2025新课改-高中物理-选修第3册（10讲）09 A人工核反 基础版含答案

2025新课改-高中物理-选修第3册（10讲）09A人工核反基础版人工核反一、人工核反1．核反应⑴原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。⑵重要的人工核反应第一次实现原子核的人工转变：（发现质子的核反应）第一次人工制造放射性同位素：发现中子的核反应：2．核裂变与核聚变⑴重核的裂变①重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。②铀核的裂变：（是氪）③在一定条件下，由重核裂变产生的中子，再引起新的裂变，就能使核裂变反应不断地进行下去。这种由重核裂变产生的中子使核裂变一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。裂变物质的体积是链式反应能否进行的重要因素。只有当体积足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中新原子核，使链式反应进行下去。通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。⑵核聚变①两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。②典型的聚变反应：③要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到以内，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斥力。有一种办法是把它们加热到很高的温度。当物质的温度达到几百万开尔文时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生聚变。因此，聚变又叫热核反应。④聚变与裂变相比有很多优点。第一，轻核聚变产能效率高；第二，地球上聚变燃料的储量丰富；第三，轻核聚变更为安全清洁。典例精讲【例2.1】（2019春•滨州月考）近代物理的知识，在现代科学技术研究中，有非常广泛的应用。下列有关应用说法正确的是（）A．工业上常用α射线来控制轧钢厂生产的钢板的厚度 B．核电站能量来源是氢核聚变反应 C．体检时常做X射线透视，故X射线不可能伤害人体 D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害【分析】X射线，它是由原子中的内层电子发射的，有较强的穿透性，可以了透视人体等，对人体有一定的伤害。γ射线是波长从10﹣10～10﹣14米的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的，放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴随着发出；γ射线的穿透力很强，对生物的破坏力很大。【解答】解：A、γ射线的穿透性较强，工业上常用γ射线来控制轧钢厂生产的钢板的厚度。故A错误；B、核电站的能量来源于重核的裂变。故B错误；C、X射线对人体有一定的伤害。故C错误；D、γ射线对人体有一定的伤害，用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害。故D正确故选：D。【例2.2】（2019•包河区校级模拟）2018年8月23日，位于广东省东莞市大朗镇的国家重大科技基础设施﹣﹣中国散裂中子源通过国家验收，正式投入使用。对于有关中子的研究，下面说法正确的是（）A．.中子和其他微观粒子都具有波粒二象性 B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氮核和中子是裂变反应 C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 D．核反应方程84210P→X+【分析】中子和其他微观粒子都具有波粒二象性；一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氮核和中子是聚变反应而非裂变反应；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了原子的核式结构；核反应方程84210P→X+【解答】解：A、中子与光子等其他微观粒子都具有波粒二象性，A项正确；B、一个氘核与一个氚核经过核反应后生成一个氮核与一个中子为聚变反应，故B错误；C、卢瑟福通过阿尔法粒子散射实验提出了原子核式结构模型，卢瑟福通过氦核轰击氮核得到氧核和质子发现了质子，查德威克发现了中子，故C错误；D、由核反应规律中质量数守恒和物质守恒知中子数为124，故D错误；故选：A。【例2.3】（2019春•虹口区校级期中）链式反应发生的条件是（）A．中子的再生率要小于1 B．中子的再生率要不大于1 C．燃料块的体积不能小于临界体积 D．燃料块的体积不能大于临界体积【分析】链式反应发生的条件是：（1）中子的再生率要大于1，（2）燃料块的体积不能小于临界体积。【解答】解：链式反应发生的条件是：（1）中子的再生率要大于1，（2）燃料块的体积不能小于临界体积。故ABD错误，C正确。故选：C。【例2.4】（2019•攸县模拟）2018年11月12日中科院等离子体物理研究所发布消息：全超导托克马克装置EAST在实验中有了新的突破，等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度；其主要核反应方程为：①12H+12H→23He+X②A．X是质子 B．Y是氚核 C．X与Y是同位素 D．①②两个核反应都属于裂变反应【分析】根据质量数守恒、电荷数守恒判断X和和Y的种类，这两个方程都是聚变。