轰击锂核（）反应方程为故B正确；C．衰变是自然状态下发生的，中子轰击锂核（）为原子核的人工转变，故C错误；D．核反应方程式中生成物氦核（）的比结合能比反应物氘核（）和氚核（）的比结合能都大，故D错误。故选B。易错易混点3：夸克与粒子物理标准模型易错易混点辨析：1．夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由夸克构成的。2．夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。3．夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)。4．意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。例题5.已知介子、介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。ud带电荷量下列说法正确的是（）A．由u和组成 B．由和d组成C．由u和组成 D．由和d组成解析：选D,根据各种粒子带电情况，的带电荷量为，故由u和组成；的带电荷量为，故由和d组成。故选D。例题6.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是（）A．夸克、轻子、胶子等粒子 B．质子和中子等强子C．光子、中微子和电子等轻子 D．氢核、氘核、氦核等轻核解析：选A,宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错．【针对训练】一、单选题1．太阳辐射能量主要来自太阳内部的（）A．化学反应 B．放射性衰变 C．裂变反应 D．热核反应2．2020年12月4日在成都，我国核聚变反应“人造太阳”已获得重大突破新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（）正式建成并首次放电，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础，核聚变反应方程中，X表示（）A．质子 B．正电子 C．负电子 D．中子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基本粒子B．强子都是带电粒子C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位4．为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪（AMS）在太空中寻找“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的。“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，则反氢原子是（）A．由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成下列关于宇宙的说法错误的是（）A．质量大的恒星寿命反而比较短B．恒星的演化分为诞生期、存在期和死亡期C．光年（1.y.）是一个时间单位，表示一年的时间D．银河系是一种旋涡状星系，太阳现在正处于其中的一条旋臂上6．关于恒星的描述，下列说法中正确的是（）A．质量越大的恒星，寿命越短B．质量越大的恒星，寿命越长C．表面温度比太阳高的恒星呈现出比太阳稍红的颜色D．表面温度比太阳低的恒星呈现出比太阳稍蓝的颜色7．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1.2亿度101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，下列说法正确的是（）A．反应产物X为B．核聚变后的产物X比结合能小于的比结合能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8．关于下列核反应说法正确的是（）A．，此反应放出能量，所以结合能降低B．，此反应是核聚变，X是质子C．，此反应是核裂变，质量亏损，放出能量D．，此反应是α衰变，4个原子核经过两个半衰期后还剩一个原子核9.关于重核的裂变，以下说法正确的是()A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能一个eq\o\al(235,92)U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，则下列叙述正确的是()A．X原子核中含有86个中子B．X原子核中含有141个核子C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少11．一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于()A．(M－m1－m2)c2B．(M＋m－m1－m2)c2C．(M－m1－m2－9m)c2D．(m1＋m2＋9m－M)c212．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.3MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时，释放的能量约为()A．21.04MeV B．35.56MeVC．77.64MeV D．92.16MeV13．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核）俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核（称为子核）的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的，一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面说法正确的是（）A．母核的质量数小于子核的质量数B．