2025新課改-高中物理-選修第3冊（10講）09A人工核反基礎版人工核反一、人工核反1．核反應⑴原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程，稱為核反應。⑵重要的人工核反應第一次實現原子核的人工轉變：（發現質子的核反應）第一次人工制造放射性同位素：發現中子的核反應：2．核裂變與核聚變⑴重核的裂變①重核分裂成質量較小的核，釋放出核能的反應，稱為裂變。②鈾核的裂變：（是氪）③在一定條件下，由重核裂變產生的中子，再引起新的裂變，就能使核裂變反應不斷地進行下去。這種由重核裂變產生的中子使核裂變一代接一代繼續下去的過程，叫做核裂變的鏈式反應。裂變物質的體積是鏈式反應能否進行的重要因素。只有當體積足夠大時，裂變產生的中子才有足夠的概率打中新原子核，使鏈式反應進行下去。通常把裂變物質能夠發生鏈式反應的最小體積叫做它的臨界體積，相應的質量叫做臨界質量。⑵核聚變①兩個輕核結合成質量較大的核，這樣的核反應叫做核聚變。②典型的聚變反應：③要使輕核發生聚變，必須使它們的距離達到以內，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們接近這種程度，必須克服巨大的庫侖斥力。有一種辦法是把它們加熱到很高的溫度。當物質的溫度達到幾百萬開爾文時，劇烈的熱運動使得一部分原子核具有足夠的動能，可以克服庫侖斥力，碰撞時十分接近，發生聚變。因此，聚變又叫熱核反應。④聚變與裂變相比有很多優點。第一，輕核聚變產能效率高；第二，地球上聚變燃料的儲量豐富；第三，輕核聚變更為安全清潔。典例精講【例2.1】（2019春?濱州月考）近代物理的知識，在現代科學技術研究中，有非常廣泛的應用。下列有關應用說法正確的是（）A．工業上常用α射線來控制軋鋼廠生產的鋼板的厚度 B．核電站能量來源是氫核聚變反應 C．體檢時常做X射線透視，故X射線不可能傷害人體 D．用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的傷害【分析】X射線，它是由原子中的內層電子發射的，有較強的穿透性，可以了透視人體等，對人體有一定的傷害。γ射線是波長從10﹣10～10﹣14米的電磁波。這種不可見的電磁波是從原子核內發出來的，放射性物質或原子核反應中常有這種輻射伴隨著發出；γ射線的穿透力很強，對生物的破壞力很大。【解答】解：A、γ射線的穿透性較強，工業上常用γ射線來控制軋鋼廠生產的鋼板的厚度。故A錯誤；B、核電站的能量來源于重核的裂變。故B錯誤；C、X射線對人體有一定的傷害。故C錯誤；D、γ射線對人體有一定的傷害，用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的傷害。故D正確故選：D。【例2.2】（2019?包河區校級模擬）2018年8月23日，位于廣東省東莞市大朗鎮的國家重大科技基礎設施﹣﹣中國散裂中子源通過國家驗收，正式投入使用。對于有關中子的研究，下面說法正確的是（）A．.中子和其他微觀粒子都具有波粒二象性 B．一個氘核和一個氚核經過核反應后生成氮核和中子是裂變反應 C．盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，發現了質子和中子 D．核反應方程84210P→X+【分析】中子和其他微觀粒子都具有波粒二象性；一個氘核和一個氚核經過核反應后生成氮核和中子是聚變反應而非裂變反應；盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，發現了原子的核式結構；核反應方程84210P→X+【解答】解：A、中子與光子等其他微觀粒子都具有波粒二象性，A項正確；B、一個氘核與一個氚核經過核反應后生成一個氮核與一個中子為聚變反應，故B錯誤；C、盧瑟福通過阿爾法粒子散射實驗提出了原子核式結構模型，盧瑟福通過氦核轟擊氮核得到氧核和質子發現了質子，查德威克發現了中子，故C錯誤；D、由核反應規律中質量數守恒和物質守恒知中子數為124，故D錯誤；故選：A。【例2.3】（2019春?虹口區校級期中）鏈式反應發生的條件是（）A．中子的再生率要小于1 B．中子的再生率要不大于1 C．燃料塊的體積不能小于臨界體積 D．燃料塊的體積不能大于臨界體積【分析】鏈式反應發生的條件是：（1）中子的再生率要大于1，（2）燃料塊的體積不能小于臨界體積。【解答】解：鏈式反應發生的條件是：（1）中子的再生率要大于1，（2）燃料塊的體積不能小于臨界體積。故ABD錯誤，C正確。故選：C。【例2.4】（2019?攸縣模擬）2018年11月12日中科院等離子體物理研究所發布消息：全超導托克馬克裝置EAST在實驗中有了新的突破，等離子體中心電子溫度達到1億攝氏度；其主要核反應方程為：①12H+12H→23He+X②A．X是質子 B．Y是氚核 C．X與Y是同位素 D．①②兩個核反應都屬于裂變反應【分析】根據質量數守恒、電荷數守恒判斷X和和Y的種類，這兩個方程都是聚變。【解答】解：A、根據質量數守恒、電荷數守恒可知X是中子，故A錯誤；B、對第二個方程，根據質量數守恒、電荷數守恒可知Y是氚核，故B正確；C、X是中子，Y是氚核，X與Y不是同位素，故C錯誤；D、①②兩個核反應都屬于聚變反應，故D錯誤。