【解答】解：A、根据质量数守恒、电荷数守恒可知X是中子，故A错误；B、对第二个方程，根据质量数守恒、电荷数守恒可知Y是氚核，故B正确；C、X是中子，Y是氚核，X与Y不是同位素，故C错误；D、①②两个核反应都属于聚变反应，故D错误。故选：B。随堂练习一．选择题（共10小题）1．（2019•武汉模拟）据悉我国第四代反应堆﹣钍基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要突破。该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀；轴的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量。下列说法正确的是（）A．钍核90232Th有90个中子，142个质子B．铀核裂变的核反应方程为92233U+01n→56142Ba+C．放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定 D．.重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小2．（2019春•灵丘县期末）“核反应堆”是通过可控的链式反应实现核能释放的，核燃料是铀棒，在铀棒周围要放“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。碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核是弹性正碰，而且认为碰撞前中子动能是E0，碳核都是静止的，则下列说法错误的是（）A．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 B．镉棒的作用是与铀棒发生化学反应，消耗多余的铀原子核，从而达到控制核反应速度的目的 C．经过一次碰撞中子失去的动能为48169E0D．在反应堆的外面修建很厚的水泥防护层的目的是屏蔽裂变产物放出的各种射线3．（2019•广东模拟）下列说法正确的是（）A．轻核的聚变可以在常温下自发地完成 B．原子核发生一次β衰变，原子的质量数增加1 C．235#/DEL/#92#/DEL/#U+1#/DEL/#0#/DEL/#n→D．温度升高，放射性元素的衰变周期变短4．（2018秋•南关区校级月考）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.1947年中国科学家钱三强、何泽慧在实验中观察到铀核也可能分裂为三部分或四部分，其概率大约是分裂为两部分的概率的千分之三。关于铀核的裂变，下列说法不正确的是（）A．裂变的产物不是唯一的 B．裂变的同时能放出2～3个或更多个中子 C．裂变能够释放巨大能量，每个核子平均释放的能量在裂变反应中比在聚变反应中的大 D．裂变物质达到一定体积（即临界体积）时，链式反应才可以持续下去5．（2018春•广元期末）在核能的利用中，有这样一个反应：92235U吸收一个慢中子后，分解成54139Xe和A．一个α粒子 B．一个氘核 C．三个中子 D．两个中子6．（2018秋•醴陵市校级月考）目前，科学家正在研究太空电站，即地球同步轨道上的太阳能电站，其示意图如图所示。下列说法中错误的是（）A．太阳能来自太阳内部的核聚变 B．太阳能收集板将太阳能转化为电能 C．利用微波传输，实现了“无缆输电” D．以地面接收站为参照物，太阳能电站是运动的7．（2018秋•河东区校级期中）贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于核聚变的是（）A．12H+13H→24B．24He+1327Al→1530C．614C→714N+D．92235U+01n→53131I8．（2018春•湖北期末）通过核反应可以释放核能。关于核反应12A．此核反应过程为ɑ衰变 B．此核反应生成物中x为电子 C．此核反应中释放的能量为24HeD．此核反应在超高温和高压下才易实现9．（2016春•张家口校级月考）关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是（）A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多 B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大 C．聚变反应中粒子的结合能变大 D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加10．（2011•重庆模拟）质子一质子循环发生的核反应被认为是恒星能量的一种可能来源，具体的一个循环过程是这样的：两个质子（11H）发生聚变，生成一个氘核（12H），生成的氘核（12H）再与一个质子（11H）聚变生成一个氦核（23He），接下来两个氦核（23He）发生聚变，生成氦的同位素（24A．两个质子（11H）发生聚变，可表示为：11H+11H→1B．两个质子（11H）发生聚变：可表示为：11H+11C．一个完整的质子﹣质子循环核反应可表示为：311H→23He+D．一个完整的质子﹣质子循环核反应可表示为：611H→24He+2二．多选题（共3小题）11．（2019春•桥东区校级月考）能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程中，表述正确的是（）A．24He+1327Al→1530B．13H+11H→24C．919F+11H→816O+D．92235U+01n→3890Sr12．（2019•杭州一模）如图是涉及不同物理知识的四幅图，下列说法正确的是（）A．图甲中，低频扼流圈的作用是“通高频阻低频 B．图乙中，康普顿效应说明了光子具有波动性 C．图丙中，发生β衰变时粒子在原子核中产生的方程为01n→11H+D．图丁中，轴块的大小是图中链式反应能否进行的重要因素13．（2017春•汕头期末）太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源（）A．核反应方程式为411H→24He+21B．由方程式可知，这个反应属于衰变反应 C．由方程式可知，这个反应属于裂变反应 D．由此可知，太阳的质量在不断减小三．解答题（共2小题）14．（2015春•杨浦区校级期中）如图是发现某种粒子的实验，这种新粒子的原子核符号是，它是由预言了它的存在，并由查德威克通过实验发现的。15．一个氘核和一个氚核发生聚变，放出一个中子和17.6MeV的能量．计算2克氘和3克氚聚变放出的能量，并写出核反应方程．

