2025人教高中物理同步講義練習選擇性必修三5.4核裂變與核聚變（含答案）

2025人教高中物理同步講義練習選擇性必修三5.4核裂變與核聚變（含答案）5.4核裂變與核聚變知識點一、核裂變的發(fā)現1．核裂變：鈾核在被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．2．鈾核裂變用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產物是多種多樣的，其中一種典型的反應是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．鏈式反應中子轟擊重核發(fā)生裂變后，裂變釋放的中子繼續(xù)與其他重核發(fā)生反應，引起新的核裂變，使核裂變反應一代接一代繼續(xù)下去，這樣的過程叫作核裂變的反應．4．臨界體積和臨界質量：核裂變物質能夠發(fā)生反應的體積叫作它的臨界體積，相應的質量叫作臨界質量．知識點二、反應堆與核電站1．核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設施是，它主要由以下幾部分組成：(1)燃料：．(2)慢化劑：、和普通水(也叫輕水)．(3)控制棒：為了調節(jié)中子數目以控制反應速度，還需要在鈾棒之間插進一些鎘棒，它吸收的能力很強，當反應過于激烈時，將鎘棒插入一些，讓它多吸收一些，鏈式反應的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作．2．工作原理核燃料發(fā)生釋放的能量使反應區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應堆內外，把反應堆內的傳輸出去，用于，同時也使反應堆冷卻．3．核污染的處理在反應堆的外面需要修建很厚的，用來屏蔽裂變產物放出的各種射線．核廢料具有很強的，需要裝入特制的容器，．核電站的主要部件及作用組成部分材料作用裂變材料(核燃料)濃縮鈾提供核燃料減速劑(慢化劑)石墨、重水或普通水(也叫輕水)使裂變產生的快中子減速控制棒鎘棒吸收中子，控制反應速度熱交換器水或液態(tài)的金屬鈉傳輸熱量防護層厚水泥層防止放射線泄露，對人體及其他生物體造成傷害知識點三、核聚變1．定義：兩個結合成質量較大的核，這樣的核反應叫作核聚變．2．核反應方程：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．條件：使輕核的距離達到m以內．方法：加熱到很高的．4．宇宙中的核聚變：太陽能是太陽內部的氫核成氦核釋放的能．5．人工熱核反應：彈．首先由化學炸藥引爆彈，再由彈爆炸產生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸．6．核聚變與核裂變的比較(1)優(yōu)點：①輕核聚變產能；②地球上核聚變燃料氘和氚的儲量；③輕核聚變更為安全、清潔．(2)缺點：核聚變需要的溫度太，地球上沒有任何容器能夠經受如此高的溫度．解決方案：約束和約束．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個或多個中等質量的原子核，放出核能兩個輕核結合成質量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應比裂變反應平均每個核子放出的能量要大3～4倍關于鏈式反應，下列說法正確的是（）A．只要有中子打入鈾塊，一定能發(fā)生鏈式反應 B．只要是純鈾235，一定能發(fā)生鏈式反應 C．只要時間足夠長，就可以發(fā)生鏈式發(fā)應 D．鈾塊體積超過臨界體積時，一旦中子進入就可以引發(fā)鈾核的鏈式反應原子核反應有廣泛的應用，如用于核電站等，在下列反應中，屬于核裂變反應的是（）A．510B+01n→B．92238U→90234C．714N+24He→D．92235U+01n→關于核電站的核反應堆，下列說法正確的是（）A．利用熱中子是因為熱中子的速度快，增加反應速度 B．在鈾棒的周圍放重水或普通水的目的是冷卻反應堆 C．控制棒通過減速中子達到控制反應速度的目的 D．若核反應劇烈，可將控制棒插入深一些，減慢反應速度如圖所示的鏈式反應中，重核裂變時放出的可以使裂變不斷進行下去的粒子是（）A．中子 B．質子 C．α粒子 D．β粒子（2023春?河南期末）核電站就是利用一座或若干座動力反應堆所產生的熱能來發(fā)電或發(fā)電兼供熱的動力設施。反應堆是核電站的關鍵設備，鏈式裂變反應就在其中進行。以下反應屬于核裂變的是（）A．15B．92C．92D．大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電，氘核聚變反應方程是：12H+12H→23He+A．3.7MeV B．3.3MeV C．2.7MeV D．0.93MeV我國自主研發(fā)的世界首座具有第四代核電特征的核電站——華能石島灣高溫氣冷堆核電站，位于山東省威海市榮成石島灣．第四代核電站強化了防止核擴散等方面的要求，目前處在原型堆技術研發(fā)階段．核電站使用的核燃料有一種典型的鈾核裂變方程是92235U+01n→56144Ba+x1Kr+301n，已知92235U質量為mA．反應方程中x＝36，y＝87 B．該鈾核裂變方程可簡化為92235U→56144Ba+C．