2022-2024年高考物理试题汇编：核反应和核能（解析版全国）

三年真题

核反应和核能

富每目值。四朝湾

考点三年考情（2022-2024）命题趋势

2024年高考河北卷：关于新能源汽车、储能和信

考点1核反应

息通信等新兴产业的关键材料一一锂元素的核

（5年5考）

反应.

2024年高考甘肃卷:关于我国科学家在兰州重离

子加速器国家大科学装置上成功合成了新核素

169cs

76us的核反应。

2022年山东物理：碘125衰变时产生/射线，

2022年高考湖北物理:我国科学家王瀚昌先生首

先提出证明中微子存在的实验方案。1.核反应高考考查频率较高，年年

2022高考北京卷：中国科学院全超导托卡马克核考，主要是以某特殊意义的核反应

聚变实验装置。切入。

2.核能的考查通常以核电站为情

2024年1月高考浙江卷：笊与旅聚变成氢的反景，重点考查核能的计算及其相关

应。

知识点。

2023高考福建卷:福建福清核电站采用我国完全

考占2核能

自主研发的“华龙一号”反应堆技术；2022年高

（5年3考）

考辽宁物理：中国锦屏深地实验室发表了首个核

天体物理研究实验成果。2022年1月浙江选考：

秦山核电站。2022高考北京卷：中国科学院全超

导托卡马克核聚变实验装置（EAST）取得新突

破

窃窗纷缀。阖滔送温

考点01核反应

1.（2024年高考河北卷）锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料.研究表明，锂元素主

要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为

；2C+：H-；Li+2：H+X,式中的*为（）

A.jnB.'e

C.°eD.2He

【答案】D

【解析】

根据核反应前后质量数和电荷数守恒得

4=12+1-7—2x1=4,Z=6+l—3—2x1=2

故式中的X为；He,故选D。

2.（2024年高考海南卷）人工核反应;:Si+：HfX+：；P中的*是（）

A.中子B.质子

C.电子D.a粒子

【答案】A

【解析】

根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的电荷数为0,质量数为1,则X是中子。

故选Ao

3（2024年高考福建卷第3题）.核反应方程宾Nl-＞；；Cu+X,则其中的x表示（）

A.:HeB._：e

C.°eD.；n

【参考答案】B

【名师解析】根据核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X是电子_：e,B正确。

4.（2024年高考甘肃卷）2024年2月，我国科学家在兰州重离子加速器国家大科学装置上成功合成了新

169c।58冲、160」।4丫

核素76US,核反应方程如下：48+今入该方程中*是（）

A.质子B,中子

C.电子D.«粒子

【答案】B

【解析】

根据反应前后质量数和电荷数守恒得X是:n,故选B。

5.（2022年山东物理）碘125衰变时产生/射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为

60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的（）

【参考答案】B

【命题意图】本题考查半衰期及其相关计算。

【名师解析】

碘125的半衰期为60天，根据半衰期的定义，经过一个半衰期，剩余经过180天即3个半衰期，剩余

碘125的质量为刚植入时的;X：义；=』，选项B正确。

2228

【一题多解】设刚植入时碘的质量为根o,经过180天后的质量为m,根据

掰=加。

代入数据解得

故选B。

6.（2022年高考湖北物理）上世纪四十年代初，我国科学家王渔昌先生首先提出证明中微子存在的实验方

案：如果静止原子核；Be俘获核外K层电子e,可生成一个新原子核X,并放出中微子ve，即

；Be+te7X+：Ve。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确

定中微子的存在。下列说法正确的是（）

A.原子核X是；Li

B.核反应前后的总质子数不变

C.核反应前后总质量数不同

D.中微子匕的电荷量与电子的相同

【参考答案】A

【命题意图】本题考查核反应及其相关知识点。

【解题思路】根据核反应遵循的规律，核反应前后质量数守恒，电荷数守恒，X原子核的电荷数为3,质量

数为7,所以原子核X是；Li,选项A正确BCD错误。

7.（2022高考上海）某元素可以表示为「X,则下列可能为该元素同位素的是（）

A、B、黑XC、广XD、*X

【参考答案】.C【命题意图】考查对原子核同位素的理解。

【名师解析】根据原子核同位素的意义可知，同位素是位于元素周期表中同一位置的元素，原子序数相同,

电荷数相同，质子数相同，中子数不同，即左下角的数字必须相同，而左上角的数字不同，所以选项C正

确。

【教材再现】原子核符号。

元素符号

质量数

电荷数（原子序数）—z-Zzk

8.（2022新高考海南卷）下列属于，衰变的是（）

A.瞪uT『Th+；He

；

B./-NZ+jHoek1o+H

「234TL、234।0

C.90Th—>91Pa+_]e

D.第堞Ba+MKr+3〉

【参考答案】C

【名师解析】根据，衰变的定义可知选项c属于4衰变。

9.（2022高考上海）某原子核发生核反应放出一个正电子，则新原子核中多了一个（）

Ao质子B»中子

C、电子Do核子

【参考答案】B

【命题意图】本题考查原子核反应+守恒思想

【名师解析】根据原子核反应过程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知质量数等于中子数+质子数，核反应