故選：B。隨堂練習一．選擇題（共10小題）1．（2019?武漢模擬）據悉我國第四代反應堆﹣釷基熔鹽堆能源系統（TMSR）研究已獲重要突破。該反應堆以釷為核燃料，釷俘獲一個中子后經過若干次β衰變轉化成鈾；軸的一種典型裂變產物是鋇和氪，同時釋放巨大能量。下列說法正確的是（）A．釷核90232Th有90個中子，142個質子B．鈾核裂變的核反應方程為92233U+01n→56142Ba+C．放射性元素衰變的快慢與核內部自身因素無關，由原子所處的化學狀態和外部條件決定 D．.重核分裂成中等大小的核，核子的比結合能減小2．（2019春?靈丘縣期末）“核反應堆”是通過可控的鏈式反應實現核能釋放的，核燃料是鈾棒，在鈾棒周圍要放“慢化劑”快中子和慢化劑中的碳原子核碰撞后，中子能量減少，變為慢中子。碳核的質量是中子的12倍，假設中子與碳核是彈性正碰，而且認為碰撞前中子動能是E0，碳核都是靜止的，則下列說法錯誤的是（）A．鏈式反應是指由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續下去的過程 B．鎘棒的作用是與鈾棒發生化學反應，消耗多余的鈾原子核，從而達到控制核反應速度的目的 C．經過一次碰撞中子失去的動能為48169E0D．在反應堆的外面修建很厚的水泥防護層的目的是屏蔽裂變產物放出的各種射線3．（2019?廣東模擬）下列說法正確的是（）A．輕核的聚變可以在常溫下自發地完成 B．原子核發生一次β衰變，原子的質量數增加1 C．235#/DEL/#92#/DEL/#U+1#/DEL/#0#/DEL/#n→D．溫度升高，放射性元素的衰變周期變短4．（2018秋?南關區校級月考）鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質量差不多的碎塊，這類核反應定名為核裂變.1947年中國科學家錢三強、何澤慧在實驗中觀察到鈾核也可能分裂為三部分或四部分，其概率大約是分裂為兩部分的概率的千分之三。關于鈾核的裂變，下列說法不正確的是（）A．裂變的產物不是唯一的 B．裂變的同時能放出2～3個或更多個中子 C．裂變能夠釋放巨大能量，每個核子平均釋放的能量在裂變反應中比在聚變反應中的大 D．裂變物質達到一定體積（即臨界體積）時，鏈式反應才可以持續下去5．（2018春?廣元期末）在核能的利用中，有這樣一個反應：92235U吸收一個慢中子后，分解成54139Xe和A．一個α粒子 B．一個氘核 C．三個中子 D．兩個中子6．（2018秋?醴陵市校級月考）目前，科學家正在研究太空電站，即地球同步軌道上的太陽能電站，其示意圖如圖所示。下列說法中錯誤的是（）A．太陽能來自太陽內部的核聚變 B．太陽能收集板將太陽能轉化為電能 C．利用微波傳輸，實現了“無纜輸電” D．以地面接收站為參照物，太陽能電站是運動的7．（2018秋?河東區校級期中）貝可勒爾在120年前首先發現了天然放射現象，如今原子核的放射性在眾多領域中有著廣泛應用。下列屬于核聚變的是（）A．12H+13H→24B．24He+1327Al→1530C．614C→714N+D．92235U+01n→53131I8．（2018春?湖北期末）通過核反應可以釋放核能。關于核反應12A．此核反應過程為ɑ衰變 B．此核反應生成物中x為電子 C．此核反應中釋放的能量為24HeD．此核反應在超高溫和高壓下才易實現9．（2016春?張家口校級月考）關于輕核聚變釋放核能，下列說法正確的是（）A．一次聚變反應一定比一次裂變反應釋放的能量多 B．聚變反應比裂變反應每個核子釋放的平均能量一定大 C．聚變反應中粒子的結合能變大 D．聚變反應中由于形成質量較大的核，故反應后質量增加10．（2011?重慶模擬）質子一質子循環發生的核反應被認為是恒星能量的一種可能來源，具體的一個循環過程是這樣的：兩個質子（11H）發生聚變，生成一個氘核（12H），生成的氘核（12H）再與一個質子（11H）聚變生成一個氦核（23He），接下來兩個氦核（23He）發生聚變，生成氦的同位素（24A．兩個質子（11H）發生聚變，可表示為：11H+11H→1B．兩個質子（11H）發生聚變：可表示為：11H+11C．一個完整的質子﹣質子循環核反應可表示為：311H→23He+D．一個完整的質子﹣質子循環核反應可表示為：611H→24He+2二．多選題（共3小題）11．（2019春?橋東區校級月考）能源是社會發展的基礎，發展核能是解決能源問題的途徑之一。下列釋放核能的反應方程中，表述正確的是（）A．24He+1327Al→1530B．13H+11H→24C．919F+11H→816O+D．92235U+01n→3890Sr12．（2019?杭州一模）如圖是涉及不同物理知識的四幅圖，下列說法正確的是（）A．圖甲中，低頻扼流圈的作用是“通高頻阻低頻 B．圖乙中，康普頓效應說明了光子具有波動性 C．圖丙中，發生β衰變時粒子在原子核中產生的方程為01n→11H+D．圖丁中，軸塊的大小是圖中鏈式反應能否進行的重要因素13．（2017春?汕頭期末）太陽內部持續不斷地發生著4個質子聚變為1個氦核的熱核反應，這個核反應釋放出的大量能量就是太陽的能源（）A．核反應方程式為411H→24He+21B．由方程式可知，這個反應屬于衰變反應 C．由方程式可知，這個反應屬于裂變反應 D．由此可知，太陽的質量在不斷減小三．解答題（共2小題）14．（2015春?楊浦區校級期中）如圖是發現某種粒子的實驗，這種新粒子的原子核符號是，它是由預言了它的存在，并由查德威克通過實驗發現的。15．一個氘核和一個氚核發生聚變，放出一個中子和17.6MeV的能量．計算2克氘和3克氚聚變放出的能量，并寫出核反應方程．