子核的动量与中微子的动量大小相同C．母核的电荷数小于子核的电荷数D．子核的动能大于中微子的动能14．科学家发现在月球上含有丰富的eq\o\al(3,2)He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He.关于eq\o\al(3,2)He聚变，下列表述正确的是()A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用eq\o\al(3,2)He聚变反应发电15．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196MeV的能量，则1g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)()A．NA×196MeVB．235NA×196MeVC．235×196MeVD.eq\f(NA,235)×196MeV16．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造和运行技术，其发生的可控核聚变方程为：+→+X（X表示某种粒子），则下列说法正确的是（）A．X为质子B．核能不属于清洁能源C．该核反应是我国秦山核电站利用核能的方式D．原子核比原子核稳定17．2019年8月我国已经建成了新托卡马克(EAST)装置——中国环流器二号M装置(HL­2M)，为“人造太阳”创造了条件，其等离子温度有望超过2亿摄氏度，将中国的聚变堆技术提升到了新的高度。设该热核实验反应前氘核(H)的质量为m1，氚核(H)的质量为m2，反应后氦核(He)的质量为m3，中子(n)的质量为m4。关于聚变的说法正确的是（）A．核裂变比核聚变更为安全、清洁B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．两个轻核结合成质量较大的核，比结合能较聚变前减小D．HL­2M中发生的核反应方程式是H＋H→He＋n18．中国“嫦娥五号”在月球采集的约2公斤月壤中含有地球上鲜有的，是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”。有关聚变的核反应方程如下：①，②；下列说法正确的是（）A．X为质子，Y为中子B．的比结合能比的比结合能大C．方程①中：质量亏损约为5.9×10-31kgD．方程②中：核子平均释放的能量约为2.14MeV19．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，一个D（氘）核和T（氚）核发生聚变反应会产生一个中子，下列说法正确的是（）A．该核反应方程式为B．该核反应能够吸收大量能量C．该反应能够在常温下进行D．反应前平均核子质量比反应后大20．关于原子和原子核，下列说法正确的是（）A．结合能越大，原子核越稳定B．在核反应中，X为中子C．核爆炸的能量来自于原子核反应中的质量亏损，遵循规律D．氡的半衰期为3.8天，1g氡原子核在经过7.6天后只剩下0.2g氡原子核二、多选题21.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是()A．夸克 B．质子C．轻子 D．中子22.下列说法正确的是()A．聚变反应中有质量亏损，所以必向外界放出能量B．要使核发生聚变反应，必须使核之间的距离接近到1×10－15m，也就是接近到核力能够发生作用的范围内C．要使核发生聚变反应，必须克服核力做功D．热核反应只有在人工控制下才能发生23．如图是核电站工作流程图，关于核能，下列说法正确的是（）A．核反应堆可以把核能直接转化为电能B．核反应堆利用的是原子核衰变过程产生的能量C．核反应生成物的比结合能大于反应物的比结合能D．水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线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容易吸收快中子发生裂变反应B．快中子跟减速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C．控制棒由镉做成，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D．若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25．科幻大片《流浪地球》中描述的行星发动机为“重元素核聚变发动机”，通过燃烧石头获得能量，所谓“重元素核聚变”指的是两个比较重（相对氘，氚）的核，产生聚变形成一个更重的核并放出能量的过程。影片中发动机燃烧石头指的是石头里的硅（）聚变生成铁（），结合下比结合能图，下列说法正确的是（）A．比结合能越大，原子核越稳定B．的比结合能比的比结合能大C．比结合能越大，原子核总的结合能也越大D．从图中可以看出，轻核聚变会释放能量，重核裂变不会释放能量26．下列说法正确的（）A．是衰变方程B．是核聚变反应方程C．是衰变反应方程D．是原子核的人工转变方程我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于eq\o\al(235,)92U的裂变，现有四种说法正确的是()A.eq\o\al(235,92)U原子核中有92个质子，143个中子B.eq\o\al(235,92)U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短D．一个eq\o\al(235,92)U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J下列关于聚变的说法中正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．自然界中不存在天然的热核反应29．太阳内部有多种热核反应，其中“质子—质子链式反应”（或称为“PP反应”）是主要反应类型，而“PP反应”有多个分支，其主要分支的各步核反应方程分别为：＋0.42MeV、＋5.49MeV、＋12.86MeV，下列说法中正确的是（）A．