2025人教高中物理同步讲义练习选择性必修三5.4核裂变与核聚变（含答案）

2025人教高中物理同步讲义练习选择性必修三5.4核裂变与核聚变（含答案）5.4核裂变与核聚变知识点一、核裂变的发现1．核裂变：铀核在被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＋eq\o\al(1,0).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反应．4．临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生反应的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，它主要由以下几部分组成：(1)燃料：．(2)慢化剂：、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，它吸收的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入一些，让它多吸收一些，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作．2．工作原理核燃料发生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，把反应堆内的传输出去，用于，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，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的，需要装入特制的容器，．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m以内．方法：加热到很高的．4．宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核成氦核释放的能．5．人工热核反应：弹．首先由化学炸药引爆弹，再由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；②地球上核聚变燃料氘和氚的储量；③轻核聚变更为安全、清洁．(2)缺点：核聚变需要的温度太，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．解决方案：约束和约束．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倍关于链式反应，下列说法正确的是（）A．只要有中子打入铀块，一定能发生链式反应 B．只要是纯铀235，一定能发生链式反应 C．只要时间足够长，就可以发生链式发应 D．铀块体积超过临界体积时，一旦中子进入就可以引发铀核的链式反应原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等，在下列反应中，属于核裂变反应的是（）A．510B+01n→B．92238U→90234C．714N+24He→D．92235U+01n→关于核电站的核反应堆，下列说法正确的是（）A．利用热中子是因为热中子的速度快，增加反应速度 B．在铀棒的周围放重水或普通水的目的是冷却反应堆 C．控制棒通过减速中子达到控制反应速度的目的 D．若核反应剧烈，可将控制棒插入深一些，减慢反应速度如图所示的链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是（）A．中子 B．质子 C．α粒子 D．β粒子（2023春•河南期末）核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行。以下反应属于核裂变的是（）A．15B．92C．92D．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方程是：12H+12H→23He+A．3.7MeV B．3.3MeV C．2.7MeV D．0.93MeV我国自主研发的世界首座具有第四代核电特征的核电站——华能石岛湾高温气冷堆核电站，位于山东省威海市荣成石岛湾．第四代核电站强化了防止核扩散等方面的要求，目前处在原型堆技术研发阶段．核电站使用的核燃料有一种典型的铀核裂变方程是92235U+01n→56144Ba+x1Kr+301n，已知92235U质量为mA．反应方程中x＝36，y＝87 B．该铀核裂变方程可简化为92235U→56144Ba+C．一次该核反应释放的能量为（m1﹣2m2﹣m3﹣m4）c2 D．只有当铀块的体积足够小时才能发生链式反应（多选）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，但核子数不变 D．重核裂变为中等质量的核时有质量亏损，放出核能（多选）用中子轰击92235U原子核，发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为92235U+A．X原子核中含有84个中子 B．反应生成物的总结合能比92235C．X原子核中核子的平均质量比92235D．X原子核中核子的比结合能比92核聚变能是一种具有经济性能好、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u＝1.66×10﹣27kg．（1）写出氘和氚聚合的反应方程．（2）试计算这个核反应释放出来的能量．（3）若有1kg的氘核全部聚变，则释放出多少MeV的能量？以下说法正确的是（）A．聚变是裂变的逆反应 B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量 C．聚变必须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量 D．