时放出一个正电子，电荷数减1,质量数不变，则新原子核中多了一个中子，选项B正确。

【教材再现】由于原子核内没有电子，B衰变的实质是

片产核内的中子转化

中子An。成了一个质子和一个电子（图5.2-3）,其转化方程是

in----►:H+_；e

电子枭

。这种转化产生的电子发射到核外，就是P粒子；与此同时，

困。,中工的拓伊新核少了一个中子，却增加了一个质子。所以，新核质量

数不变，而电荷数增加1。

同样，核反应放出的正电子，是原子核内的质子转化为一个中子和一个正电子，其转化方程为

:H*,in4-+?e

这种转化产生的正电子发射到核外。与此同时，新核少了一个质子，却增加了一个中子。所以新核的质量

数不变，电荷数减少1.

中子4n

质子;H

正电子工e

质子的转化

10.（2022•全国理综甲卷•17）两种放射性元素的半衰期分别为%和2%,在/=0时刻这两种元素的原子

核总数为N,在/=2。时刻，尚未衰变的原子核总数为则在/=4。时刻，尚未衰变的原子核总数为

【参考答案】C

【命题意图】本题考查对半衰期的理解与计算。

【解题思路】N=N1+N2,在t=2to时刻，一种经过了2个半衰期，N1剩下N1/4,另一种经过了1个半衰

期，N2剩下”下,则有Ni/4+Nz/2=N/3,解得：Ni=2N/3,N2=N/3o在t=4to时刻,一种经过了4个半衰期,

N1剩下M/16,另一种经过了2个半衰期，N2剩下M/4,尚未衰变的已知总数为N/16+Nz/4=N/8.，选项C

正确。

11.（2023年6月高考浙江选考科目）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将嗡Pu衰

变释放的核能一部分转换成电能。2j；Pu的衰变方程为2j；Pu-窑U+：He,则（）

A.衰变方程中的X等于233

B.；He的穿透能力比y射线强

C.2j；Pu比的比结合能小

D.月夜的寒冷导致骑Pu的半衰期变大

【参考答案】.C

【名师解析】根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X=238-4=234,A错误；Y

射线的穿透能力比a射线穿透能力强，B错误；根据原子核衰变的产物的比结合能大于放射性

原子核可知，皆pu比;的比结合能小，c正确；半衰期与原子核所处的物理化学状态无关,

D错误。

12.（2023高考全国甲卷）在下列两个核反应方程中

X+；N-Y+[o

Y+；Li-2X

X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则

A.Z=l,A=l,

B.Z=l,A=2,

C.Z=2,A=3,

D.Z=2,A=4,

【参考答案】D

【命题意图】本题考查核反应方程及其相关知识点。

【解题思路】设Y的电荷数为乙质量数为7V,根据核反应方程满足的质量数守恒和电荷数守恒，

Z+7=Z'+8,A+14=A'+17,Z'+3=2Z,A'+7=2A,联立解得：Z=2,A=4,Z'=l,A'=L即Y为质子，X为氢核，D

正确。

13.（2022年6月浙江选考）秦山核电站生产的核反应方程为1；N+:nf=OX,其产物的衰变

方程为2冲加。下列说法正确的是，

A.X是;H

B.可以用作示踪原子

c._；e来自原子核外

D.经过一个半衰期，io个1C将剩下5个

【参考答案】AB

【命题意图】本题考查核反应、B衰变和对半衰期的理解。

【解题思路】

根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒，可知x为质子;H,A正确；由于［C具有放射性，且c