X是正电子B．“PP反应”为核裂变反应C．“PP反应”可在常温下发生D．原子核的结合能大于原子核的结合能30．2020年12月17日，携带“月壤”的“嫦娥五号”返回器成功着陆。“月壤”中的氦-3是目前为止最理想的核聚变能源，它是一种高效、清洁、安全的核燃料，其参与的一种核反应为，其中辐射出一个光子。已知质子、氦-3、氦-4的质量分别为、、，普朗克常量为，真空中的光速为，则下列说法正确的是（）A．的比结合能比的小B．目前核电站使用的核燃料是C．辐射出的光子的能量D．辐射出的光子的波长31．2020年11月27日，我国自主三代核电“华龙一号”并网成功发出第一度电，标志着中国正式进入核电技术先进国家行列。中国环流器二号M装置，俗称“人造小太阳”，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究裝置，2020年12月4日14时02分实现首次放电。下列说法正确的是（）A．中国环流器二号M装置中有铀的同位素参与反应B．“华龙一号”中进行的反应是核裂变C．两个发电装置中的反应都有质量亏损D．反应方程正确，且属于核裂变据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A．“人造太阳”的核反应方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．“人造太阳”的核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同33．2017年10月16日，全球多国科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次利用激光干涉法直接探测到来自双中子星合并（距地球约1.3亿光年）的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号，此后2秒，美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴，这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件，标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代，也证实了爱因斯坦100多年前在广义相对论中有关引力波的预言，引力波是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪，宛如石头丢进水里产生的波纹．根据以上信息判断正确的是A．引力波的传播速度等于光束B．具有质量的物体能产生引力波C．干涉是波具有的性质，所以激光也是一种波D．引力波的传播需要空气作为介质三、非选择题34．若π+介子、π-介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们所带电荷量如表所示，表中e为元电荷。粒子π+π-ud带电荷量+e-e+--+(1)按最简单的组成，π+介子由哪两种粒子组成？(2)按最简单的组成，π-介子由哪两种粒子组成？35．太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射。若已知两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核。已知氘核质量为2.0136u，氦核质量为3.0150u，中子质量为1.0087u，lu的质量相当于931.5MeV的能量。则：（1）写出核反应方程；（2）求核反应中释放的核能；（3）在两氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氢核的动能。eq\o\al(235,92)U受中子轰击时会发生裂变，产生eq\o\al(139,56)Ba和eq\o\al(94,36)Kr，同时放出200MeV的能量，现要建设发电能力是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料，假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多少？(阿伏加德罗常数取6.02×1023mol－1)一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.0073u，中子质量mn＝1.0087u，氚核质量m＝3.018u.(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能有多大？(3)平均每个核子释放的能量有多大？第五章原子核第四节核裂变与核聚变第五节“基本”粒子[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念知道核聚变与和裂变的不同，通过核反应方程能计算所释放的能量;关于粒子、粒子与相互作用、夸克模型等的基本认识科学思维分清裂变和聚变的含义，知道当前核聚变是不受控制的;分清粒子大小的数量级以及相互组成的关系，知道当前还有许多新粒子被不断发现。科学探究通过核裂变的示意图推理出三分裂和四分裂的概念;通过研究宇宙射线和强子对撞机，是发现新粒子的两种方法科学态度与责任通过观看我国原子弹氢弹的爆炸视频，激发学生献身国防的爱国主义热情;粒子是不断发展的，具有相对持久性和普适性。我们要把粒子思想应用与实际生活中[基础知识深层理解提高]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eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,