随堂练习参考答案与试题解析一．选择题（共10小题）1．（2019•武汉模拟）据悉我国第四代反应堆﹣钍基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要突破。该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀；轴的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量。下列说法正确的是（）A．钍核90232Th有90个中子，142个质子B．铀核裂变的核反应方程为92233U+01n→56142Ba+C．放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定 D．.重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小【分析】根据原子核的特点分析；半衰期由核内部自身因素决定，与外界因素无关；根据裂变的特点分析。【解答】解：A、钍核90232B、根据质量数守恒与电荷数守恒可知，铀核裂变的核反应方程为92233U+01n→56142BaC、原子核的半衰期由核内部自身因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，因而可根据半衰期来推断年轮，故C错误；D、重核裂变的过程中释放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能增大。故D错误；故选：B。2．（2019春•灵丘县期末）“核反应堆”是通过可控的链式反应实现核能释放的，核燃料是铀棒，在铀棒周围要放“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。碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核是弹性正碰，而且认为碰撞前中子动能是E0，碳核都是静止的，则下列说法错误的是（）A．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 B．镉棒的作用是与铀棒发生化学反应，消耗多余的铀原子核，从而达到控制核反应速度的目的 C．经过一次碰撞中子失去的动能为48169E0D．在反应堆的外面修建很厚的水泥防护层的目的是屏蔽裂变产物放出的各种射线【分析】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；镉棒的作用是吸收中子；根据弹性碰撞满足动量守恒定律和机械能守恒定律，可以求出经过一次碰撞中子失去的动能；在反应堆的外面修建很厚的水泥防护层的目的是屏蔽裂变产物放出的各种射线。【解答】解：A、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。故A正确；B、镉棒的作用是吸收中子，从而达到控制核反应速度的目的。故B错误；C、中子和碳核弹性碰撞满足动量守恒定律和机械能守恒定律，碰撞后碳核动量的增量等于中子失去的动能，中子的初动能E0=根据“一动碰一静”模型，碰撞后碳核的速度大小：v2=2m1m1+D、在反应堆的外面修建很厚的水泥防护层的目的是屏蔽裂变产物放出的各种射线。故D正确；本题选错误的，故选：B。3．（2019•广东模拟）下列说法正确的是（）A．轻核的聚变可以在常温下自发地完成 B．原子核发生一次β衰变，原子的质量数增加1 C．235#/DEL/#92#/DEL/#U+1#/DEL/#0#/DEL/#n→D．温度升高，放射性元素的衰变周期变短【分析】轻核聚变需在非常高的温度下完成；根据衰变的实质判断原子核质量数的变化；根据反应的类型确定是什么反应；放射性元素的半衰期由原子核内部因素决定，与所处的物理环境和化学状态无关。【解答】解：A、轻核聚变需在非常高的温度下完成，故A错误。B、原子核发生一次β衰变，原子核的质量数不变，电荷数增加1，故B错误。C、235#/DEL/#92#/DEL/#U+1#/DEL/#0#/DEL/#D、放射性元素的半衰期与温度无关，故D错误。故选：C。4．（2018秋•南关区校级月考）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.1947年中国科学家钱三强、何泽慧在实验中观察到铀核也可能分裂为三部分或四部分，其概率大约是分裂为两部分的概率的千分之三。关于铀核的裂变，下列说法不正确的是（）A．裂变的产物不是唯一的 B．裂变的同时能放出2～3个或更多个中子 C．裂变能够释放巨大能量，每个核子平均释放的能量在裂变反应中比在聚变反应中的大 D．裂变物质达到一定体积（即临界体积）时，链式反应才可以持续下去【分析】铀235发生裂变的条件是有慢速中子轰击，重核裂变时用中子轰击重核，产生多个中子，中子又会撞击重核，产生更多的中子，使裂变不断进行下去，这就是链式反应。