是构成生物体的主要元素之一，所以1C可以用作示踪原子，B正确；衰变放出的电子％来自原子核，C

错误；由于半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核不适用，所以经过一个半衰期，10个

不一定剩下5个，D错误。

14.（2023学业水平等级考试上海卷）单光子能量为8eV的一种光的波长是；下一代超高精度

原子钟中，发生如下核反应：声u-jj4Th+。已知普朗克常数h=6.63X10-34js,e=1.6X1019C„

【参考答案】1.55X10-7m:He。

【名师解析】先把单光子能量8eV变换成8X1.6义10-19j=i2.8X10-i9j,由E=hc/人得出光的波长入=1.55X

7

10-mo根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知释放出的粒子为质量数4,电荷数2的氢核。

15.（2023高考海南卷）社元素衰变时会放出6粒子，其中6粒子是（）

A.中子B.质子

C.电子D.光子

【参考答案】C

【名师解析】

放射性元素衰变时放出的三种射线a、6、y分别是氢核流、电子流和光子流。其中6粒子是电子，C正确。

16.（2023高考北京卷）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（）

A.；mBa+》Kr+（）

B.4Th+（）

C.；4N+"He°+（）

D.*4C->*4N+（）

【参考答案】A

【名师解析】根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知A选项括号中为2个中子，B选项括号中

为氢核，C选项括号中为质子，D选项括号中为电子，A正确。

17.（2023广东卷）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应fC+Y-＞；6。的影响.下列说法

正确的是（）

A.Y是粒子，尸射线穿透能力比/射线强

B.丫是4粒子，尸射线电离能力比/射线强

C.丫是a粒子，a射线穿透能力比/射线强

D.Y是a粒子，a射线电离能力比/射线强

【参考答案】D

【名师解析】根据核反应方程遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知Y是a粒子，由于a粒子带两个正电荷,

所以射线a射线电离能力比/射线强，D正确。

18.（2023天津卷）关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（）

A.核聚变需要在高温下进行

B.核聚变中电荷不守恒

C.太阳质量不变

D.太阳核反应方程式：声Ba+；：Kr+3；n

【参考答案】A

【名师解析】

因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，才有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得它们间的距离缩短,

才能发生聚变，故A正确；核聚变中电荷是守恒的，故B错误；

因为太阳一直在发生核聚变，需要放出大量能量，根据质能方程可知是要消耗一定的质量的，故C错误；

太阳中的核聚变的方程为；H+；H5He+；n,题中D选项核反应行U+1Ba+；：Kr+3；n为核裂变方

程，故D错误。

考点02核能

1.（2024年1月高考浙江卷）已知笊核质量为2.0141U,危核质量为3.0161U,氢核质量为4.0026U,中

子质量为1.0087U,阿伏加德罗常数鼠取6.0x1（）23moL，气核摩尔质量为2g加0尸，lu相当于

931.5MeVo关于笊与能聚变成氨，下列说法正确的是（）

A.核反应方程式为；He+*n

B.笊核的比结合能比氢核的大

C.笊核与笳核的间距达到l()T°m就能发生核聚变

D.4g笊完全参与聚变释放出能量的数量级为lo及MeV

【答案】D

【解析】

核反应方程式为：H+；Hf：He+；n

故A错误;

笊核的比结合能比氢核的小，故B错误；

笊核与旅核发生核聚变，要使它们间的距离达到1075m以内，故C错误；

一个笊核与一个能核聚变反应质量亏损

Affl=(2.0141+3.0161-4.0026-1.0087)u=0.0189u

聚变反应释放的能量是

AE=Am-931.5MeV®17.6MeV

4g笊完全参与聚变释放出能量

£=lx6xlO23xAE»2.11xlO25MeV

2

数量级为1025MeV，故D正确。

O

2.(2023高考全国乙卷)2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧

眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1

分钟内释放的能量量级为1048J。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级

为(光速为3xl()8m/s)

A.1019kgB.1024kg

C.1029kgD.1034kg

【参考答案】c

【命题意图】本题考查核能及其相关知识点。

【解题思路】1s时间内释放的能量为△E=L6X1046j,由质能方程可得△E=Z\mc2,解得△m=1029kg,C正确。

【易错提醒】注意1分钟释放的能量要转化为1s时间内释放的能量。

3.(2023全国高考新课程卷)能原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，钠原子

5

钟利用的两能级的能量差量级为10-eV,跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h=6.63x10-341s,

元电荷e=1.60xl()T9C)()