裂变与聚变均可释放巨大的能量（2022•武功县一模）一个92235U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为92235U+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（2023春•和平区期末）在下列描述核反应的方程中，属于α衰变的是；属于裂变的是（填写序号）。①12H+13H②24He+714N③92238U→90④01n+92235U→34（多选）铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是（）A．铀块的质量是重要因素，与体积无关 B．裂变的链式反应是直接利用裂变时产生的中子 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．以上说法都不对（多选）关于核反应堆，下列说法正确的是（）A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能 B．镉棒的作用是控制反应堆的功率 C．铀棒的作用是控制反应堆的功率 D．石墨的作用是吸收中子 E．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出内能（多选）（2023•浙江模拟）核能的利用可以减少碳排放，实现可持续发展和气候变化目标。近日，美国能源部称，其核聚变“国家点燃实验设施”向目标输入了2.05兆焦的能量，产生了3.15兆焦的聚变能量输出。下列说法正确的是（）A．该核反应的方程可能是92235U+01n→56144B．该核反应需要极高的温度 C．我国的大亚湾核电站利用了核聚变产生的能量 D．产生3.15兆焦的能量需要3.5×10﹣11kg的质量亏损（2023•福州模拟）2022年，中国新一代“人造太阳”科学研究取得突破性进展，HL﹣2M等离子体电流突破100万安培，创造了我国可控核聚变装置运行新纪录。其中，氢核聚变的核反应方程为12H+13H→24He+X，则X为，已知：12H质量为m1，13H质量为m2，24He质量为m3，X的质量为m4现在的核电站比较广泛采用的核反应之一是：92235U+01n→60（1）核反应方程中的v是反中微子，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235.0439u，中子质量为1.0087u，钕（Nd）核质量为142.9098u，锆核质量为89.9047u；又知1u＝1.6606×10﹣27kg．试计算1kg铀235大约能产生的能量是多少？一个中子轰击铀核（92235U）可裂变生成钡（56141Ba）和氪（3692Kr）．已知（1）写出铀裂变反应方程；（2）算出该核反应过程中释放的核能；（3）计算235g的235U裂变时放出的能量．（NA＝6.02×1023mol﹣1）5.4核裂变与核聚变知识点一、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．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：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．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倍关于链式反应，下列说法正确的是（）A．只要有中子打入铀块，一定能发生链式反应 B．只要是纯铀235，一定能发生链式反应 C．只要时间足够长，就可以发生链式发应 D．铀块体积超过临界体积时，一旦中子进入就可以引发铀核的链式反应【解答】解：发生链式反应的条件：（1）发生裂变时物质的体积大于等于临界体积，链式反应的发生条件需满足铀块的大小足够大，只有当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核，使链式反应进行下去，即需使铀块体积超过临界体积，才能发生链式反应，（2）有足够浓度的铀235，（3）有足够数量的慢中子，故D正确，ABC错误。故选：D。原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等，在下列反应中，属于核裂变反应的是（）A．510B+01n→B．92238U→90234C．714N+24He→D．92235U+01n→【解答】解：A、510B+01B、92238U→90234ThC、714N+24D、92235U+01n→故选：D。关于核电站的核反应堆，下列说法正确的是（）A．利用热中子是因为热中子的速度快，增加反应速度 B．在铀棒的周围放重水或普通水的目的是冷却反应堆 C．控制棒通过减速中子达到控制反应速度的目的 D．若核反应剧烈，可将控制棒插入深一些，减慢反应速度【解答】解：ABC、因为核裂变产生的是速度很大的快中子，中子速度不能太快，否则会和铀核擦肩而过，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变，所以必须控制好中子的速度，为了使快中子减速，在铀棒的周围放重水或者普通水，目的就是起到使中子冷却达到减速的目的，故ABC错误；D、根据核反应堆，控制棒的作用可知，控制棒插入深一些，让它吸收多中子，中子数减少，反应速率会慢一些，故D正确；故选：D。如图所示的链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是（）A．中子 B．质子 C．α粒子 D．β粒子【解答】解：链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是中子，并且一次裂变可以放出多个中子，从而发生链式反应，故A正确，BCD错误。故选：A。