56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n.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：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV.3．条件：使轻核的距离达到10－15m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．知识点四：粒子和宇宙1．“基本粒子”不基本:(1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子．(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构．2．发现新粒子:(1)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介子及以后的超子等．(2)粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子．3．夸克模型：（1）1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的，带电量为±eq\f(2,3)e或±eq\f(1,3)e.(2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)．(3)夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－eq\f(1,3)或＋eq\f(2,3).例如，上夸克带的电荷量为＋eq\f(2e,3)，下夸克带的电荷量为－eq\f(e,3).(4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．4．宇宙的演化:宇宙大爆炸eq\o(→,\s\up7(约10－44s后))温度为1032K，产生了夸克、轻子、胶子等粒子eq\o(→,\s\up7(约10－6s后))温度下降到1013K左右，强子时代→温度下降到1011K时，轻子时代→温度下降到109K时，核合成时代eq\o(→,\s\up7(一万年后))温度下降到104K，混合电离态→温度下降到3_000_K时，中性的轻原子eq\o(→,\s\up7(继续冷却))恒星和星系．5．恒星的演化：宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合成氦核→氦核聚合成碳核→其他聚变过程→无聚变反应，形成白矮星或中子星或黑洞．[典型例题、易错易混点剖析]易错易混点1.核裂变释放核能的理解易错易混点辨析:1．典型的裂变方程(1)eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,

54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n(2)eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,

56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n2．核能的释放：由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能。3．链式反应发生的条件：(1)铀块的体积大于或等于临界体积；(2)有足够浓度的铀235；(3)有足够数量的慢中子；4．裂变反应的能量大小：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量；一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。5.核电站发电的优点：(1)消耗的核燃料少；(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采用储量大，所能提供的能量大；(3)对环境的污染要比火力发电小。例题1.2021年1月30日，华龙一号全球首堆——中核集团福建福清核电5号机组投入商业运行。这标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。其核反应方程为，下列说法正确的是（）A．此核反应属于原子核的聚变 B．此核反应属于原子核的裂变C．裂变后粒子的总质量数减少 D．X原子的质量数为140解析：选B,核电站核反应过程属于原子核裂变反应，核反应过程中质量数守恒，X原子的质量数为，故选B。例题2.钍基熔盐堆核能系统（TMSR）是第四代核能系统之一、其中钍基核燃料铀由较难裂变的钍吸收一个中子后经过若干次β衰变而来；铀的一种典型裂变产物是钡和氪。以下说法正确的是（）A．钍核经过2次β衰变可变成镤B．钍核衰变的快慢由原子所处的化学状态和外部条件决定C．题中铀核裂变的核反应方程为D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能减小解析：选C，A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知钍核经过1次β衰变可变成镤，A错误；B．钍核衰变的快慢由原子本身的性质决定的，与所处的化学状态和外部条件无关，B错误；C．根据质量数守恒和电荷数守恒可知题中铀核裂变的核反应方程为C正确；D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，放出能量，因此比结合能增大，D错误。故选C。易错易混点2核聚变的理解易错易混点辨析：1．聚变发生的条件：要使轻核发生聚变，必须使轻核间的距离达到核力发生作用的距离10－15m以内，这要克服原子核间巨大的库仑斥力作用，使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。2．轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。3．聚变方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。4．