人教版高中物理精讲精练-选择性必修35.4核裂变与核聚变 解析版

5.4核裂变与核聚变【考点归纳】考点一：铀核的核裂变方程考点二：计算核裂变放出的能量考点三：典型的核聚变方程考点四：计算核聚变放出的能量考点五：受控热核反应考点六：核裂变与聚变的综合问题【知识归纳】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．技巧归纳．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．技巧归纳：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【题型归纳】题型一：铀核的核裂变方程1．（22-23高二下·云南玉溪·期末）下列核反应属于裂变反应的是（）A．O＋n→N＋HB．Si＋H→P＋nC．U＋n→Ba＋Kr＋3nD．Ra→Rn＋He【答案】C【详解】AB表示的两个核反应都属于原子核的人工转变，D表示的核变化属于放射性元素原子核的衰变，只有C表示的核反应才属于原子核的裂变反应，故ABD错误，C正确。故选C。2．（23-24高三上·湖北·阶段练习）2023年8月25日，中核集团发布消息：“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。这标志着中国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。下列属于核聚变反应的是（

）A．B．C．D．【答案】D【详解】A．该方程为衰变的方程，故A错误；B．该方程为原子核的人工转变方程，故B错误；C．该方程为重核裂变的方程，故C错误；D．该方程为轻核聚变反应方程，故D正确。故选D。3．（21-22高二下·江苏苏州·期中）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．题中铀核裂变的核反应方程为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．针核经过2次衰变可变成镤D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能增大【答案】D【详解】A．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故A错误；B．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，故B错误；C．钍核（）经过1次β衰变可变成镤（），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，所以在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能增大，故D正确。故选D。题型二：计算核裂变放出的能量4．（22-23高二下·江苏南通·阶段练习）我国自主研发的“玲珑一号”核反应堆，是全球最小的商用核反应堆，核反应方程为，反应产物会发生β衰变。已知核、、和质量分别是235.0439u、140.9139u、91.8973u和1.0087u，1u为1.66×10－27kg，光速c＝3×108m/s。则下列说法正确的是（）A．核反应方程中的x＝57，y＝89B．U核的比结合能小于Ba核的比结合能C．Ba的衰变方程为Ba＋n→X＋eD．一个铀核裂变放出的核能约为【答案】B【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程中的x＝56，y＝89故A错误；B．核反应的产物比反应物更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，因此可知U核的比结合能小于Ba核的比结合能，故B正确；C．根据题意可知，会发生β衰变，因此可得其衰变方程为故C错误；D．根据爱因斯坦的质能方程有解得故D错误。故选B。5．（22-23高三下·山东·阶段练习）2022年6月23日21时53分，随着168小时试运行试验圆满完成，辽宁红沿河核电站6号机组（如图所示）正式具备商业运行条件，标志着红沿河核电站一期和二期工程共6台机组全面投产。现代核电站主要是通过可控链式核裂变反应来实现核能的和平利用。已知一个原子核在中子的轰击下发生裂变反应，其裂变方程为，下列说法正确的是（）A．裂变方程式左右两边都有中子，可以改写成B．裂变反应释放出大量的核能，也叫热核反应C．裂变释放能量，原子核的比结合能比原子核的大D．裂变释放能量，原子核的结合能比原子核的大【答案】C【详解】A．