（2023春•河南期末）核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行。以下反应属于核裂变的是（）A．15B．92C．92D．【解答】解：A、β衰变是指一个原子核释放出一个电子0-1e，此反应释放出电子，所以是B、α衰变是指一个原子核释放出一个α粒子，即42He核，此反应释放出α粒子，所以是C、核裂变是由重的原子核，主要是指铀核或钚核，分裂成两个或多个质量较小的原子核的一种核反应形式，此反应是核裂变，故C正确；D、此反应是α粒子轰击铝核生成同位素磷，是原子核的人工转变，故D错误。故选：C。大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方程是：12H+12H→23He+A．3.7MeV B．3.3MeV C．2.7MeV D．0.93MeV【解答】解：因氘核聚变的核反应方程为：12H+12核反应过程中的质量亏损为Δm＝2mH﹣（mHe+mn）＝0.0035u释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.0035uc2＝3.3MeV，故B正确，ACD错误；故选：B。我国自主研发的世界首座具有第四代核电特征的核电站——华能石岛湾高温气冷堆核电站，位于山东省威海市荣成石岛湾．第四代核电站强化了防止核扩散等方面的要求，目前处在原型堆技术研发阶段．核电站使用的核燃料有一种典型的铀核裂变方程是92235U+01n→56144Ba+x1Kr+301n，已知92235U质量为mA．反应方程中x＝36，y＝87 B．该铀核裂变方程可简化为92235U→56144Ba+C．一次该核反应释放的能量为（m1﹣2m2﹣m3﹣m4）c2 D．只有当铀块的体积足够小时才能发生链式反应【解答】解：A、根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可得x＝（92+0﹣56）＝36，y＝235+1﹣144﹣1×3＝89，故A错误；B、该铀核裂变反应需要中子与铀核发生反应才能进行，故裂变方程中的中子不能抵消，故B错误；C、发生一次该核反应亏损的质量为Δm＝m1﹣2m2﹣m3﹣m4，释放的能量为ΔE＝Δmc2＝（m1﹣2m2﹣m3﹣m4）c2，故C正确；D、铀核裂变，只有当铀块的体积大于等于其临界体积时，才能发生链式反应，故D错误．故选：C。（多选）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，但核子数不变 D．重核裂变为中等质量的核时有质量亏损，放出核能【解答】解：A、由于裂变的过程中有质量亏损，会释放能量，所以裂变时释放的能量大于俘获中子时得到的能量，故A错误；B、根据链式反应的条件可知，铀块体积必须达到临界体积，有慢中子通过时才能发生链式反应，故B错误；C、重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，但核子数不变，故C正确；D、根据对原子核的分析可知，重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损，故D正确。故选：CD。（多选）用中子轰击92235U原子核，发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为92235U+A．X原子核中含有84个中子 B．反应生成物的总结合能比92235C．X原子核中核子的平均质量比92235D．X原子核中核子的比结合能比92【解答】解：A、由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：X原子核中含有92﹣38＝54个质子，235+1﹣94﹣2﹣54＝86个中子，故A错误；B、裂变反应中，质量亏损，释放核能，说明生成的原子核更加稳定，即往比结合能大的方向反应，所以反应生成物的总结合能比92C、裂变反应中，质量亏损，释放核能，说明生成的原子核更加稳定，即X原子核中核子的平均质量比23592D、23592U裂变的过程中释放能量，则23592故选：CD。核聚变能是一种具有经济性能好、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u＝1.66×10﹣27kg．（1）写出氘和氚聚合的反应方程．（2）试计算这个核反应释放出来的能量．（3）若有1kg的氘核全部聚变，则释放出多少MeV的能量？【解答】解：（1）核反应过程质量数与核电荷数守恒，核反应方程式为：12H+13（2）核反应过程的质量亏损：Δm＝[（2.0141u+3.0160u）﹣（4.0026u+1.0087u）]＝0.0188u＝3.12×10﹣29kg，核反应产生的核能：ΔE＝Δmc2＝2.8×10﹣12J；（3）1kg氘核有原子核数：N＝1000/2×6.02×1023＝3.01×1026个全部聚变释放出能量：E＝N×ΔE＝5.27×1026MeV；以下说法正确的是（）A．聚变是裂变的逆反应 B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量 C．聚变必须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量 D．裂变与聚变均可释放巨大的能量【解答】解：A、聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A错误；BCD、实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，裂变与聚变均可释放巨大的能量，故BC错误，D正确；故选：D。