【解答】解：AB、铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出2～3个或更多个中子，故A正确，B正确；C、裂变能够释放巨大能量，每个核子平均释放的能量在裂变反应中比在聚变反应中的小，故C不正确。D、要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故D正确。本题选不正确的，故选：C。5．（2018春•广元期末）在核能的利用中，有这样一个反应：92235U吸收一个慢中子后，分解成54139Xe和A．一个α粒子 B．一个氘核 C．三个中子 D．两个中子【分析】写出核反应方程式，根据电荷数守恒、质量数守恒得出粒子的种类与数目。【解答】解：根据电荷数守恒、质量数守恒，写出核反应方程式：92235U+01n→54可知放出粒子X的电荷数为0，质量数为3，可知放出的粒子为301故ABD错误，C正确。故选：C。6．（2018秋•醴陵市校级月考）目前，科学家正在研究太空电站，即地球同步轨道上的太阳能电站，其示意图如图所示。下列说法中错误的是（）A．太阳能来自太阳内部的核聚变 B．太阳能收集板将太阳能转化为电能 C．利用微波传输，实现了“无缆输电” D．以地面接收站为参照物，太阳能电站是运动的【分析】太阳能来自太阳内部的核聚变反应；太阳能收集板把太阳能转化为电能；太阳能收集板利用微波把电能传递到地面，实现了无缆输电；太阳能电站位于地球同步轨道，相对于地面静止。【解答】解：A、太阳能来自太阳内部的核聚变反应，故A正确；B、太阳能收集板把太阳能转化为电能，故B正确；C、太阳能收集板利用微波把电能传递到地面，实现了无缆输电，故C正确；D、太阳能电站位于地球同步轨道，相对于地面静止，故D错误；本题选错误的，故选：D。7．（2018秋•河东区校级期中）贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于核聚变的是（）A．12H+13H→24B．24He+1327Al→1530C．614C→714N+D．92235U+01n→53131I【分析】聚变是轻核聚变为质量大的核，裂变为重核分裂为中等质量的核。【解答】解：因四个核反应方程中，A为核聚变，B为人工核反应方程，C为β衰变方程，D为核裂变，则A正确，BCD错误故选：A。8．（2018春•湖北期末）通过核反应可以释放核能。关于核反应12A．此核反应过程为ɑ衰变 B．此核反应生成物中x为电子 C．此核反应中释放的能量为24HeD．此核反应在超高温和高压下才易实现【分析】聚变是质量轻的核结合成质量大的核，释放大量的能量，相比核聚变而言放出的更多的能量，并且生成物不具有放射性，污染较小，但是反应不易发生，反应条件要求较为苛刻，需要高温高压状态下才能进行。【解答】解：A、该核反应为轻核聚变反应，故A错误；B、根据质量数守恒和电荷数守恒可知x为中子01C、设氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c，根据质能方程可知此核反应中释放的能量△E＝（m1+m2﹣m3﹣m4）c2，而24He的结合能E等于把24He核拆开成单独核子所需要的最小能量，故此核反应中释放的能量不是D、轻核聚变能放出巨大的能量，但反应条件要求较为苛刻，需要高温高压状态下才能发生，故D正确。故选：D。9．（2016春•张家口校级月考）关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是（）A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多 B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大 C．聚变反应中粒子的结合能变大 D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加【分析】核聚变都是氘核和氚核进行的核聚变反应，所有的核聚变都可以根据爱因斯坦质能方程求释放的能量【解答】解：AB、在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误，B正确；CD、由于聚变反应中释放出巨大能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，并非结合能增加，故CD错误。故选：B。10．（2011•重庆模拟）质子一质子循环发生的核反应被认为是恒星能量的一种可能来源，具体的一个循环过程是这样的：两个质子（11H）发生聚变，生成一个氘核（12H），生成的氘核（12H）再与一个质子（11H）聚变生成一个氦核（23He），接下来两个氦核（23He）发生聚变，生成氦的同位素（24A．两个质子（11H）发生聚变，可表示为：11H+11H→1B．两个质子（11H）发生聚变：可表示为：11H+11C．一个完整的质子﹣质子循环核反应可表示为：311H→23He+D．一个完整的质子﹣质子循环核反应可表示为：611H→24He+2【分析】解答本题的关键是理解书写核反应方程的原则：质量数和电荷数守恒。【解答】解：由题意可知两个质子（11H）发生聚变反应的产物之一为12H，故根据质量数和电荷数守恒可知该反应为：11H+11将题中叙述的几个反应结合可得：411H→24He+2故选：A。二．多选题（共3小题）11．（2019春•桥东区校级月考）能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程中，表述正确的是（）A．24He+1327Al→1530B．13H+11H→24C．919F+11H→816O+D．92235U+01n→3890Sr【分析】核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，只有一些质量非常大的原子核才能发生核裂变；核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程，只有较轻的原子核才能发生核聚变；不稳定核自发地放出射线而转变为另一种原子核的现象，称为衰变。