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倍例题3.下列核反应方程中，属于轻核聚变的是（）A． B．C． D．解析：选A，A．为轻核聚变，A正确；B．铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中的一种核反应方程为，B错误；C．是人工转变，C错误；D．是人工转变，D错误。故选A。例题4.2020年12月4日，新一代“人造太阳”中国环流二号M装置（HL-2M）正式建成并实现首次放电，放电温度达太阳芯部温度近10倍。“人造太阳”实验中的可控热核反应的方程是，海水中富含反应原料氘（），氚核（）可以用中子轰击锂核（）得到。下列说法正确的是（）A．上述核反应前后核子数相等，生成物的质量等于反应物的质量B．中子轰击锂核（）反应方程为C．中子轰击锂核（）发生了衰变D．氘核（）和氚核（）的比结合能均比氦核（）的比结合能大解析：选B,A．上述核反应前后核子数相等，反应过程释放能量，有质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量，故A错误；B．由质量数和电荷数守恒可得中子轰击锂核（）反应方程为故B正确；C．衰变是自然状态下发生的，中子轰击锂核（）为原子核的人工转变，故C错误；D．核反应方程式中生成物氦核（）的比结合能比反应物氘核（）和氚核（）的比结合能都大，故D错误。故选B。易错易混点3：夸克与粒子物理标准模型易错易混点辨析：1．夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由夸克构成的。2．夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。3．夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)。4．意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。例题5.已知介子、介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。ud带电荷量下列说法正确的是（）A．由u和组成 B．由和d组成C．由u和组成 D．由和d组成解析：选D,根据各种粒子带电情况，的带电荷量为，故由u和组成；的带电荷量为，故由和d组成。故选D。例题6.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是（）A．夸克、轻子、胶子等粒子 B．质子和中子等强子C．光子、中微子和电子等轻子 D．氢核、氘核、氦核等轻核解析：选A,宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错．【针对训练】一、单选题1．太阳辐射能量主要来自太阳内部的（）A．化学反应 B．放射性衰变 C．裂变反应 D．热核反应解析：选D，太阳的能量来自于内部的核聚变，产生很高的能量，又称为热核反应。故D正确；ABC错误；故选D。2．2020年12月4日在成都，我国核聚变反应“人造太阳”已获得重大突破新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（）正式建成并首次放电，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础，核聚变反应方程中，X表示（）A．质子 B．正电子 C．负电子 D．中子解析：选D，根据核反应过程中，质量数和电荷数守恒，可得出该核聚变的反应方程为所以，X表示的是中子。故选D。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基本粒子B．强子都是带电粒子C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位解析：选D，由于中子、质子是由不同的夸克组成的，它们不再是基本粒子，夸克模型是探究强子结构的理论，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的不带电，不同夸克带电不同，可能为或，说明电子电荷不再是电荷的最小单位.A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子，与结论不相符，选项A错误；B.强子都是带电粒子，与结论不相符，选项B错误；C.夸克模型是探究三大类粒子结构的理论，与结论不相符，选项C错误；D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位，与结论相符，选项D正确；4．为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪（AMS）在太空中寻找“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的。“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，则反氢原子是（）A．由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成解析：选B，反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成。故选B。下列关于宇宙的说法错误的是（）A．质量大的恒星寿命反而比较短B．恒星的演化分为诞生期、存在期和死亡期C．光年（1.y.）是一个时间单位，表示一年的时间D．银河系是一种旋涡状星系，太阳现在正处于其中的一条旋臂上解析：选C,A．恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短，故A正确；B．恒星的演化分为诞生期、存在期和死亡期，故B正确；C．光在一年中走过的路程是光年，光年是天文学上常用的长度单位，故C错误；D．宇宙是由很多星系组成的，银河系是一种旋涡状星系，太阳是银河系中的一颗恒星，故D正确；本题选择错误的，故选C。