裂变反应中左右两边都有中子，这是核反应原理，必须有中子的参与，不能改写成，A错误；B．轻原子核的聚变才叫热核反应，B错误；C．比结合能越大，原子核越稳定，原子核裂变得到原子核，说明原子核比原子核稳定，即原子核的比结合能比原子核的大，C正确；D．结合能与核子数有关，原子核的核子数远大于原子核的核子数，所以原子核的结合能比原子核的小，D错误。故选C。6．（22-23高三上·山东·开学考试）我国“华龙一号”是当前核电市场接受度最高的三代核电机型之一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国跨越。核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用mU、mBa、mKr分别表示、、核的质量，mX表示X粒子的质量，c为真空中的光速，以下说法正确的是（

）A．的结合能小于与的结合能之和B．X为中子，a=2C．的比结合能比的大D．上述核反应中放出的核能E=(mU－mBa－mKr－3mX)c2【答案】A【详解】A．核裂变要释放能量，则核裂变产物与的结合能之和一定大于原来重核的结合能，A正确；B．由电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子，由质量数守恒知a=3B错误；C．核裂变过程释放能量，比结合能变大，则的比结合能比的小，C错误；D．由题意知，核反应过程中的质量亏损m=mU－mBa－mKr－2mX由质能方程可知，释放的核能E=(mU－mBa－mKr－2mX)c2D错误。故选A。题型三：典型的核聚变方程7．（2024·全国·模拟预测）关于核聚变方程，下列说法正确的是（）A．核反应方程中X为正电子B．该核反应电荷和质量都守恒C．的比结合能比的比结合能大D．射线是核外电子从高能级向低能级跃迁时产生的【答案】C【详解】A．核反应方程中质量数与电荷数守恒，故X质量数为1，电荷数为0，故X不是电子，而是中子，故A错误；B．核聚变反应过程放出能量，质量减小，故B错误；C．比结合能越大，原子核越稳定，该聚变反应放出能量，生成物更稳定，故的比结合能大于的比结合能，故C正确；D．射线是来源于原子核的能级跃迁，而不是核外电子的能级跃迁，故D错误。故选C。8．（2023·江西鹰潭·模拟预测）我国自主研发的东方超环（EAST）是国际首个全超导托卡马克核聚变实验装置，有“人造太阳”之称。“人造太阳”核反应方程可能是（）A．B．C．D．【答案】C【详解】“人造太阳”核反应属于轻核聚变核反应，A是原子核的人工转变方程；B是α衰变方程；D是核裂变方程，只有C是轻核聚变核反应。故选C。9．（22-23高二下·云南保山·期末）全超导托卡马克实验装置（EAST）实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上高温等离子体运行的最长时间。该装置内发生的核反应方程为，下列关于该核反应的说法正确的是（

）A．X为中子 B．反应前后核的总质量相等C．反应过程中吸收了大量的能量 D．反应过程中中子数减少了1个【答案】A【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒知X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，故A正确；BC．核反应放出能量，有质量亏损，可知反应后的质量小于反应前的质量，故BC错误；D．反应过程中质子数保持不变，核子总数保持不变，则中子数保持不变，故D错误。故选A。题型四：计算核聚变放出的能量10．（22-23高二下·江苏南京·期末）利用与的核聚变发电不产生温室气体，不产生放射性物质，是一种十分清洁、安全和环保的能源，开发月球土壤中蕴藏丰富的资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义。该核反应可表示为，若、和的质量分别为、、，设聚变过程中释放的核能都转化为光子的能量，下列说法正确的是（）A．反应产物为电子B．该反应释放的核能C．光子的波长D．轻核聚变与重核裂变相比产能效率更低【答案】B【详解】A．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，则反应产物X为质子，选项A错误；B．该反应释放的核能选项B正确；C．根据可得光子的波长选项C错误；D．轻核聚变与重核裂变相比产能效率更高，选项D错误。故选B。11．（22-23高二下·重庆沙坪坝·期末）超导托卡马克EAST装置被誉为“人造太阳”，实现了高功率403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，创造了新的世界纪录。