【解答】解：A，方程式为人工核转变的方程，在转化过程中有中子释放，故A正确；B，反应方程属于氢核的聚变，不是人工核转变，故B错误；C，质量较小的核聚集成质量较大的核是聚变反应，不是α衰变，故C错误；D，核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，质量非常大的原子核才能发生核裂变，故D正确；故选：AD。12．（2019•杭州一模）如图是涉及不同物理知识的四幅图，下列说法正确的是（）A．图甲中，低频扼流圈的作用是“通高频阻低频 B．图乙中，康普顿效应说明了光子具有波动性 C．图丙中，发生β衰变时粒子在原子核中产生的方程为01n→11H+D．图丁中，轴块的大小是图中链式反应能否进行的重要因素【分析】低频扼流圈的作用是“通高频阻低频“；康普顿效应说明了光子具有粒子性；发生β衰变时中子变成质子，粒子在原子核中产生的方程为01n→11H轴块达到一定体积才可发生链式反应。【解答】解：A、低频扼流圈的作用是“通高频阻低频“则A正确B、康普顿效应说明了光子具有粒子性，则B错误C、发生β衰变时中子变成质子，粒子在原子核中产生的方程为01n→11HD、轴块达到一定体积才可发生链式反应，则D正确故选：ACD。13．（2017春•汕头期末）太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源（）A．核反应方程式为411H→24He+21B．由方程式可知，这个反应属于衰变反应 C．由方程式可知，这个反应属于裂变反应 D．由此可知，太阳的质量在不断减小【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒得出X的电荷数和质量数，从而确定X为何种粒子．根据质量亏损，通过爱因斯坦质能方程求出释放的核能．【解答】解：A、根据电荷数守恒、质量数守恒得，4个质子聚变为1个氦核的核反应方程式为411H→24He+2B、C、该反应的过程中是质量数比较小的质子生成质量数比较大的氦核的过程，属于轻核的聚变。故B错误，C错误；D、由于该反应的过程中释放大量的能量，这一部分分能量是由亏损的质量转化而来，所以可知太阳的质量在不断减小，故D正确。故选：AD。三．解答题（共2小题）14．（2015春•杨浦区校级期中）如图是发现某种粒子的实验，这种新粒子的原子核符号是01n，它是由卢瑟福预言了它的存在，并由查德威克通过实验发现的。【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程式，从而判断粒子种类。卢瑟福预言了中子的存在。【解答】解：1919年卢瑟福首先做了用α粒子轰击氮核的实验，在实验中发现了质子，并预言了中子的存在；1930年查德威克发现中子，核反应方程应该遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为：49Be+24He→6其中产生的不可见粒子为中子，符号为：01至此，人们确认了原子核是由质子和中子组成的，并将这两种粒子统称为核子；故答案为：0115．一个氘核和一个氚核发生聚变，放出一个中子和17.6MeV的能量．计算2克氘和3克氚聚变放出的能量，并写出核反应方程．【分析】①根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程，并确定新核的种类．②先求解出质量亏损，再根据爱因斯坦质能方程求解出方程的核能．【解答】解：根据质量数守恒，新核的质量数：m＝2+3﹣1＝4根据电荷数守恒，新核的电荷数：z＝1+1﹣0＝2所以新核是氦核，核反应方程式为：12H2克氘的物质的量是1mol，3克氚的物质的量也是1mol，所以它们一起产生1mol的氦核，放出的热量是：△E=E0答：2克氘和3克氚聚变放出的能量是1.06×1025MeV，该核反应方程是：12H人工核反一、人工核反1．核反应⑴原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。⑵重要的人工核反应第一次实现原子核的人工转变：（发现质子的核反应）第一次人工制造放射性同位素：发现中子的核反应：2．核裂变与核聚变⑴重核的裂变①重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。②铀核的裂变：（是氪）③在一定条件下，由重核裂变产生的中子，再引起新的裂变，就能使核裂变反应不断地进行下去。这种由重核裂变产生的中子使核裂变一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。裂变物质的体积是链式反应能否进行的重要因素。只有当体积足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中新原子核，使链式反应进行下去。通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。⑵核聚变①两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。②典型的聚变反应：③要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到以内，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斥力。有一种办法是把它们加热到很高的温度。当物质的温度达到几百万开尔文时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生聚变。