（2022•武功县一模）一个92235U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为92235U+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【解答】解：AB、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的质量数为140，电荷数为54，则中子数为86，核子数为140，故A正确，B错误。CD、在裂变的过程中，有能量释放，根据爱因斯坦质能方程知，裂变后的总质量小于反应前的质量，但是质量数守恒，故C、D错误。故选：A。（2023春•和平区期末）在下列描述核反应的方程中，属于α衰变的是③；属于裂变的是④（填写序号）。①12H+13H②24He+714N③92238U→90④01n+92235U→34【解答】解：α衰变是指原子核释放出一个α粒子，即氦核42He，所以属于α裂变是由较重的原子核，主要是铀核或钚核，分裂成较轻的原子核的一种核反应，所以属于裂变的是④答：③；④。（多选）铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是（）A．铀块的质量是重要因素，与体积无关 B．裂变的链式反应是直接利用裂变时产生的中子 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．以上说法都不对【解答】解：铀235发生裂变的条件是有中子轰击，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，即铀235发生裂变的链式反应是直接用裂变时产生的快中子，产生链式反应的条件是中子再生率大于1，因此超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生，故AD错误，BC正确。故选：BC。（多选）关于核反应堆，下列说法正确的是（）A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能 B．镉棒的作用是控制反应堆的功率 C．铀棒的作用是控制反应堆的功率 D．石墨的作用是吸收中子 E．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出内能【解答】解：A、在核反应堆中，铀棒是核燃料，裂变时放出能量，故A正确；BC、镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆的功率，故B正确，C错误；D、慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故D错误；E、水或液态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，控制温度，故E正确。故选：ABE。（多选）（2023•浙江模拟）核能的利用可以减少碳排放，实现可持续发展和气候变化目标。近日，美国能源部称，其核聚变“国家点燃实验设施”向目标输入了2.05兆焦的能量，产生了3.15兆焦的聚变能量输出。下列说法正确的是（）A．该核反应的方程可能是92235U+01n→56144B．该核反应需要极高的温度 C．我国的大亚湾核电站利用了核聚变产生的能量 D．产生3.15兆焦的能量需要3.5×10﹣11kg的质量亏损【解答】解：A．92B．核聚变需要极高的温度，才能使原子核接近到核力作用的范围，故B正确；C．我国的大亚湾核电站利用了核裂变产生的能量而非核聚变产生的能量，故C错误；D．根据质能方程ΔE＝Δmc2可得Δm=ΔE故D正确。故选：BD。（2023•福州模拟）2022年，中国新一代“人造太阳”科学研究取得突破性进展，HL﹣2M等离子体电流突破100万安培，创造了我国可控核聚变装置运行新纪录。其中，氢核聚变的核反应方程为12H+13H→24He+X，则X为中子，已知：12H质量为m1，13H质量为m2，24He质量为m3，X的质量为m4，光速c，则该核反应释放的核能大小为（m1+m2−m3−m【解答】解：粒子X的质量数：m＝2+3﹣4＝1核电荷数：z＝1+1﹣2＝0，所以X是中子根据爱因斯坦质能方程可得核反应所释放核能的表达式为：（m1+m2−m3−m4）c2故答案为：中子；（m1+m2−m3−m4）c2。现在的核电站比较广泛采用的核反应之一是：92235U+01n→60（1）核反应方程中的v是反中微子，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235.0439u，中子质量为1.0087u，钕（Nd）核质量为142.9098u，锆核质量为89.9047u；又知1u＝1.6606×10﹣27kg．试计算1kg铀235大约能产生的能量是多少？【解答】解：（1）核反应过程中质量数和电荷守恒，则可知锆的电荷数Z＝92﹣60+8＝40，质量数A＝236﹣（143+3）＝90，核反应方程中应用符号40（2）1kg铀235的核数为n=1000235.0439×6.02×1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＝0.212u1kg铀235完全裂变放出的能量约为E＝nΔmc2＝2.56×1024×0.212×1.6606×10﹣27×（3.0×108）2＝8.12×1013J。一个中子轰击铀核（92235U）可裂变生成钡（56141Ba）和氪（3692Kr）．已知（1）写出铀裂变反应方程；（2）算出该核反应过程中释放的核能；（3）计算235g的235U裂变时放出的能量．（NA＝6.02×1023mol﹣1）【解答】解：（1）核反应方程为：92235U+（2）根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可以求出释放能量为：ΔE＝Δmc2＝0.2153×930MeV＝2×102MeV；（3）235g铀235的摩尔数为：n=235235g铀235个数为N＝nNA＝1×6.02×1023个＝6.02×1023个；因此235g铀235完全裂变时释放的能量E＝6.02×1023×2.153×102MeV≈1.3×1026MeV。