隨堂練習參考答案與試題解析一．選擇題（共10小題）1．（2019?武漢模擬）據悉我國第四代反應堆﹣釷基熔鹽堆能源系統（TMSR）研究已獲重要突破。該反應堆以釷為核燃料，釷俘獲一個中子后經過若干次β衰變轉化成鈾；軸的一種典型裂變產物是鋇和氪，同時釋放巨大能量。下列說法正確的是（）A．釷核90232Th有90個中子，142個質子B．鈾核裂變的核反應方程為92233U+01n→56142Ba+C．放射性元素衰變的快慢與核內部自身因素無關，由原子所處的化學狀態和外部條件決定 D．.重核分裂成中等大小的核，核子的比結合能減小【分析】根據原子核的特點分析；半衰期由核內部自身因素決定，與外界因素無關；根據裂變的特點分析。【解答】解：A、釷核90232B、根據質量數守恒與電荷數守恒可知，鈾核裂變的核反應方程為92233U+01n→56142BaC、原子核的半衰期由核內部自身因素決定，與原子所處的化學狀態和外部條件無關，因而可根據半衰期來推斷年輪，故C錯誤；D、重核裂變的過程中釋放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核子的比結合能增大。故D錯誤；故選：B。2．（2019春?靈丘縣期末）“核反應堆”是通過可控的鏈式反應實現核能釋放的，核燃料是鈾棒，在鈾棒周圍要放“慢化劑”快中子和慢化劑中的碳原子核碰撞后，中子能量減少，變為慢中子。碳核的質量是中子的12倍，假設中子與碳核是彈性正碰，而且認為碰撞前中子動能是E0，碳核都是靜止的，則下列說法錯誤的是（）A．鏈式反應是指由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續下去的過程 B．鎘棒的作用是與鈾棒發生化學反應，消耗多余的鈾原子核，從而達到控制核反應速度的目的 C．經過一次碰撞中子失去的動能為48169E0D．在反應堆的外面修建很厚的水泥防護層的目的是屏蔽裂變產物放出的各種射線【分析】鏈式反應是指由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續下去的過程；鎘棒的作用是吸收中子；根據彈性碰撞滿足動量守恒定律和機械能守恒定律，可以求出經過一次碰撞中子失去的動能；在反應堆的外面修建很厚的水泥防護層的目的是屏蔽裂變產物放出的各種射線。【解答】解：A、鏈式反應是指由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續下去的過程。故A正確；B、鎘棒的作用是吸收中子，從而達到控制核反應速度的目的。故B錯誤；C、中子和碳核彈性碰撞滿足動量守恒定律和機械能守恒定律，碰撞后碳核動量的增量等于中子失去的動能，中子的初動能E0=根據“一動碰一靜”模型，碰撞后碳核的速度大小：v2=2m1m1+D、在反應堆的外面修建很厚的水泥防護層的目的是屏蔽裂變產物放出的各種射線。故D正確；本題選錯誤的，故選：B。3．（2019?廣東模擬）下列說法正確的是（）A．輕核的聚變可以在常溫下自發地完成 B．原子核發生一次β衰變，原子的質量數增加1 C．235#/DEL/#92#/DEL/#U+1#/DEL/#0#/DEL/#n→D．溫度升高，放射性元素的衰變周期變短【分析】輕核聚變需在非常高的溫度下完成；根據衰變的實質判斷原子核質量數的變化；根據反應的類型確定是什么反應；放射性元素的半衰期由原子核內部因素決定，與所處的物理環境和化學狀態無關。【解答】解：A、輕核聚變需在非常高的溫度下完成，故A錯誤。B、原子核發生一次β衰變，原子核的質量數不變，電荷數增加1，故B錯誤。C、235#/DEL/#92#/DEL/#U+1#/DEL/#0#/DEL/#D、放射性元素的半衰期與溫度無關，故D錯誤。故選：C。4．（2018秋?南關區校級月考）鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質量差不多的碎塊，這類核反應定名為核裂變.1947年中國科學家錢三強、何澤慧在實驗中觀察到鈾核也可能分裂為三部分或四部分，其概率大約是分裂為兩部分的概率的千分之三。關于鈾核的裂變，下列說法不正確的是（）A．裂變的產物不是唯一的 B．裂變的同時能放出2～3個或更多個中子 C．裂變能夠釋放巨大能量，每個核子平均釋放的能量在裂變反應中比在聚變反應中的大 D．裂變物質達到一定體積（即臨界體積）時，鏈式反應才可以持續下去【分析】鈾235發生裂變的條件是有慢速中子轟擊，重核裂變時用中子轟擊重核，產生多個中子，中子又會撞擊重核，產生更多的中子，使裂變不斷進行下去，這就是鏈式反應。【解答】解：AB、鈾核受到中子的轟擊，會引起裂變，裂變的產物是多種多樣的，具有極大的偶然性，但裂變成兩塊的情況多，也有的分裂成多塊，并放出2～3個或更多個中子，故A正確，B正確；C、裂變能夠釋放巨大能量，每個核子平均釋放的能量在裂變反應中比在聚變反應中的小，故C不正確。