因此，聚变又叫热核反应。④聚变与裂变相比有很多优点。第一，轻核聚变产能效率高；第二，地球上聚变燃料的储量丰富；第三，轻核聚变更为安全清洁。典例精讲【例2.1】（2019春•平顶山期末）我国核聚变反应研究的科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列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．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加 D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加【分析】轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁，原子核在聚变时释放出巨大的能量，出现质量亏损，比结合能增加。【解答】解：A、与裂变相比轻核聚变辐射极少，废物容易处理，更为安全、清洁，故A错误B、自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素﹣﹣氘与氚的聚变，不是任意的原子核就能发生核聚变，故B错误；C、两个轻核结合成质量较大的核，平均质量减小，则总质量较聚变前减小，出现质量亏损，结合时放出能量，故C错误；D、两个轻核结合成质量较大的核，放出能量，总的结合增加，则核子的比结合能增加，故D正确。故选：D。【例2.2】（2019•凯里市校级模拟）关于核反应，下列选项正确的是（）A．1124Na→1224Mg+B．12H+13H→C．92235U+01n→54140Xe+D．92235U+01n→3692Kr【分析】根据质量数守恒与电荷数守恒判断核反应的产物；依据β衰变的本质；根据轻核聚变和重核裂变概念，即可求解。【解答】解：A、核反应是β衰变，故A错误；B、根据轻核聚变可知B选项中X是中子，故B错误；C、核反应方程是重核裂变，故C正确；D、根据核反应方程遵循核电荷数守恒和质量数守恒可知D选项中x＝3，故D错误。故选：C。【例2.3】（2019•朝阳区一模）一个铀核（92235U）发生裂变，核反应方程是92235U+01n→A．X是电子，裂变过程放出能量 B．X是中子，裂变过程放出能量 C．X是电子，裂变过程吸收能量 D．X是中子，裂变过程吸收能量【分析】根据质量数守恒与电荷数守恒即可判断出X中的质子数与中子数；根据质量亏损，结合爱因斯坦质能方程求出释放的能量。铀核裂变放出的能量很高，反应前后质量数守恒，有质量亏损。【解答】解：根据质量数守恒，则X的质量数：3m＝235+0﹣89﹣144＝3；根据核电荷数守恒，得：z＝92+1﹣36﹣56＝0；可知X是中子；在核反应的过程中，质量数是守恒的，但质量出现亏损，那么裂变过程放出能量，故ACD错误，B正确；故选：B。【例2.4】（2019春•虹口区校级期中）关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，下面说法正确的是（）A．它们都是利用核裂变释放的核能 B．它们都是利用核聚变释放的核能 C．一座利用核裂变释放的核能，一座利用核聚变释放的核能 D．以上说法都不对【分析】我国已建成的秦山和大亚湾核电站都是利用核裂变释放的核能。【解答】解：我国已建成的秦山和大亚湾核电站都是利用核裂变释放的核能。故BCD错误，A正确。故选：A。【例2.5】（2019春•金华期末）“核反应堆”是通过可控的链式反应实现核能的释放。如图所示核燃料是铀，在铀棒周围要放“慢化剂”，快中子和慢化剂中的碳原子核磁撞后，中子能量减少变为慢中子。碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核是弹性正碰，且认为磁撞前碳核都是静止的，则（）A．铀核裂变的核反应是92238U→5692Ba+3692B．镉棒的作用是与铀棒发生化学反应，消耗多余的铀原子核，从而达到控制核反应速度的目的 C．由于中子相对碳核质量很小，经过一次碰撞，中子将失去绝大部分动能 D．铀（92238U）经过多次α、β衰变形成稳定的铅（82【分析】镉棒的作用是吸收中子。中子与碳核是弹性正碰，由动量守恒定律和动能守恒求碰后中子的速度，从而求得中子失去的动能。根据两种衰变的特点以及质量数守恒和电荷数守恒判断。【解答】解：A、铀核吸收一个慢中子后才能发生链式反应，该核反应方程中，等号两侧的中子不能约掉。故A错误；B、核反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，以控制反应速度，故B错误；C、取碰撞前中子的速度方向为正方向，根据动量守恒有：mv0＝mv1+12mv2依据能量守恒有：1联立可得：v所以中子损失的动能为：△Ek=1D、铀（92235U）经过衰变形成稳定的铅（82206Pb）的过程中，需经过238−2064=8次α衰变和6次故选：CD。随堂练习一．选择题（共6小题）1．（2019•安阳二模）下列说法正确的是（）A．92238U→90234B．12H+13H→C．92235U+01n→54136D．714N+242．（2019•海淀区模拟）托卡马克（Tokamak）是一种复杂的环形装置，结构如图所示。环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外部排列着环向场线圈和极向场线圈。当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加速，从而达到较高的温度。再通过其他方式的进一步加热，就可以达到核聚变的临界温度。同时，环形真空室中的高温等离子体形成等离子电流，与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域形成闭合磁笼，将高温等离子体约束在真空室中，有利于核聚变的进行。