6．关于恒星的描述，下列说法中正确的是（）A．质量越大的恒星，寿命越短B．质量越大的恒星，寿命越长C．表面温度比太阳高的恒星呈现出比太阳稍红的颜色D．表面温度比太阳低的恒星呈现出比太阳稍蓝的颜色解析：选A,AB．恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧烈，故A正确，B错误；CD．恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝。恒星表面颜色主要有四种，分别是红、黄、白、蓝。太阳的表面颜色是黄色，属于温度中等偏低的恒星，故CD错误。故选A。7．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1.2亿度101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，下列说法正确的是（）A．反应产物X为B．核聚变后的产物X比结合能小于的比结合能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解析：选C,A．根据核聚变反应方程满足质子数和质量数守恒，可知反应物X为，选项A错误；B．比结合能越大，物质越稳定，所以核聚变后的产物X比结合能应大于的比结合能，选项B错误；C．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；D．核聚变反应，又称热核反应，需要超高温度，选项D错误。故选C。8．关于下列核反应说法正确的是（）A．，此反应放出能量，所以结合能降低B．，此反应是核聚变，X是质子C．，此反应是核裂变，质量亏损，放出能量D．，此反应是α衰变，4个原子核经过两个半衰期后还剩一个原子核解析：选C,A．是核聚变，此反应放出能量，所以结合能变大，故A错误；B．此反应是原子核的人工转化，X是质子，故B错误；C．此反应是核裂变，质量亏损，放出能量，故C正确；D．此反应是α衰变，半衰期是大量放射性原子衰变的统计规律，对个别的放射性原子没有意义，故D错误。故选C。9.关于重核的裂变，以下说法正确的是()A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能解析：选D，根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积．如果体积小，中子从铀块中穿过，碰不到原子核，则链式反应不会发生．在裂变反应中核子数是不会减少的，如eq\o\al(235,92)U裂变为eq\o\al(90,38)Sr和eq\o\al(136,54)Xe的核反应，其核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n，其中各粒子质量分别为mU＝235.0439u，mn＝1.00867u，mSr＝89.9077u，mXe＝135.9072u，质量亏损为Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝0.15097u.可见铀核裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会减少的，因此选项A、B、C均错．一个eq\o\al(235,92)U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，则下列叙述正确的是()A．X原子核中含有86个中子B．X原子核中含有141个核子C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少解析：选A，X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；中子数为140－(92－38)＝86个，A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误．11．一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于()A．(M－m1－m2)c2B．(M＋m－m1－m2)c2C．(M－m1－m2－9m)c2D．(m1＋m2＋9m－M)c2解析：选C铀235裂变时的质量亏损：Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m，由质能方程可得E＝Δmc2＝(M－9m－m1－m2)c2.12．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.3MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时，释放的能量约为()A．21.04MeV B．35.56MeVC．77.64MeV D．92.16MeV解析：选D6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.3MeV＝84.9MeV,3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9MeV＋7.26MeV＝92.16MeV.13．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核）俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核（称为子核）的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的，一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面说法正确的是（）A．母核的质量数小于子核的质量数B．子核的动量与中微子的动量大小相同C．母核的电荷数小于子核的电荷数D．子核的动能大于中微子的动能解析：选B,A．