D、要引起鏈式反應，需使鈾塊體積超過臨界體積，故D正確。本題選不正確的，故選：C。5．（2018春?廣元期末）在核能的利用中，有這樣一個反應：92235U吸收一個慢中子后，分解成54139Xe和A．一個α粒子 B．一個氘核 C．三個中子 D．兩個中子【分析】寫出核反應方程式，根據電荷數守恒、質量數守恒得出粒子的種類與數目。【解答】解：根據電荷數守恒、質量數守恒，寫出核反應方程式：92235U+01n→54可知放出粒子X的電荷數為0，質量數為3，可知放出的粒子為301故ABD錯誤，C正確。故選：C。6．（2018秋?醴陵市校級月考）目前，科學家正在研究太空電站，即地球同步軌道上的太陽能電站，其示意圖如圖所示。下列說法中錯誤的是（）A．太陽能來自太陽內部的核聚變 B．太陽能收集板將太陽能轉化為電能 C．利用微波傳輸，實現了“無纜輸電” D．以地面接收站為參照物，太陽能電站是運動的【分析】太陽能來自太陽內部的核聚變反應；太陽能收集板把太陽能轉化為電能；太陽能收集板利用微波把電能傳遞到地面，實現了無纜輸電；太陽能電站位于地球同步軌道，相對于地面靜止。【解答】解：A、太陽能來自太陽內部的核聚變反應，故A正確；B、太陽能收集板把太陽能轉化為電能，故B正確；C、太陽能收集板利用微波把電能傳遞到地面，實現了無纜輸電，故C正確；D、太陽能電站位于地球同步軌道，相對于地面靜止，故D錯誤；本題選錯誤的，故選：D。7．（2018秋?河東區校級期中）貝可勒爾在120年前首先發現了天然放射現象，如今原子核的放射性在眾多領域中有著廣泛應用。下列屬于核聚變的是（）A．12H+13H→24B．24He+1327Al→1530C．614C→714N+D．92235U+01n→53131I【分析】聚變是輕核聚變為質量大的核，裂變為重核分裂為中等質量的核。【解答】解：因四個核反應方程中，A為核聚變，B為人工核反應方程，C為β衰變方程，D為核裂變，則A正確，BCD錯誤故選：A。8．（2018春?湖北期末）通過核反應可以釋放核能。關于核反應12A．此核反應過程為ɑ衰變 B．此核反應生成物中x為電子 C．此核反應中釋放的能量為24HeD．此核反應在超高溫和高壓下才易實現【分析】聚變是質量輕的核結合成質量大的核，釋放大量的能量，相比核聚變而言放出的更多的能量，并且生成物不具有放射性，污染較小，但是反應不易發生，反應條件要求較為苛刻，需要高溫高壓狀態下才能進行。【解答】解：A、該核反應為輕核聚變反應，故A錯誤；B、根據質量數守恒和電荷數守恒可知x為中子01C、設氘核、氚核、氦核、中子的質量分別為m1、m2、m3、m4，真空中的光速為c，根據質能方程可知此核反應中釋放的能量△E＝（m1+m2﹣m3﹣m4）c2，而24He的結合能E等于把24He核拆開成單獨核子所需要的最小能量，故此核反應中釋放的能量不是D、輕核聚變能放出巨大的能量，但反應條件要求較為苛刻，需要高溫高壓狀態下才能發生，故D正確。故選：D。9．（2016春?張家口校級月考）關于輕核聚變釋放核能，下列說法正確的是（）A．一次聚變反應一定比一次裂變反應釋放的能量多 B．聚變反應比裂變反應每個核子釋放的平均能量一定大 C．聚變反應中粒子的結合能變大 D．聚變反應中由于形成質量較大的核，故反應后質量增加【分析】核聚變都是氘核和氚核進行的核聚變反應，所有的核聚變都可以根據愛因斯坦質能方程求釋放的能量【解答】解：AB、在一次聚變反應中釋放的能量不一定比裂變反應多，但平均每個核子釋放的能量一定大，故A錯誤，B正確；CD、由于聚變反應中釋放出巨大能量，則比結合能一定增加，質量發生虧損，并非結合能增加，故CD錯誤。故選：B。10．（2011?重慶模擬）質子一質子循環發生的核反應被認為是恒星能量的一種可能來源，具體的一個循環過程是這樣的：兩個質子（11H）發生聚變，生成一個氘核（12H），生成的氘核（12H）再與一個質子（11H）聚變生成一個氦核（23He），接下來兩個氦核（23He）發生聚變，生成氦的同位素（24A．兩個質子（11H）發生聚變，可表示為：11H+11H→1B．兩個質子（11H）發生聚變：可表示為：11H+11C．一個完整的質子﹣質子循環核反應可表示為：311H→23He+D．一個完整的質子﹣質子循環核反應可表示為：611H→24He+2【分析】解答本題的關鍵是理解書寫核反應方程的原則：質量數和電荷數守恒。【解答】解：由題意可知兩個質子（11H）發生聚變反應的產物之一為12H，故根據質量數和電荷數守恒可知該反應為：11H+11將題中敘述的幾個反應結合可得：411H→24He+2故選：A。二．多選題（共3小題）11．（2019春?橋東區校級月考）能源是社會發展的基礎，發展核能是解決能源問題的途徑之一。下列釋放核能的反應方程中，表述正確的是（）A．24He+1327Al→1530B．13H+11H→24C．919F+11H→816O+D．92235U+01n→3890Sr【分析】核裂變是一個原子核分裂成幾個原子核的變化，只有一些質量非常大的原子核才能發生核裂變；核聚變的過程與核裂變相反，是幾個原子核聚合成一個原子核的過程，只有較輕的原子核才能發生核聚變；不穩定核自發地放出射線而轉變為另一種原子核的現象，稱為衰變。