已知真空室内等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，下列说法正确的是（）A．托卡马克装置中核聚变的原理和目前核电站中核反应的原理是相同的 B．极向场线圈和环向场线圈的主要作用是加热等离子体 C．欧姆线圈中通以恒定电流时，托卡马克装置中的等离子体将不能发生核聚变 D．为了约束温度为T的等离子体，所需要的磁感应强度B必须正比于温度T3．（2019春•杜集区校级月考）目前核电站所用核燃烧主要是浓缩铀92235U发生裂变反应，一种可能的裂变方程为92235U+01n→XA．X原子核中含有86个中子 B．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后总质量数减少 C．92235U是天然放射性元素，半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短D．现已建成的核电站的能量也有利用热核聚变4．（2017•湘潭模拟）下列说法中正确的是（）A．利用α射线可发现金属制品中的裂纹 B．92235UC．在温度达到107K时，12H能与1D．一束C60分子通过双缝装置后会出现干涉图样，证明分子也会象光波一样表现出波动性5．（2014•福清市校级模拟）秦山核电站是我国自行设计建造的第一座核电站。该核电站核反应堆的工作原理主要是基于（）A．同位素衰变 B．人工核转变 C．轻核聚变 D．重核裂变6．（2012秋•长寿区校级月考）太阳发光原理可以简化为411H→24He+210e，10eA．一对正负电子湮灭生成一对γ光子，即产生电磁波导致太阳发光 B．理论上γ光子的频率为2meC．太阳发光是聚变反应，炙热的太阳火球是等离子体 D．太阳在它的氢即将耗尽后就由主序星步入红巨星阶段，内核仍然继续燃烧剩余的氢，氦不参与反应二．多选题（共3小题）7．（2019•宿州一模）为了保护绿水青山，我国大力发展核能等清洁能源。下列关于核反应说法正确的是（）A．238#/DEL/#92#/DEL/#U→234#/DEL/#B．238#/DEL/#92#/DEL/#U+0#/DEL/#1#/DEL/#n→C．目前核电站都是利用重核裂变产生的核能 D．核电站产生的核废料都不具有放射性8．（2018春•集宁区校级期末）以下有关近代物理内容的几种说法中正确的是（）A．重核的裂变过程质量增大，轻核的聚变过程有质量亏损 B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应 C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期可能变小 D．用14eV光子照射位于基态的氢原子，可使其电离9．（2016春•云南校级期末）下列说法正确的是（）A．92238U→90234Th+B．11H+12H→23C．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 D．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应三．计算题（共1小题）10．（2017秋•南木林县校级月考）一静止的铀核92232U（原子质量为232.0372u）放出一个带电粒子（原子质量为4.0026u）后衰变成钍核90（1）写出该过程的衰变方程；（2）求该衰变过程中放出的核能（1u相当于931MeV，结果保留2位有效数字）四．解答题（共2小题）11．（2019春•洮北区校级期末）一个静止的铀核90232U（原子质量为232.0372u）放出一个α粒子（原子质量为4.0026u）后衰变成钍核90228Th（原子质量为228.0287u）。（已知原子质量单位1u＝1.67×10①写出铀核的衰变反应方程；②算出该衰变反应中释放出的核能；③若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？12．（2013•聊城一模）原子核聚变可望给人类未来提供丰富洁净的能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量．这几种反应的总效果可以表示为612H→k24He+d①该反应方程中的k＝，d＝；②质量亏损为kg．

随堂练习参考答案与试题解析一．选择题（共6小题）1．（2019•安阳二模）下列说法正确的是（）A．92238U→90234B．12H+13H→C．92235U+01n→54136D．714N+24【分析】重核裂变是质量数较大的核裂变为质量中等的核，聚变是质量数较小的和转化为质量较大的核，在转化过程中质量数和电荷数都守恒。【解答】解：A、核反应方程92238U→90234Th+24He，放出的是B、12H+13C、裂变是重核吸收一个慢中子后分裂成两个或两个以上的中等质量的原子和的过程，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，裂变方程中裂变的核反应可能为92235U+01n→54D、核反应方程：714N+24故选：C。2．（2019•海淀区模拟）托卡马克（Tokamak）是一种复杂的环形装置，结构如图所示。环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外部排列着环向场线圈和极向场线圈。当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加速，从而达到较高的温度。再通过其他方式的进一步加热，就可以达到核聚变的临界温度。同时，环形真空室中的高温等离子体形成等离子电流，与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域形成闭合磁笼，将高温等离子体约束在真空室中，有利于核聚变的进行。