设可控热核反应前氘核（H）的质量为，氚核（H）的质量为，反应后氦核（He）的质量为，中子（n）的质量为，已知真空中的光速为c。下列说法中正确的是（）A．核反应方程为B．热核反应释放出了氦核，是衰变C．核反应释放的能量为D．核反应过程中反应物的结合能比生成物的结合能大【答案】C【详解】A．核反应遵循质量数守恒和核电荷数守恒，选项中核电荷数不守恒，故A项错误；B．这种热核实验反应是核聚变反应，而不是自发发生的衰变，B项错误；C．可控热核反应装置中发生的核反应方程式是核反应过程中存在质量亏损，因此核反应过程中的质量亏损核反应释放的能量为C项正确；D．因轻核聚变反应释放巨大核能，说明拆开的结合能小于组合的结合能，生成物的结合能大，D项错误。故选C。12．（2023·广东东莞·一模）在《物理评论快报》论文中，中国锦屏深地实验室核天体物理实验（JUNA）研究团队通过直接测量，为核反应提供日前最精确的反应率数据，澄清此前国际实验数据间数倍的分歧，解决“点石成金”中铁元素俘获慢中子变成超铁元素的中子源的问题。已知该反应中、X、、的质量分别为、、、，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是（）A．该反应属于裂变反应 B．X为氦核C． D．【答案】B【详解】A．该反应属于原子核的人工转变，A错误；B．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4，电荷数为2，为氦核，核反应方程B正确；CD．根据质能方程可知，由于质量亏损该反应放出的能量为CD错误。故选B。题型五：受控热核反应13．（22-23高二下·广东肇庆·期中）如图所示为核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，其中一种反应方程为，则下列说法正确的是（）

A．铀核的比结合能比钡核的小 B．该反应为热核反应C．镉棒插入深一些可增大链式反应的速度 D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响【答案】A【详解】A．在该核反应中，会释放出大量的能量，因为比结合能越大，原子核越稳定，可知铀核的比结合能比钡核的小，A正确；B．该反应为重核裂变反应，不是热核反应，B错误；C．要使裂变反应更激烈一些，应使镉棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，可增大链式反应的速度，C错误；D．铀核的半衰期与环境温度无关，因此铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D错误。故选A。14．（21-22高二下·河北沧州·期末）2022年5月2日，作为中国东北地区第一座核电站及最大的能源投资项目，辽宁红沿河核电站6号机组首次并网发电。有关核反应和核能，下列说法正确的是（）A．目前核能发电是利用核聚变，氢弹是利用核裂变的链式反应原理B．核潜艇的动力装置是核反应堆，核反应堆中用镉棒控制核裂变的反应速度C．核电站设备应用链式反应，当铀块的体积小于临界体积时就会发生链式反应D．原子核必须在超高温下才能发生聚变，说明核聚变过程需要吸收能量【答案】B【详解】A．目前核能发电是利用核裂变，原子弹是利用核裂变的链式反应原理，氢弹利用的是核聚变，故A错误；B．核反应堆中插入镉棒为了吸收中子，控制核裂变的反应速度，故B正确；C．当铀块的体积大于或等于临界体积，并有慢中子能够被俘获时，就会发生链式反应，瞬时放出巨大能量，故C错误；D．尽管核聚变在高温高压下才能发生，但聚变过程会放出能量，故D错误。故选B。15．（20-21高二下·山东青岛·期末）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【答案】C【详解】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。题型六：核裂变与聚变的综合问题16．（23-24高二下·河北保定·期中）一个氘核（）和一个氚核（）发生聚变时，可以得到一个氦核和一个中子，已知的比结合能是1.09MeV，的比结合能是2.78MeV，的平均结合能是7.03MeV，中子的结合能为零。（1）写出聚变时核反应方程；（2）求发生聚变时释放的能量；（3）求发生聚变时亏损的质量（c=3.0×108m/s）。