质量数等于质子数和中子数之和，母核的质子数减少1个但中子数增加1个，说明母核质量数等于子核的质量数，故A错误；B．一个静止的原子核，动量为零，发生“轨道电子俘获”，系统动量守恒仍为零，所以子核的动量与中微子的动量大小相同，方向相反，故B正确；C．母核失去了一个质子变成子核，因此电荷数大于子核的电荷数，故C错误；D．子核和中微子动量大小相等，动量和动能关系为因子核质量大，所以子核的动能小于中微子的动能，故D错误。故选B。14．科学家发现在月球上含有丰富的eq\o\al(3,2)He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He.关于eq\o\al(3,2)He聚变，下列表述正确的是()A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用eq\o\al(3,2)He聚变反应发电解析：选B,.聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采用铀核的裂变反应，可控的轻核聚变尚在实验阶段．15．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196MeV的能量，则1g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)()A．NA×196MeVB．235NA×196MeVC．235×196MeVD.eq\f(NA,235)×196MeV解析：选D,.由于1mol的铀核质量为235g，1g铀235的物质的量为eq\f(1,235)mol，因此1g铀235释放的核能E＝eq\f(NA,235)×196MeV，选项D正确．16．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造和运行技术，其发生的可控核聚变方程为：+→+X（X表示某种粒子），则下列说法正确的是（）A．X为质子B．核能不属于清洁能源C．该核反应是我国秦山核电站利用核能的方式D．原子核比原子核稳定解析：选D,A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知的质量数为1，电荷数为0，所以为中子，A错误，B．清洁能源是指在使用过程中不会对大气和环境造成污染，核能在使用过程中不产生气体，虽然有辐射对人体有害，但不等于不清洁，核废料一般用铅封或沉入大海，核能属于清洁能源，B错误C．该核反应不是目前利用核能的主要方式，因为该核聚变不可控，目前利用核能发电的是重核裂变，C错误D．反应过程放出能量，说明生成物比反应物更稳定，而比结合能越大，所以的原子核比的原子核更稳定，D正确,故选D。17．2019年8月我国已经建成了新托卡马克(EAST)装置——中国环流器二号M装置(HL­2M)，为“人造太阳”创造了条件，其等离子温度有望超过2亿摄氏度，将中国的聚变堆技术提升到了新的高度。设该热核实验反应前氘核(H)的质量为m1，氚核(H)的质量为m2，反应后氦核(He)的质量为m3，中子(n)的质量为m4。关于聚变的说法正确的是（）A．核裂变比核聚变更为安全、清洁B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．两个轻核结合成质量较大的核，比结合能较聚变前减小D．HL­2M中发生的核反应方程式是H＋H→He＋n解析：选D,A．核裂变原料、产物对环境污染较核聚变严重，A错误。B．氘核和氚核的核聚变过程中要释放出核能，存在着质量亏损，即m1＋m2>m3＋m4,B错误。C．比结合能越大，原子核越稳定，两个轻核结合成质量较大的核，比结合能较聚变前增大，C错误。D．核聚变方程为H＋H→He＋n，D正确。故选D。18．中国“嫦娥五号”在月球采集的约2公斤月壤中含有地球上鲜有的，是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”。有关聚变的核反应方程如下：①，②；下列说法正确的是（）A．X为质子，Y为中子B．的比结合能比的比结合能大C．方程①中：质量亏损约为5.9×10-31kgD．方程②中：核子平均释放的能量约为2.14MeV解析：选D，A．由电荷数和质量数守恒守恒可知，X为中子，Y为中子，A错误；聚变的核反应过程放出热量，则比更稳定，所以的比结合能比的比结合能小，B错误；C．由爱因斯坦质能方程方程可得则解得质量亏损为代入数据，解得C错误；D．核子平均释放的能量约为D正确。故选D。19．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，一个D（氘）核和T（氚）核发生聚变反应会产生一个中子，下列说法正确的是（）A．该核反应方程式为B．该核反应能够吸收大量能量C．该反应能够在常温下进行D．反应前平均核子质量比反应后大解析：选D,A．根据电荷数守恒、质量数守恒可知，新核的电荷数为：1+1-0=2，质量数为：2+3-1=4，新核为，此反应属于轻核的聚变，故A错误；B．此反应属于轻核的聚变，该核反应能够放出大量能量，故B错误；C．此核聚变发生反应时，压力需要非常大，温度需要高达5000万度以上，因此该反应不能在常温下进行，故C错误；D．因反应放出核能，反应后核子的平均质量减小，故D正确。20．关于原子和原子核，下列说法正确的是（）A．结合能越大，原子核越稳定B．在核反应中，X为中子C．核爆炸的能量来自于原子核反应中的质量亏损，遵循规律D．氡的半衰期为3.8天，1g氡原子核在经过7.6天后只剩下0.2g氡原子核解析：选B,A．比结合能越大，原子核越稳定，故A错误；B．在核反应中，根据质量数守恒与核电荷数守恒，X质量数为1，电荷数为0，是中子，故B正确；C．核爆炸的能量来自于原子核反应中的质量亏损，遵循规律故C错误；D．1g氢原子核在常温下经过7.6天后剩下氡原子核的质量故D错误。故选B。二、多选题21.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是()A．夸克 B．质子C．轻子 D．