A.103HzB.106Hz

C.109HzD.1012Hz

【参考答案】.C

【名师解析】能级差量级为lO^eV,跃迁发射的光子能量E=10-5eV=1.6X10U9XIO-5J=I.6X1O-24J,根据光子

能量公式£=皿，解得v的数量级为109Hz,C正确。

4.（2023高考湖南卷）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置（EAST）创下新纪

录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，

下列关于核反应的说法正确的是（）

A.相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多

B.气旅核聚变的核反应方程为；H+：H-»：He+_：e

C.核聚变的核反应燃料主要是铀235

D.核聚变反应过程中没有质量亏损

【参考答案】A

【名师解析】相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；根据核反应方程满足的质

量数守恒和电荷数守恒可知，笊旅核聚变的核反应方程为；H+：H-＞：He+；n,B错误；核裂变的核反应

燃料主要是铀235,而核聚变的核反应燃料主要是笊和氤，C错误；根据质能方程，任何释放能量的核反应

都有质量亏损，所以核聚变反应过程中有质量亏损，D错误。

5.（2022天津学业水平选择性考试）从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021

年10月，我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空。太阳的能量由核反应提供，其中一

种反应序列包含核反应：狙e+；He-＞：He+2X,下列说法正确的是（）

A.X是中子

B.该反应有质量亏损

C.；He比；He的质子数多

D.该反应是裂变反应

【参考答案】B

【命题意图】本题考查核反应及其相关知识点。

【名师解析】根据核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1,可知X是质子,

故A错误；两个轻核结合成质量较大的核，核反应属于聚变反应，反应过程存在质量亏损，释放能量，故B

正确，D错误；：He与；He的质子数相同，均为2个质子，故C错误。

6.（2022新高考福建卷）2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含

有大量放射性元素以I,其衰变方程为即-2Xe+_：e,半衰期为8天，已知吗=13L03721u,

mXe=131.03186u,me=0.000549u,则下列说法正确的是（）

A.衰变产生的P射线来自于原子的核外电子

B.该反应前后质量亏损0.00535U

C.放射性元素啜I发生的衰变为a衰变

D,经过16天，75%的［；：［原子核发生了衰变

【参考答案】D

【命题意图】此题考查放射性元素衰变、质量亏损、半衰期及其相关知识点。

【名师解析】

根据题述，放射性元素的衰变方程为》：Xe+_：e,释放出的是电子，所以放射性元素以I发生的

衰变为B衰变，选项C错误；啜I发射B衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核释放

出来形成B射线，选项A错误；该反应前后质量亏损为

Am=-mXe-me=131.0372lu-131.03186u-0.000549u=0.00480lu,选项B错误；

由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，没有衰变的放射性元素2I只剩下1/4,即75%的

啜I原子核发生了衰变，故D正确。

7.（2023高考福建卷）福建福清核电站采用我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了安全级

别世界最高的机组。机组利用235U核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为

'n+^U^1Ba<Kr+3*n,则人=；Z=；若核反应过程中质量亏损1g,释放的

能量为Jo（光速大小取3.0X108m/s）

【参考答案】①.92②.56③.9x1013

【名师解析】

根据核反应前后质量数守恒有1+235=141+A+3,解得A=92。

根据核反应前后电荷数守恒有92=Z+36,解得Z=56。

根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1g,释放的能量为

E=Amc2=lxIO—x9.0x1016J=9x1013J

8.（2022高考北京卷）2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）取得新突破,

成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行

新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步。

等离子体状态不同于固体、液体和气体的状态，被认为是物质的第四态。当物质处于气态时，如果温度进

一步升高，几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，此时物质称为等离子体。在

自然界里，火焰、闪电、极光中都会形成等离子体，太阳和所有恒星都是等离子体。下列说法不正确的是

（）

A.核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能

B.可以用磁场来约束等离子体

C.尽管等离子体整体是电中性的，但它是电的良导体

D.提高托卡马克实验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力

【参考答案】A

【命题意图】此题考查及其相关知识点。

【名师解析】核聚变释放的能量源于核反应释放的核能，不是等离子体中离子的动能，选项A不正确。

9.（2022年高考辽宁物理）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表

明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为A1,己知X、

12Mg,Al的质量分别为外、叫、叫,真空中的光速为c,该反应中释放的能量为下列说法正确的

是（）

A.X为笊核；H

B.X为氤核：H

2

C.E=+m2+m3）c

2

D.E=+m7-m3）c

【参考答案】B

【命题意图】本题考查核反应/核能及其相关知识点.

【名师解析】

根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为3,电荷数为1,为宸核:H,选项A错误,

B正确；因该反应为人工转变，反应前两种粒子都有动能（总动能设为Eki），反应后的生成物也有动能02,

根据质能方程可知，由于质量亏损反应放出的能量为AE=AMO?=（㈣+机2—则反应释放的能量为

11.（2022年1月浙江选考）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约

6.9x10叫W-h,相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供

热。下列说法正确的是（）

A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量

B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg

C.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度

D.反应堆中存在aU+：n-Ba+Kr+3：n的核反应

【参考答案】CD

【名师解析］秦山核电站利用的是重核裂变变释放的能量，故A错误；原子核亏损的质量全部转化为电能

6.9x10”义1000x3600

工核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利

时，约为A机=二(3x108)2kg27.