【答案】（1）；（2）17.6MeV；（3）3.13×10-29kg【详解】（1）核反应方程为（2）聚变反应前'核和氲核的结合能为E1=（1.09×2+2.78×3）MeV=10.52MeV反应后生成的氦核的结合能为E2=7.03×4MeV=28.12MeV由于单个核子无结合能，即中子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为=（28.12-10.52）MeV=17.6MeV（3）由质能方程可知由单位换算关系可知1eV=1.6×10-19J，则△E=17.6MeV=2.816×10-12J代入可得△m=3.13×10-29kg17．（23-24高二下·河北·期中）轻核聚变是比重核裂变产能效率更高的反应，在宇宙中时时刻刻进行着，太阳就是一个巨大的反应堆。若一个氘核（）和一个氚核（）聚变时产生一个中子（）和一个α粒子（）。已知氘核的质量为mD，氚核的质量为mT，中子的质量为mn，α粒子的质量为mα，光速为c，元电荷电荷量为e，普朗克常量为h。（1）写出核反应方程，并求一个氘核和一个氚核聚变时释放的核能；若此核能以一对同频率的光子向相反方向放出，求此光子的频率；（2）反应放出的α粒子在与匀强磁场垂直的平面内做圆周运动，若α粒子的速度大小为v，磁感应强度大小为B，求α粒子在磁场中做圆周运动的周期T和等效电流I的大小。【答案】（1），，；（2），【详解】（1）核反应方程由爱因斯坦质能方程可得，反应释放的核能由得（2）设轨迹半径为R，由洛伦兹力提供向心力其中得粒子在磁场中运动的周期由电流定义式得环形电流大小18．（21-22高二下·江苏苏州·期中）两个氘核以相等动能Ek=0.5MeV相向运动并发生正碰，产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD=2.0136u，氦核质量mHe=3.0150u，中子质量mn=1.0087u，1u相当于931.5MeV，取阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023mol-1。结果均保留三位有效数字。（1）计算这次反应释放多少核能；（2）求中子和氦核的动能分别为多少；（3）若共有1g的氘核完全反应，求放出的总能量。【答案】（1）3.26MeV；（2）3.195MeV，1.065MeV；（3）7.824×1010J【详解】（1）由题可知反应过程中质量亏损为则释放的能量为（2）因碰撞过程中动量守恒，反应前后总动量为零，所以中子与氦核动量大小相等，方向相反，由公式可得又由能量守恒有解得，（3）的氘含有的原子数为发生核反应的次数为，故放出的总能量为【课堂过关精练】19．（2024·广东·二模）科幻片《流浪地球2》再次带领大家回到“氦闪”的世界。“氦闪”的本质是恒星内部的氦核聚变，其核聚变反应方程为。已知一个氦核的质量为，一个X核的质量为，一个质子的质量为，一个中子的质量为，真空中的光速为c，则下列说法正确的是（）A．该核反应方程中的X是氮核B．核的比结合能大于X核的比结合能C．该聚变反应释放的核能为D．X核的比结合能为【答案】D【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为6，质量数为12，X是碳核，故A错误；B．聚变反应释放能量，表明X核比核更加稳定，则核的比结合能小于X核的比结合能。故B错误；C．根据爱因斯坦质能方程，该聚变反应释放的核能故C错误；D．根据比结合能的定义可知，X核的比结合能为故D正确。故选D。20．（23-24高二下·河北石家庄·期中）1986年4月26日，切尔诺贝利核电站4号机组反应堆发生爆炸，成为迄今为止世界上最严重的核泄漏事故。事故导致31人当场死亡，上万人由于放射性物质长期影响而致命或重病，其中一种放射性元素为碘131，已知碘131的半衰期为8天。下列说法正确的是（）A．核反应堆利用镉棒吸收中子，从而控制核反应的速度B．200个碘131原子核经过16天后一定还有50个未衰变C．碘131发生衰变的方程是D．核反应堆中可能发生的链式反应属于核聚变【答案】A【详解】A．核反应堆利用镉棒吸收中子，从而控制核反应的速度，故A正确；B．半衰期是大量原子核衰变的统计结果，对少量原子核衰变不适用，故B错误；C．碘131发生衰变的过程中放出电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可得发生衰变的方程为故C错误；D．核反应堆中可能发生的链式反应属于核裂变，故D错误。故选A。21．（23-24高二下·江苏南通·期中）我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核（）放出两个质子后变成氖核（Ne），同时放出射线，核反应方程为：。则下列说法错误的是（