中子解析：选AC宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A、C、正确，B、D错误．22.下列说法正确的是()A．聚变反应中有质量亏损，所以必向外界放出能量B．要使核发生聚变反应，必须使核之间的距离接近到1×10－15m，也就是接近到核力能够发生作用的范围内C．要使核发生聚变反应，必须克服核力做功D．热核反应只有在人工控制下才能发生解析：选AB由质能方程可知，选项A正确；轻核结合成质量较大的核，必须使轻核间的距离达到核力能发生作用的范围，才能使它们紧密地结合起来，选项B正确、C错误；热核反应必须在很高的温度下才能发生，不一定要人工控制，选项D错误．23．如图是核电站工作流程图，关于核能，下列说法正确的是（）A．核反应堆可以把核能直接转化为电能B．核反应堆利用的是原子核衰变过程产生的能量C．核反应生成物的比结合能大于反应物的比结合能D．水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线解析：选CD，A．核反应堆把核能转化为内能，再转化为电能，故A错误；B．核反应堆利用的是核裂变过程产生的能量，故B错误；C．核反应堆中发生核反应要放出热量，则核反应生成物的比结合能大于反应物的比结合能，故C正确；D．水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线，故D正确。故选CD。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容易吸收快中子发生裂变反应B．快中子跟减速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C．控制棒由镉做成，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D．若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：选BC，根据铀235的特点，它更容易吸收慢中子而发生裂变，A错误；在反应堆中减速剂的作用就是减少快中子能量从而更易让铀235吸收裂变，B正确；链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数，镉控制棒可以吸收中子，因而可以控制核反应的快慢，即插入得深，吸收得多，反应将变慢，反之将加快，C正确，D错误．25．科幻大片《流浪地球》中描述的行星发动机为“重元素核聚变发动机”，通过燃烧石头获得能量，所谓“重元素核聚变”指的是两个比较重（相对氘，氚）的核，产生聚变形成一个更重的核并放出能量的过程。影片中发动机燃烧石头指的是石头里的硅（）聚变生成铁（），结合下比结合能图，下列说法正确的是（）A．比结合能越大，原子核越稳定B．的比结合能比的比结合能大C．比结合能越大，原子核总的结合能也越大D．从图中可以看出，轻核聚变会释放能量，重核裂变不会释放能量解析：选AB,A．比结合能越大，表示原子核中的核子结合的越牢固，原子核越稳定，A正确；B．比稳定，的比结合能比的比结合能大，B正确；C．比结合能是原子核的总结合能与核子数的比值，所以比结合能越大，原子核总的结合能不一定越大，C错误；D．轻核聚变会释放能量，重核裂变也会释放能量，核电站就是重核裂变释放的能量产生的电，D错误。故选AB。26．下列说法正确的（）A．是衰变方程B．是核聚变反应方程C．是衰变反应方程D．是原子核的人工转变方程解析：选BCD,A．是人工转变方程，A错误；B．是核聚变反应方程，B正确；C．是衰变反应方程，C正确；D．是原子核的人工转变方程，D正确。故选BCD。我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于eq\o\al(235,)92U的裂变，现有四种说法正确的是()A.eq\o\al(235,92)U原子核中有92个质子，143个中子B.eq\o\al(235,92)U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短D．一个eq\o\al(235,92)U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J解析：选ABD，由eq\o\al(235,92)U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，所以D正确．下列关于聚变的说法中正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．自然界中不存在天然的热核反应解析：选ABC,.轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D错误．29．太阳内部有多种热核反应，其中“质子—质子链式反应”（或称为“PP反应”）是主要反应类型，而“PP反应”有多个分支，其主要分支的各步核反应方程分别为：＋0.42MeV、＋5.49MeV、＋12.86MeV，下列说法中正确的是（）A．X是正电子B．“PP反应”为核裂变反应C．“PP反应”可在常温下发生D．原子核的结合能大于原子核的结合能解析：选AD,A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知X是正电子，A正确；B．“PP反应”为轻核聚变反应，B错误；C．“PP反应”属于热核反应，必须再高温下才能发生，C错误；D．由于核反应放出能量，因此原子核的结合能大于原子核的结合能，D正确。故选AD。30．2020年12月17日，携带“月壤”的“嫦娥五号”返回器成功着陆。“月壤”中的氦-3是目前为止最理想的核聚变能源，它是一种高效、清洁、安全的核燃料，其参与的一种核反应为，其中辐射出一个光子。已知质子、氦-3、氦-4的质量分别为、、，普朗克常量为，真空中的光速为，则下列说法正确的是（）A．的比结合能比的小B．目前核电站使用的核燃料是C．辐射出的光子的能量D．辐射出的光子的波长解析：选AD,A．核反应生成，同时释放巨