5.5“基本”粒子知识点一、“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构．3、发现新粒子1932年发现了，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．知识点二、粒子的分类1．强子：是(填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子．和都是强子．2．轻子：(填“参与”或“不参与”)强相互作用．、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子．3．规范玻色子：是各种相互作用的粒子，如，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子．4．希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发．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．2．粒子物理标准模型是一整套关于的理论．其中，、、和是组成物质的几类最基本的粒子．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（2023•嘉定区二模）现在科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反。据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数分别为（）A．﹣4，﹣2 B．4，﹣2 C．﹣4，2 D．4，2太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播的过程中衰变成一个μ子和一个ξ子。若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子的速度方向一致，则ξ子的运动方向（）A．一定与μ子的方向相同 B．一定与μ子的方向相反 C．一定与μ子在同一直线上 D．不一定与μ子在同一直线上1953年莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用在β衰变中产生的中微子与水中11H的核反应，间接证实了几乎没有质量且不带电的中微子的存在。中微子与水中的11H发生核反应的方程式为：中微子A．-10e B．01n C．1目前普遍认为，原子核中的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夸克带电荷量为+23eA．质子由1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 B．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 C．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 D．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1个d夸克组成氚核发生β衰变除了产生β粒子和新核外，还会产生质量数和电荷数都是0的反中微子Ve．若氚核在云室中发生β衰变后，产生的反中微子和β粒子的运动方向在同一条直线上，设反中微子的动量为P1，β粒子动量为P2，则。（）A．上述核反应方程为13H+01n→B．β粒子在云室中穿过会留下清晰的路径，此体现了粒子的波动性 C．氚核内部某个中子转变为质子时，会向外发射β粒子 D．新核的动量为P1﹣P2（2022•天津模拟）按照夸克模型，质子、中子都是由上夸克和下夸克这两种夸克组成，上夸克带电荷量为+23e，下夸克带电荷量为-1如图所示，中子内有一个电荷量为+23eA．ker2 B．ke3r2 （多选）按照现代的粒子理论，可以将粒子分为三大类：媒介子、轻子和强子，质子和中子属于强子。强子是由更基本的粒子﹣﹣夸克组成。根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇夸克、璨夸克、底夸克和顶夸克．它们的带电量分别为±13e或±2A．上夸克的电荷量为+23e B．下夸克的电荷量为-C．上夸克的电荷量为-23e D．下夸克的电荷量为质子和中子是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的．两个强作用电荷相反（类似于正负电荷）的夸克在距离很近时几乎没有相互作用（称为“渐近自由”）；在距离较远时，它们之间就会出现很强的引力（导致所谓“夸克禁闭”）．作为一个简单的模型，设这样的两夸克之间的相互作用力F与它们之间的距离r的关系为：F=0，0＜r＜r1-F0，r1≤r≤rA．B． C．D．放射性物质已经广泛应用于工农业生产中，对放射性的应用，下列说法不正确的是（）A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，所以人体可以经常照射 B．对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理 C．射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置 D．对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的一个质子由两个u夸克和一个d夸克组成。一个夸克的质量是7.1×10﹣30kg，求两个夸克相距1.0×10﹣16m时的万有引力约为（）已知万有引力常量G＝6.67×10﹣11N•m2/kg2A．3.4×10﹣39N B．