）A．Z=10，A=20B．射线具有很强的穿透本领C．该反应属于核裂变D．该反应一定释放能量【答案】C【详解】A．根据反应过程中满足质量数和电荷数守恒可知，故A正确，不满足题意要求；B．射线具有很强的穿透本领，故B正确，不满足题意要求；C．核裂变是在中子的轰击下一个大核变成两个中核和多个中子，该反应不属于核裂变，故C错误，不满足题意要求；D．该反应存在质量亏损，一定释放能量，故D正确，不满足题意要求。故选C。22．（2024·湖北·三模）2023年11月6日，全球首座第四代核电站在山东石岛湾并网发电，这标志着我国在高温气冷堆核电技术领域领先全球。当前广泛应用的第三代核电站主要利用铀（）裂变产能，铀（）的一种典型裂变产物是钡（）和氪（）。下列说法正确的是（）A．有92个中子，143个质子B．铀原子核的结合能大于钡原子核的结合能C．重核裂变成中等大小的核，核的比结合能减小D．上述裂变反应方程为：【答案】B【详解】A．有92个质子，143个中子，故A错误；B．原子序数越大的原子核的结合能越大，所以铀原子核的结合能大于钡原子核的结合能，故B正确；C．重核裂变成中等大小的核，中等大小的核更稳定，核的比结合能变大，故C错误；D．根据质量数和电荷数守恒可知裂变反应方程为故D错误。故选B。23．（2024·河北·一模）统计显示，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列对于铀235相关的核反应的描述中，说法正确的是（）A．铀块的体积越小，越容易发生链式反应B．发生链式反应的核反应方程为C．在核反应堆中，中子的速度越快，铀核越容易发生核裂变D．核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，主要是为了调节中子数量，控制反应速度【答案】D【详解】A．要使链式反应发生，铀块必须达到临界体积，故A错误；B．只有中子轰击铀核，才能发生裂变反应，其方程为故B错误；C．在核反应堆中，中子的速度越快，会与铀235“擦肩而过”，铀核越不容易发生核裂变，故C错误；D．核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，可以吸收中子，主要是为了调节中子数量，控制反应速度，故D正确。故选D。24．（22-23高二下·全国·课前预习）利用氦和氘进行的聚变反应安全无污染，容易控制。月球上有大量的氦3，每个航天大国都将获取氦3作为开发月球的重要目标之一、已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子的核反应方程是：，若有2g氘全部发生聚变，则释放的能量是（为阿伏加德罗常数）（）A． B．C． D．【答案】C【详解】2g氘共有个氘核，每2个氘核反应就放出能量，所以释放的能量为。故选C。25．（22-23高二下·陕西宝鸡·期末）一个氘核()和一个氚核()发生聚变时，可以得到一个氦核和一个中子，已知的平均结合能是1.09MeV，的平均结合能是2.78MeV，的平均结合能是7.03MeV，中子的结合能为零，则（1）写出聚变时核反应方程；（2）发生聚变时释放的能量。【答案】（1）；（2）【详解】（1）核反应方程为（2）聚变反应前氘核和氚核的总结合能为E1=(1.09×2+2.78×3)MeV=10.52MeV反应后生成的氦核的结合能为E2=7.03×4MeV=28.12MeV由于单个核子无结合能，即中子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为ΔE=E2-E1=(28.12-10.52)MeV=17.6MeV26．（22-23高二下·河南焦作·阶段练习）某次核反应中，变成和，同时释放出若干中子。的平均结合能约为7.6MeV，的平均结合能约为8.4MeV，的平均结合能约为8.7MeV。（1）把分解成核子时，要吸收多少能量；（2）使相应的核子分别结合成和时，要释放出多少能量；（3）在这个核反应中是吸收能量还是释放能量；这个能量大约是多少？【答案】（1）1786MeV；（2）1142.4MeV，783MeV；（3）释放能量，139.4MeV【详解】（1）把分解成核子时，要吸收的能量为（2）使相应的核子结合成要释放的能量为使相应的核子结合成要释放的能量为（3）这个核反应放出的能量为故会释放能量139.4MeV。【高分突破精练】一、单选题27．