已知真空室内等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，下列说法正确的是（）A．托卡马克装置中核聚变的原理和目前核电站中核反应的原理是相同的 B．极向场线圈和环向场线圈的主要作用是加热等离子体 C．欧姆线圈中通以恒定电流时，托卡马克装置中的等离子体将不能发生核聚变 D．为了约束温度为T的等离子体，所需要的磁感应强度B必须正比于温度T【分析】托卡马克装置中核反应原理是核聚变，欧姆线圈中的变化的电流会在托卡马克内部产生涡旋电场，使等离子体加速，使得平均动能增大，温度升高。而极向场线圈产生的极向磁场控制等离子体截面形状和位置平衡，环向场线圈产生的环向磁场保证等离子体的宏观整体稳定性，极向磁场和环向磁场共同约束等离子体。【解答】解：A、目前核电站中核反应的原理是核裂变，与托卡马克装置中核聚变的原理不同，故A错误。B、欧姆线圈中的变化的电流会在托卡马克内部产生涡旋电场，使等离子体加速，平均动能增大，温度升高。而极向场线圈产生的极向磁场控制等离子体截面形状和位置平衡，环向场线圈产生的环向磁场保证等离子体的宏观整体稳定性，极向磁场和环向磁场共同约束等离子体。故B错误。C、当欧姆线圈中通以恒定电流时，周围产生的磁场是恒定的，不能产生涡旋电场，对等离子体加热，不能达到较高温度，使核聚变发生。故C正确。D、材料中没有提到磁感应强度B与温度的关系，不能确定，故D错误。故选：C。3．（2019春•杜集区校级月考）目前核电站所用核燃烧主要是浓缩铀92235U发生裂变反应，一种可能的裂变方程为92235U+01n→XA．X原子核中含有86个中子 B．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后总质量数减少 C．92235U是天然放射性元素，半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短D．现已建成的核电站的能量也有利用热核聚变【分析】在核反应过程中，质量数和电荷数守恒，据此求出X的核电荷数与质量数；在裂变过程中，质量数守恒，由于存在质量亏损，质量并不守恒。【解答】解：A、设X的原子核中含有x个质子，质量数为y，根据电荷数和质量数守恒有：92＝x+38，235+1＝y+94+2，解得x＝54，y＝140，所以X的中子数为：y﹣x＝86，故A正确；B、裂变反应过程中质量数守恒，质量数不会减小，裂变过程存在质量有亏损，释放能量，质量减小，故B错误；C、半衰期由原子核本身较多，与外界因素无关，故C错误；D、现已建成的核电站的能量，是利用重核的裂变反应，不是热核聚变反应，故D错误。故选：A。4．（2017•湘潭模拟）下列说法中正确的是（）A．利用α射线可发现金属制品中的裂纹 B．92235UC．在温度达到107K时，12H能与1D．一束C60分子通过双缝装置后会出现干涉图样，证明分子也会象光波一样表现出波动性【分析】α射线的穿透能力最弱，不能用α射线检查金属制品的裂纹；重核裂变不能自发进行；轻核聚变释放能量；实物粒子的干涉图样，说明实物粒子具有波动性．【解答】解：A、α射线的穿透能力最弱，不能用α射线检查金属制品的裂纹。故A错误。B、铀核裂变属于重核裂变，不能自发进行。故B错误。C、在温度达到107K时，12H能与D、一束C60分子通过双缝装置后会出现干涉图样，证明分子也会象光波一样表现出波动性。故D正确。故选：D。5．（2014•福清市校级模拟）秦山核电站是我国自行设计建造的第一座核电站。该核电站核反应堆的工作原理主要是基于（）A．同位素衰变 B．人工核转变 C．轻核聚变 D．重核裂变【分析】核电站是利用核能发电，利用了核裂变原理。【解答】解：核电站发电是利用重核裂变原理，故D正确。故选：D。6．（2012秋•长寿区校级月考）太阳发光原理可以简化为411H→24He+210e，10eA．一对正负电子湮灭生成一对γ光子，即产生电磁波导致太阳发光 B．理论上γ光子的频率为2meC．太阳发光是聚变反应，炙热的太阳火球是等离子体 D．太阳在它的氢即将耗尽后就由主序星步入红巨星阶段，内核仍然继续燃烧剩余的氢，氦不参与反应【分析】太阳的能量来自于内部的核聚变；太阳内部进行的核反应是氢原子核聚变成氦原子核；【解答】解：A、一对正负电子湮灭生成一对γ光子，即产生电磁波导致太阳发光，故A正确；B、γ光子的质量为零，两个电子湮灭，则释放能量为E＝2mec2，放出两个光子，每个光子的能量E＝mec2，且E＝hγ，则：γ光子的频率为γ=mC、太阳发光是聚变反应，炙热的太阳火球是等离子体，故C正确；D、太阳在它的氢即将耗尽后就由主序星步入红巨星阶段，内核仍然继续燃烧剩余的氢，将由氦和其它较重元素的核反应维持其能源，D正确；本题选错误的，故选：B二．多选题（共3小题）7．（2019•宿州一模）为了保护绿水青山，我国大力发展核能等清洁能源。下列关于核反应说法正确的是（）A．238#/DEL/#92#/DEL/#U→234#/DEL/#B．238#/DEL/#92#/DEL/#U+0#/DEL/#1#/DEL/#n→C．目前核电站都是利用重核裂变产生的核能 D．核电站产生的核废料都不具有放射性【分析】聚变是质量轻的核结合成质量大的核；裂变反应是质量大的核分裂成质量小的核；重核裂变和轻核聚变，都释放能量，而裂变产生核废料都具有放射性。【解答】解：A、238#/DEL/#92#/DEL/#U→234B、裂变反应是质量大的核分裂成质量小的核，那么238#/DEL/#92#/DEL/#U+0#/DEL/#1#/DEL/#C、目前核电站利用的是重核裂变释放的核能，故C正确；D、核电站产生的核废料都具有放射性，故D错误。故选：BC。8．（2018春•集宁区校级期末）以下有关近代物理内容的几种说法中正确的是（