3.4×10﹣37N C．3.5×10﹣39N D．3.5×10﹣37N一个质子由两个u夸克和一个d夸克组成。一个夸克的质量是7.1×10﹣30kg，则两个夸克相距1.0×10﹣16m时的万有引力约为（引力常量G＝6.67×10﹣11N．m2/kg2）（）A．3.4×10﹣9N B．1.7×10﹣35N C．3.4×10﹣37N D．4.9×10﹣39N已经证实质子、中子都是由上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为23e，下夸克带电为-13e，e为电子所带电荷量的大小，即质子所带电荷量。如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为L，三个夸克组成等边三角形。L＝1.5×10﹣15m，静电力常量K＝9.0×109Nm2/c2①画出质子的三个夸克的组成图形，夸克用小圆圈表示，并在每个夸克旁标出该夸克所带电量；②计算质子内每相邻两个夸克之间的静电力。5.5“基本”粒子知识点一、“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．知识点二、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．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（2023•嘉定区二模）现在科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反。据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数分别为（）A．﹣4，﹣2 B．4，﹣2 C．﹣4，2 D．4，2【解答】解：α粒子是质量数为4，带2个单位正电荷，所以反α粒子，它的质量数为4，电荷为﹣2，故B正确，ACD错误。故选：B。太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播的过程中衰变成一个μ子和一个ξ子。若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子的速度方向一致，则ξ子的运动方向（）A．一定与μ子的方向相同 B．一定与μ子的方向相反 C．一定与μ子在同一直线上 D．不一定与μ子在同一直线上【解答】解：中微子转化为一个μ子和一个ξ子过程中动量守恒，已知μ子的运动方向与中微子原来的方向一致，由于不知中微子和μ子的动量大小，所以只能得出ξ子的运动方向与中微子方向在同一直线上，可能与中微子同向也可能反向，故C正确、ABD错误。故选：C。1953年莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用在β衰变中产生的中微子与水中11H的核反应，间接证实了几乎没有质量且不带电的中微子的存在。中微子与水中的11H发生核反应的方程式为：中微子A．-10e B．01n C．1【解答】解：根据质量数守恒、电荷数守恒，可知中微子的质量数为：1+0＝1，电荷数为1+（﹣1）＝0，故10故选：B。目前普遍认为，原子核中的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夸克带电荷量为+23eA．质子由1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 B．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 C．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 D．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1个d夸克组成【解答】解：由质子带一个单位正电荷，中子不带电，设质子中u夸克、d夸克个数分别是x、y，x、y取正整数，则x×23e+解得x＝2、y＝1；设中子中u夸克d夸克个数分别是m、n，m、n取正整数。m×（23e）+n×（解得m＝1、n＝2，故选：B。氚核发生β衰变除了产生β粒子和新核外，还会产生质量数和电荷数都是0的反中微子Ve．若氚核在云室中发生β衰变后，产生的反中微子和β粒子的运动方向在同一条直线上，设反中微子的动量为P1，β粒子动量为P2，则。（）A．上述核反应方程为13H+01n→B．β粒子在云室中穿过会留下清晰的路径，此体现了粒子的波动性 C．氚核内部某个中子转变为质子时，会向外发射β粒子 D．新核的动量为P1﹣P2【解答】解：A、根据质量数与质子数守恒，则氚发生β衰变的衰变方程：13H→B、β粒子在云室中穿过会留下清晰的径迹，体现出实物粒子的粒子性，故B错误；C、β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，故C正确；D、衰变过程中动量守恒，0＝P1+P2+P；所以新核的动量大小为P＝﹣P1﹣P2，故D错误；故选：C。（2022•天津模拟）按照夸克模型，质子、中子都是由上夸克和下夸克这两种夸克组成，上夸克带电荷量为+23e，下夸克带电荷量为-1【解答】解：根据质子带电量为+e，且有三个夸克组成，所以一个质子内部包含两个上夸克，一个下夸克。相邻两个上夸克之间的静电力为F1＝k(23e)相邻上夸克和下夸克之间的静电力F2＝k23e×13答：相邻两个上夸克之间的静电力为46N；相邻上夸克和下夸克之间的静电力为23N。如图所示，中子内有一个电荷量为+23eA．ker2 B．ke3r2 【解答】解：由点电荷的场强决定式可知，B、C处两个下夸克在O点的电场强度大小均为E=kQr2，方向夹角120°，合场强沿AO方向，大小为E=kQr2，A处的上夸克在O点的电场强度同样沿AO方向，大小为13故选：A。（多选）按照