【解答】解：A，方程式為人工核轉變的方程，在轉化過程中有中子釋放，故A正確；B，反應方程屬于氫核的聚變，不是人工核轉變，故B錯誤；C，質量較小的核聚集成質量較大的核是聚變反應，不是α衰變，故C錯誤；D，核裂變是一個原子核分裂成幾個原子核的變化，質量非常大的原子核才能發生核裂變，故D正確；故選：AD。12．（2019?杭州一模）如圖是涉及不同物理知識的四幅圖，下列說法正確的是（）A．圖甲中，低頻扼流圈的作用是“通高頻阻低頻 B．圖乙中，康普頓效應說明了光子具有波動性 C．圖丙中，發生β衰變時粒子在原子核中產生的方程為01n→11H+D．圖丁中，軸塊的大小是圖中鏈式反應能否進行的重要因素【分析】低頻扼流圈的作用是“通高頻阻低頻“；康普頓效應說明了光子具有粒子性；發生β衰變時中子變成質子，粒子在原子核中產生的方程為01n→11H軸塊達到一定體積才可發生鏈式反應。【解答】解：A、低頻扼流圈的作用是“通高頻阻低頻“則A正確B、康普頓效應說明了光子具有粒子性，則B錯誤C、發生β衰變時中子變成質子，粒子在原子核中產生的方程為01n→11HD、軸塊達到一定體積才可發生鏈式反應，則D正確故選：ACD。13．（2017春?汕頭期末）太陽內部持續不斷地發生著4個質子聚變為1個氦核的熱核反應，這個核反應釋放出的大量能量就是太陽的能源（）A．核反應方程式為411H→24He+21B．由方程式可知，這個反應屬于衰變反應 C．由方程式可知，這個反應屬于裂變反應 D．由此可知，太陽的質量在不斷減小【分析】根據電荷數守恒、質量數守恒得出X的電荷數和質量數，從而確定X為何種粒子．根據質量虧損，通過愛因斯坦質能方程求出釋放的核能．【解答】解：A、根據電荷數守恒、質量數守恒得，4個質子聚變為1個氦核的核反應方程式為411H→24He+2B、C、該反應的過程中是質量數比較小的質子生成質量數比較大的氦核的過程，屬于輕核的聚變。故B錯誤，C錯誤；D、由于該反應的過程中釋放大量的能量，這一部分分能量是由虧損的質量轉化而來，所以可知太陽的質量在不斷減小，故D正確。故選：AD。三．解答題（共2小題）14．（2015春?楊浦區校級期中）如圖是發現某種粒子的實驗，這種新粒子的原子核符號是01n，它是由盧瑟福預言了它的存在，并由查德威克通過實驗發現的。【分析】根據電荷數守恒、質量數守恒寫出核反應方程式，從而判斷粒子種類。盧瑟福預言了中子的存在。【解答】解：1919年盧瑟福首先做了用α粒子轟擊氮核的實驗，在實驗中發現了質子，并預言了中子的存在；1930年查德威克發現中子，核反應方程應該遵循質量數守恒和電荷數守恒，核反應方程為：49Be+24He→6其中產生的不可見粒子為中子，符號為：01至此，人們確認了原子核是由質子和中子組成的，并將這兩種粒子統稱為核子；故答案為：0115．一個氘核和一個氚核發生聚變，放出一個中子和17.6MeV的能量．計算2克氘和3克氚聚變放出的能量，并寫出核反應方程．【分析】①根據質量數守恒和電荷數守恒寫出核反應方程，并確定新核的種類．②先求解出質量虧損，再根據愛因斯坦質能方程求解出方程的核能．【解答】解：根據質量數守恒，新核的質量數：m＝2+3﹣1＝4根據電荷數守恒，新核的電荷數：z＝1+1﹣0＝2所以新核是氦核，核反應方程式為：12H2克氘的物質的量是1mol，3克氚的物質的量也是1mol，所以它們一起產生1mol的氦核，放出的熱量是：△E=E0答：2克氘和3克氚聚變放出的能量是1.06×1025MeV，該核反應方程是：12H人工核反一、人工核反1．核反應⑴原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程，稱為核反應。⑵重要的人工核反應第一次實現原子核的人工轉變：（發現質子的核反應）第一次人工制造放射性同位素：發現中子的核反應：2．核裂變與核聚變⑴重核的裂變①重核分裂成質量較小的核，釋放出核能的反應，稱為裂變。②鈾核的裂變：（是氪）③在一定條件下，由重核裂變產生的中子，再引起新的裂變，就能使核裂變反應不斷地進行下去。這種由重核裂變產生的中子使核裂變一代接一代繼續下去的過程，叫做核裂變的鏈式反應。裂變物質的體積是鏈式反應能否進行的重要因素。只有當體積足夠大時，裂變產生的中子才有足夠的概率打中新原子核，使鏈式反應進行下去。通常把裂變物質能夠發生鏈式反應的最小體積叫做它的臨界體積，相應的質量叫做臨界質量。⑵核聚變①兩個輕核結合成質量較大的核，這樣的核反應叫做核聚變。②典型的聚變反應：③要使輕核發生聚變，必須使它們的距離達到以內，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們接近這種程度，必須克服巨大的庫侖斥力。有一種辦法是把它們加熱到很高的溫度。當物質的溫度達到幾百萬開爾文時，劇烈的熱運動使得一部分原子核具有足夠的動能，可以克服庫侖斥力，碰撞時十分接近，發生聚變。因此，聚變又叫熱核反應。④聚變與裂變相比有很多優點。第一，輕核聚變產能效率高；第二，地球上聚變燃料的儲量豐富；第三，輕核聚變更為安全清潔。典例精講【例2.1】（2019春?平頂山期末）我國核聚變反應研究的科學裝置“人造太陽”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達到1億度，為人類開發利用核聚變能源奠定了重要的技術基礎。