（21-22高二下·广东肇庆·期末）2021年12月30日，中科院EAST全超导托卡马克装置（“人造太阳”）过亿度持续运行17.6分钟：2022年2月26日，中国的“人造太阳”实现了1.6亿度（约为太阳中心温度的10倍）等离子体运行。中国的“人造太阳”的技术领跑世界，其核反应方程是；，则（）A．X为质子B．该反应在常温下就可以进行C．该反应前后核子的总质量是相等的D．的结合能大于与结合能之和【答案】D【详解】A．根据电荷数守恒、质量数守恒，反应方程为可知X为中子，故A错误；B．核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，故B错误；C．核聚变反应能放出核能，反应前后质量出现亏损，故C错误；D．该核反应释放能量，有质量亏损，生成物更稳定，则知的结合能比反应物的结合能之和大，故D正确。故选D。28．（22-23高二下·河北唐山·期末）一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出光子，核反应方程是，已知质子、中子和氘核的质量分别为、和。以下说法中正确的是（）A．反应前后的质量数不变，因而质量不变B．因存在质量亏损，所以“物质不灭”的说法不正确C．氘核具有的能量即为核反应释放的能量D．核反应释放的能量为【答案】D【详解】A．该聚变反应的过程中向外释放能量，因而有质量亏损，反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和，故A错误；B．尽管存在质量亏损，但核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，所以“物质不灭”的说法仍是正确的，故B错误；C．由于能量守恒，则释放的能量会以光子的形式向外释放，故C错误；D．根据质能方程可知，核反应释放的能量为，故D正确。故选D。29．（22-23高二下·全国·课时练习）一个质子和一个中子发生核反应结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是（）A．该反应中的质量亏损Δm＝m3－（m1＋m2）B．辐射出的γ光子的动量p＝（m3－m1－m2）cC．γ光子的波长λ＝D．核反应方程是【答案】D【详解】A．质量亏损等于反应前的质量减去反应后的质量，即故A错误；B．辐射出的γ光子的动量p＝（m1+m2－m3）c故B错误；C．辐射出光子的能量为且联立可得故C错误；D．一个质子和一个中子发生核反应结合成一个氘核，是轻核聚变，反应方程为故D正确。故选D。30．（22-23高二下·陕西榆林·期末）2023年3月23日，“点燃中国的人造太阳”核聚变能源科普系列活动在北京一零一中学启动。活动旨在激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培养学生群体的科技热情与爱国情怀。下列核反应方程式中，表示轻核聚变过程的是（）A． B．C． D．【答案】D【详解】A．该过程为α衰变过程，不是轻核聚变，A错误；B．该过程是裂变过程，不是轻核聚变，B错误；C．该过程是原子核的人工转变，不是轻核聚变，C错误；D．该过程是轻核聚变过程，D正确。故选D。31．（22-23高二下·贵州黔东南·期末）中国科学家首次合成新核素铀，其衰变方程，已知的质量为，的质量为，的质量为，光速为，以下说法正确的是（

）A．的半衰期随温度升高而变大B．经过两个半衰期，有的原子核没发生衰变C．现有的核能发电是运用了衰变过程释放的能量D．单个铀衰变释放能量为【答案】D【详解】A．的半衰期由原子核内部结构决定，与所处环境温度无关，故A错误；B．每经过一个半衰期，有半数原子核发生衰变，经过两个半衰期，有的原子核发生衰变，故B错误；C．现有的核能发电是运用了重核裂变过程释放的能量，故C错误；D．根据爱因斯坦质能方程可知单个铀衰变释放能量为故D正确。故选D。32．（22-23高二下·山东潍坊·期末）太阳目前处于主序星阶段，氢燃烧殆尽后将发生“氦闪”，进入红巨星阶段。“氦闪”是太阳内部的氦变成碳的过程，核反应方程为：（称为反应），不同原子核的比结合能图像如图所示。已知1u相当于的能量。下列说法中正确的是（）

A．反应是裂变反应B．在反应中，电荷数守恒但质量数不守恒C．比的稳定性强D．一次反应亏损的质量约为0.00786u【答案】D【详解】A．反应是聚变反应，故A错误；B．在反应中，电荷数和质量数均守恒，故B错误；C．比结合能图像可知比的比结合能更大，稳定性强，故C错误；D．一次反应亏损的质量约为故D正确。故选D。二、多选题33．（2024·四川泸州·三模）中国参与全球最大“人造太阳”国际热核聚变实验堆（ITER）研制，它利用氘和聚变成氦释放能量，旨在探索受控核聚变技术商业化的可行性。我国每年进口约5亿吨原油，已知1kg原油可以获得约的能量。关于此核反应，下列说法中正确的是（