下列關于聚變的說法正確的是（）A．核裂變比核聚變更為安全、清潔 B．任何兩個原子核都可以發生聚變 C．兩個輕核結合成質量較大的核，總質量較聚變前增加 D．兩個輕核結合成質量較大的核，核子的比結合能增加【分析】輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔，原子核在聚變時釋放出巨大的能量，出現質量虧損，比結合能增加。【解答】解：A、與裂變相比輕核聚變輻射極少，廢物容易處理，更為安全、清潔，故A錯誤B、自然界中最容易實現的聚變反應是氫的同位素﹣﹣氘與氚的聚變，不是任意的原子核就能發生核聚變，故B錯誤；C、兩個輕核結合成質量較大的核，平均質量減小，則總質量較聚變前減小，出現質量虧損，結合時放出能量，故C錯誤；D、兩個輕核結合成質量較大的核，放出能量，總的結合增加，則核子的比結合能增加，故D正確。故選：D。【例2.2】（2019?凱里市校級模擬）關于核反應，下列選項正確的是（）A．1124Na→1224Mg+B．12H+13H→C．92235U+01n→54140Xe+D．92235U+01n→3692Kr【分析】根據質量數守恒與電荷數守恒判斷核反應的產物；依據β衰變的本質；根據輕核聚變和重核裂變概念，即可求解。【解答】解：A、核反應是β衰變，故A錯誤；B、根據輕核聚變可知B選項中X是中子，故B錯誤；C、核反應方程是重核裂變，故C正確；D、根據核反應方程遵循核電荷數守恒和質量數守恒可知D選項中x＝3，故D錯誤。故選：C。【例2.3】（2019?朝陽區一模）一個鈾核（92235U）發生裂變，核反應方程是92235U+01n→A．X是電子，裂變過程放出能量 B．X是中子，裂變過程放出能量 C．X是電子，裂變過程吸收能量 D．X是中子，裂變過程吸收能量【分析】根據質量數守恒與電荷數守恒即可判斷出X中的質子數與中子數；根據質量虧損，結合愛因斯坦質能方程求出釋放的能量。鈾核裂變放出的能量很高，反應前后質量數守恒，有質量虧損。【解答】解：根據質量數守恒，則X的質量數：3m＝235+0﹣89﹣144＝3；根據核電荷數守恒，得：z＝92+1﹣36﹣56＝0；可知X是中子；在核反應的過程中，質量數是守恒的，但質量出現虧損，那么裂變過程放出能量，故ACD錯誤，B正確；故選：B。【例2.4】（2019春?虹口區校級期中）關于我國已建成的秦山和大亞灣核電站，下面說法正確的是（）A．它們都是利用核裂變釋放的核能 B．它們都是利用核聚變釋放的核能 C．一座利用核裂變釋放的核能，一座利用核聚變釋放的核能 D．以上說法都不對【分析】我國已建成的秦山和大亞灣核電站都是利用核裂變釋放的核能。【解答】解：我國已建成的秦山和大亞灣核電站都是利用核裂變釋放的核能。故BCD錯誤，A正確。故選：A。【例2.5】（2019春?金華期末）“核反應堆”是通過可控的鏈式反應實現核能的釋放。如圖所示核燃料是鈾，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，快中子和慢化劑中的碳原子核磁撞后，中子能量減少變為慢中子。碳核的質量是中子的12倍，假設中子與碳核是彈性正碰，且認為磁撞前碳核都是靜止的，則（）A．鈾核裂變的核反應是92238U→5692Ba+3692B．鎘棒的作用是與鈾棒發生化學反應，消耗多余的鈾原子核，從而達到控制核反應速度的目的 C．由于中子相對碳核質量很小，經過一次碰撞，中子將失去絕大部分動能 D．鈾（92238U）經過多次α、β衰變形成穩定的鉛（82【分析】鎘棒的作用是吸收中子。中子與碳核是彈性正碰，由動量守恒定律和動能守恒求碰后中子的速度，從而求得中子失去的動能。根據兩種衰變的特點以及質量數守恒和電荷數守恒判斷。【解答】解：A、鈾核吸收一個慢中子后才能發生鏈式反應，該核反應方程中，等號兩側的中子不能約掉。故A錯誤；B、核反應堆中，鎘棒的作用是吸收中子，以控制反應速度，故B錯誤；C、取碰撞前中子的速度方向為正方向，根據動量守恒有：mv0＝mv1+12mv2依據能量守恒有：1聯立可得：v所以中子損失的動能為：△Ek=1D、鈾（92235U）經過衰變形成穩定的鉛（82206Pb）的過程中，需經過238?2064=8次α衰變和6次故選：CD。隨堂練習一．選擇題（共6小題）1．（2019?安陽二模）下列說法正確的是（）A．92238U→90234B．12H+13H→C．92235U+01n→54136D．714N+242．（2019?海淀區模擬）托卡馬克（Tokamak）是一種復雜的環形裝置，結構如圖所示。環心處有一歐姆線圈，四周是一個環形真空室，真空室外部排列著環向場線圈和極向場線圈。當歐姆線圈中通以變化的電流時，在托卡馬克的內部會產生巨大的渦旋電場，將真空室中的等離子體加速，從而達到較高的溫度。再通過其他方式的進一步加熱，就可以達到核聚變的臨界溫度。同時，環形真空室中的高溫等離子體形成等離子電流，與極向場線圈、環向場線圈共同產生磁場，在真空室區域形成閉合磁籠，將高溫等離子體約束在真空室中，有利于核聚變的進行。已知真空室內等離子體中帶電粒子的平均動能與等離子體的溫度T成正比，下列說法正確的是（）A．托卡馬克裝置中核聚變的原理和目前核電站中核反應的原理是相同的 B．極向場線圈和環向場線圈的主要作用是加熱等離子體 C．歐姆線圈中通以恒定電流時，托卡馬克裝置中的等離子體將不能發生核聚變 D．為了約束溫度為T的等離子體，所需要的磁感應強度B必須正比于溫度T3．（2019春?杜集區校級月考）目前核電站所用核燃燒主要是濃縮鈾92235U發生裂變反應，一種可能的裂變方程為92235U+01n→XA．X原子核中含有86個中子 B．因為裂變釋放能量，出現質量虧損，所以裂變后總質量數減少 C．92235U是天然放射性元素，半衰期約為7億年，隨著地球環境的不斷變化，半衰期可能變短D．現已建成的核電站的能量也有利用熱核聚變4．（2017?湘潭模擬）下列說法中正確的是（）A．利用α射線可發現金屬制品中的裂紋 B．92235UC．在溫度達到107K時，12H能與1D．一束C60分子通過雙縫裝置后會出現干涉圖樣，證明分子也會象光波一樣表現出波動性5．（2014?福清市校級模擬）秦山核電站是我國自行設計建造的第一座核電站。該核電站核反應堆的工作原理主要是基于（）A．同位素衰變 B．人工核轉變 C．輕核聚變 D．重核裂變6．（2012秋?長壽區校級月考）太陽發光原理可以簡化為411H→24He+210e，10eA．一對正負電子湮滅生成一對γ光子，即產生電磁波導致太陽發光 B．理論上γ光子的頻率為2meC．太陽發光是聚變反應，炙熱的太陽火球是等離子體 D．太陽在它的氫即將耗盡后就由主序星步入紅巨星階段，內核仍然繼續燃燒剩余的氫，氦不參與反應二．多選題（共3小題）7．（2019?宿州一模）為了保護綠水青山，我國大力發展核能等清潔能源。下列關于核反應說法正確的是（）A．238#/DEL/#92#/DEL/#U→234#/DEL/#B．238#/DEL/#92#/DEL/#U+0#/DEL/#1#/DEL/#n→C．目前核電站都是利用重核裂變產生的核能 D．核電站產生的核廢料都不具有放射性8．（2018春?集寧區校級期末）以下有關近代物理內容的幾種說法中正確的是（）A．重核的裂變過程質量增大，輕核的聚變過程有質量虧損 B．太陽輻射的能量主要來自太陽內部的熱核反應 C．若使放射性物質的溫度升高，其半衰期可能變小 D．用14eV光子照射位于基態的氫原子，可使其電離9．（2016春?云南校級期末）下列說法正確的是（）A．92238U→90234Th+B．11H+12H→23C．無論光強多強，只要光的頻率小于極限頻率就不能產生光電效應 D．無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產生光電效應三．計算題（共1小題）10．（2017秋?南木林縣校級月考）一靜止的鈾核92232U（原子質量為232.0372u）放出一個帶電粒子（原子質量為4.0026u）后衰變成釷核90（1）寫出該過程的衰變方程；（2）求該衰變過程中放出的核能（1u相當于931MeV，結果保留2位有效數字）四．解答題（共2小題）11．（2019春?洮北區校級期末）一個靜止的鈾核90232U（原子質量為232.0372u）放出一個α粒子（原子質量為4.0026u）后衰變成釷核90228Th（原子質量為228.0287u）。（已知原子質量單位1u＝1.67×10①寫出鈾核的衰變反應方程；②算出該衰變反應中釋放出的核能；③若釋放的核能全部轉化為新核的動能，則α粒子的動能為多少？12．（2013?聊城一模）原子核聚變可望給人類未來提供豐富潔凈的能源．當氘等離子體被加熱到適當高溫時，氘核參與的幾種聚變反應可能發生，放出能量．這幾種反應的總效果可以表示為612H→k24He+d①該反應方程中的k＝，d＝；②質量虧損為kg．

隨堂練習參考答案與試題解析一．選擇題（共6小題）1．（2019?安陽二模）下列說法正確的是（）A．92238U→90234B．12H+13H→C．92235U+01n→54136D．714N+24【分析】重核裂變是質量數較大的核裂變為質量中等的核，聚變是質量數較小的和轉化為質量較大的核，在轉化過程中質量數和電荷數都守恒。【解答】解：A、核反應方程92238U→90234Th+24He，放出的是B、12H+13C、裂變是重核吸收一個慢中子后分裂成兩個或兩個以上的中等質量的原子和的過程，根據質量數守恒與電荷數守恒可知，裂變方程中裂變的核反應可能為92235U+01n→54D、核反應方程：714N+24故選：C。2．（2019?海淀區模擬）托卡馬克（Tokamak）是一種復雜的環形裝置，結構如圖所示。環心處有一歐姆線圈，四周是一個環形真空室，真空室外部排列著環向場線圈和極向場線圈。當歐姆線圈中通以變化的電流時，在托卡馬克的內部會產生巨大的渦旋電場，將真空室中的等離子體加速，從而達到較高的溫度。再通過其他方式的進一步加熱，就可以達到核聚變的臨界溫度。同時，環形真空室中的高溫等離子體形成等離子電流，與極向場線圈、環向場線圈共同產生磁場，在真空室區域形成閉合磁籠，將高溫等離子體約束在真空室中，有利于核聚變的進行。已知真空室內等離子體中帶電粒子的平均動能與等離子體的溫度T成正比，下列說法正確的是（）A．托卡馬克裝置中核聚變的原理和目前核電站中核反應的原理是相同的 B．極向場線圈和環向場線圈的主要作用是加熱等離子體 C．歐姆線圈中通以恒定電流時，托卡馬克裝置中的等離子體將不能發生核聚變 D．