）A．核反应方程为：B．核反应方程为：C．核子质量亏损约1500kg释放的能量，相当于5亿吨原油释放的能量D．核子质量亏损约150kg释放的能量，相当于5亿吨原油释放的能量【答案】BD【详解】AB．根据质量数和电荷数守恒，核反应方程为故A错误，B正确；CD．5亿吨原油释放的能量根据质能方程联立解得故核子质量亏损约150kg释放的能量，相当于5亿吨原油释放的能量，故C错误，D正确。故选BD。34．（22-23高二下·陕西咸阳·阶段练习）我国“华龙一号”是当前核电市场接受度最高的三代核电机型之一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国的跨越。核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用、、分别表示、、核的质量，表示X粒子的质量，c为真空中的光速。以下说法正确的是（）A．X为中子，B．太阳就是一个巨大的铀核裂变反应堆C．上述核反应中放出的核能D．铀块体积必须达到临界体积，有中子通过时，才能发生链式反应【答案】CD【详解】A．由电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子，由质量数守恒知故A错误；B．太阳发生的是轻核聚变，所以太阳是一个巨大的热核反应堆，故B错误；C．由题意知，核反应过程中的质量亏损由质能方程可知，释放的核能故C正确；D．根据链式反应的条件可知，铀块体积必须达到临界体积，有中子通过时，才能发生链式反应，故D正确。故选CD。35．（22-23高二下·云南大理·期中）2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生反应的过程中都伴随着中微子的产生，如核裂变、核聚变、衰变等。下列关于核反应的说法正确的是（）A．衰变为，经过3次衰变、2次衰变B．是衰变方程，是衰变方程C．是核裂变方程，也是原子弹的核反应方程之一D．钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后还剩0.2g未衰变【答案】AC【详解】A．衰变为，经过m次衰变、n次衰变，根据质量数与电荷数守恒有234=222+4m，90=86+2m-n解得m=3，n=2即衰变为，经过3次衰变、2次衰变，故A正确；B．反应方程式是轻核聚变方程，是β衰变方程，故B错误；C．反应方程式是重核裂变方程，也是原子弹的核反应方程之一，故C正确；D．钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后，发生5次衰变，根据故D错误。故选AC。36．（21-22高二下·河南商丘·期末）2021年5月28日，中国的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应的方程为：。已知氘核的质量为，比结合能为E，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（）A．要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的库仑斥力B．反应产物x为C．x核的质量为D．x的比结合能为【答案】AD【详解】A．要发生聚变反应，两个原子核要足够近，故需要克服两氘核间巨大的库仑斥力，故A正确；B．根据质量数守恒和电荷数守恒，可知x的质量数为3，电荷数为2，所以反应产物x应为，故B错误；C．根据爱因斯坦质能方程有则有解得故C错误；D．根据能量守恒定律有解得故D正确。故选AD。37．（22-23高二下·北京东城·期末）我国首艘攻击核潜艇，其核反应堆采用的燃料是铀235，用一个动能约为0.025eV的中子（慢中子）轰击铀235，生成不稳定的铀236，从而再裂变为钡144和氪89，同时放出能量和3个快中子，而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将反应中放出的快中子减速，从而使生成的中子继续撞击其它铀235。有一种减速的方法是使用石墨（碳12）作减速剂，假设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞，则（）

A．该反应的核反应方程式为B．一个速度为v0的快中子与静止的碳原子碰撞一次后，快中子的速度大小约为C．一个动能为的快中子与静止的碳原子碰撞一次后，快中子的动能约为1.25MeVD．若