為了約束溫度為T的等離子體，所需要的磁感應強度B必須正比于溫度T【分析】托卡馬克裝置中核反應原理是核聚變，歐姆線圈中的變化的電流會在托卡馬克內部產生渦旋電場，使等離子體加速，使得平均動能增大，溫度升高。而極向場線圈產生的極向磁場控制等離子體截面形狀和位置平衡，環向場線圈產生的環向磁場保證等離子體的宏觀整體穩定性，極向磁場和環向磁場共同約束等離子體。【解答】解：A、目前核電站中核反應的原理是核裂變，與托卡馬克裝置中核聚變的原理不同，故A錯誤。B、歐姆線圈中的變化的電流會在托卡馬克內部產生渦旋電場，使等離子體加速，平均動能增大，溫度升高。而極向場線圈產生的極向磁場控制等離子體截面形狀和位置平衡，環向場線圈產生的環向磁場保證等離子體的宏觀整體穩定性，極向磁場和環向磁場共同約束等離子體。故B錯誤。C、當歐姆線圈中通以恒定電流時，周圍產生的磁場是恒定的，不能產生渦旋電場，對等離子體加熱，不能達到較高溫度，使核聚變發生。故C正確。D、材料中沒有提到磁感應強度B與溫度的關系，不能確定，故D錯誤。故選：C。3．（2019春?杜集區校級月考）目前核電站所用核燃燒主要是濃縮鈾92235U發生裂變反應，一種可能的裂變方程為92235U+01n→XA．X原子核中含有86個中子 B．因為裂變釋放能量，出現質量虧損，所以裂變后總質量數減少 C．92235U是天然放射性元素，半衰期約為7億年，隨著地球環境的不斷變化，半衰期可能變短D．現已建成的核電站的能量也有利用熱核聚變【分析】在核反應過程中，質量數和電荷數守恒，據此求出X的核電荷數與質量數；在裂變過程中，質量數守恒，由于存在質量虧損，質量并不守恒。【解答】解：A、設X的原子核中含有x個質子，質量數為y，根據電荷數和質量數守恒有：92＝x+38，235+1＝y+94+2，解得x＝54，y＝140，所以X的中子數為：y﹣x＝86，故A正確；B、裂變反應過程中質量數守恒，質量數不會減小，裂變過程存在質量有虧損，釋放能量，質量減小，故B錯誤；C、半衰期由原子核本身較多，與外界因素無關，故C錯誤；D、現已建成的核電站的能量，是利用重核的裂變反應，不是熱核聚變反應，故D錯誤。故選：A。4．（2017?湘潭模擬）下列說法中正確的是（）A．利用α射線可發現金屬制品中的裂紋 B．92235UC．在溫度達到107K時，12H能與1D．一束C60分子通過雙縫裝置后會出現干涉圖樣，證明分子也會象光波一樣表現出波動性【分析】α射線的穿透能力最弱，不能用α射線檢查金屬制品的裂紋；重核裂變不能自發進行；輕核聚變釋放能量；實物粒子的干涉圖樣，說明實物粒子具有波動性．【解答】解：A、α射線的穿透能力最弱，不能用α射線檢查金屬制品的裂紋。故A錯誤。B、鈾核裂變屬于重核裂變，不能自發進行。故B錯誤。C、在溫度達到107K時，12H能與D、一束C60分子通過雙縫裝置后會出現干涉圖樣，證明分子也會象光波一樣表現出波動性。故D正確。故選：D。5．（2014?福清市校級模擬）秦山核電站是我國自行設計建造的第一座核電站。該核電站核反應堆的工作原理主要是基于（）A．同位素衰變 B．人工核轉變 C．輕核聚變 D．重核裂變【分析】核電站是利用核能發電，利用了核裂變原理。【解答】解：核電站發電是利用重核裂變原理，故D正確。故選：D。6．（2012秋?長壽區校級月考）太陽發光原理可以簡化為411H→24He+210e，10eA．一對正負電子湮滅生成一對γ光子，即產生電磁波導致太陽發光 B．理論上γ光子的頻率為2meC．太陽發光是聚變反應，炙熱的太陽火球是等離子體 D．太陽在它的氫即將耗盡后就由主序星步入紅巨星階段，內核仍然繼續燃燒剩余的氫，氦不參與反應【分析】太陽的能量來自于內部的核聚變；太陽內部進行的核反應是氫原子核聚變成氦原子核；【解答】解：A、一對正負電子湮滅生成一對γ光子，即產生電磁波導致太陽發光，故A正確；B、γ光子的質量為零，兩個電子湮滅，則釋放能量為E＝2mec2，放出兩個光子，每個光子的能量E＝mec2，且E＝hγ，則：γ光子的頻率為γ=mC、太陽發光是聚變反應，炙熱的太陽火球是等離子體，故C正確；D、太陽在它的氫即將耗盡后就由主序星步入紅巨星階段，內核仍然繼續燃燒剩余的氫，將由氦和其它較重元素的核反應維持其能源，D正確；本題選錯誤的，故選：B二．多選題（共3小題）7．（2019?宿州一模）為了保護綠水青山，我國大力發展核能等清潔能源。下列關于核反應說法正確的是（）A．238#/DEL/#92#/DEL/#U→234#/DEL/#B．238#/DEL/#92#/DEL/#U+0#/DEL/#1#/DEL/#n→C．目前核電站都是利用重核裂變產生的核能 D．核電站產生的核廢料都不具有放射性【分析】聚變是質量輕的核結合成質量大的核；裂變反應是質量大的核分裂成質量小的核；重核裂變和輕核聚變，都釋放能量，而裂變產生核廢料都具有放射性。【解答】解：A、238#/DEL/#92#/DEL/#U→234B、裂變反應是質量大的核分裂成質量小的核，那么238#/DEL/#92#/DEL/#U+0#/DEL/#1#/DEL/#C、目前核電站利用的是重核裂變釋放的核能，故C正確；D、核電站產生的核廢料都具有放射性，故D錯誤。故選：BC。8．（2018春?集寧區校級期末）以下有關近代物理內容的幾種說法中正確的是（