一次該核反應釋放的能量為（m1﹣2m2﹣m3﹣m4）c2 D．只有當鈾塊的體積足夠小時才能發(fā)生鏈式反應（多選）關于重核的裂變，以下說法正確的是（）A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量 B．中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈式反應 C．重核裂變釋放出大量能量，產生明顯的質量虧損，但核子數不變 D．重核裂變?yōu)橹械荣|量的核時有質量虧損，放出核能（多選）用中子轟擊92235U原子核，發(fā)生一種可能的裂變反應，其裂變方程為92235U+A．X原子核中含有84個中子 B．反應生成物的總結合能比92235C．X原子核中核子的平均質量比92235D．X原子核中核子的比結合能比92核聚變能是一種具有經濟性能好、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源．近年來，受控核聚變的科學可行性已得到驗證，目前正在突破關鍵技術，最終將建成商用核聚變電站．一種常見的核聚變反應是由氫的同位素氘（又叫重氫）和氚（又叫超重氫）聚合成氦，并釋放一個中子．若已知氘原子的質量為2.0141u，氚原子的質量為3.0160u，氦原子的質量為4.0026u，中子的質量為1.0087u，1u＝1.66×10﹣27kg．（1）寫出氘和氚聚合的反應方程．（2）試計算這個核反應釋放出來的能量．（3）若有1kg的氘核全部聚變，則釋放出多少MeV的能量？以下說法正確的是（）A．聚變是裂變的逆反應 B．如果裂變釋放能量，則聚變反應必定吸收能量 C．聚變必須將反應物加熱至數百萬開爾文以上的高溫，顯然是吸收能量 D．裂變與聚變均可釋放巨大的能量（2022?武功縣一模）一個92235U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應，其裂變方程為92235U+A．X原子核中含有86個中子 B．X原子核中含有141個核子 C．因為裂變時釋放能量，根據E＝mc2，所以裂變后的總質量數增加 D．因為裂變時釋放能量，出現質量虧損，所以生成物的總質量數減少（2023春?和平區(qū)期末）在下列描述核反應的方程中，屬于α衰變的是；屬于裂變的是（填寫序號）。①12H+13H②24He+714N③92238U→90④01n+92235U→34（多選）鈾核裂變時，對于產生鏈式反應的重要因素，下列說法中正確的是（）A．鈾塊的質量是重要因素，與體積無關 B．裂變的鏈式反應是直接利用裂變時產生的中子 C．若鈾235的體積超過它的臨界體積，裂變的鏈式反應就能夠發(fā)生 D．以上說法都不對（多選）關于核反應堆，下列說法正確的是（）A．鈾棒是核燃料，裂變時釋放核能 B．鎘棒的作用是控制反應堆的功率 C．鈾棒的作用是控制反應堆的功率 D．石墨的作用是吸收中子 E．冷卻劑的作用是控制反應堆的溫度和輸出內能（多選）（2023?浙江模擬）核能的利用可以減少碳排放，實現可持續(xù)發(fā)展和氣候變化目標。近日，美國能源部稱，其核聚變“國家點燃實驗設施”向目標輸入了2.05兆焦的能量，產生了3.15兆焦的聚變能量輸出。下列說法正確的是（）A．該核反應的方程可能是92235U+01n→56144B．該核反應需要極高的溫度 C．我國的大亞灣核電站利用了核聚變產生的能量 D．產生3.15兆焦的能量需要3.5×10﹣11kg的質量虧損（2023?福州模擬）2022年，中國新一代“人造太陽”科學研究取得突破性進展，HL﹣2M等離子體電流突破100萬安培，創(chuàng)造了我國可控核聚變裝置運行新紀錄。其中，氫核聚變的核反應方程為12H+13H→24He+X，則X為，已知：12H質量為m1，13H質量為m2，24He質量為m3，X的質量為m4現在的核電站比較廣泛采用的核反應之一是：92235U+01n→60（1）核反應方程中的v是反中微子，它不帶電，質量數為零，試確定生成物鋯（Zr）的電荷數與質量數。（2）已知鈾（U）核的質量為235.0439u，中子質量為1.0087u，釹（Nd）核質量為142.9098u，鋯核質量為89.9047u；又知1u＝1.6606×10﹣27kg．試計算1kg鈾235大約能產生的能量是多少？一個中子轟擊鈾核（92235U）可裂變生成鋇（56141Ba）和氪（3692Kr）．已知（1）寫出鈾裂變反應方程；（2）算出該核反應過程中釋放的核能；（3）計算235g的235U裂變時放出的能量．（NA＝6.02×1023mol﹣1）5.4核裂變與核聚變知識點一、核裂變的發(fā)現1．核裂變：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．2．鈾核裂變用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產物是多種多樣的，其中一種典型的反應是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．鏈式反應中子轟擊重核發(fā)生裂變后，裂變釋放的中子繼續(xù)與其他重核發(fā)生反應，引起新的核裂變，使核裂變反應一代接一代繼續(xù)下去，這樣的過程叫作核裂變的鏈式反應．4．臨界體積和臨界質量：核裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積叫作它的臨界體積，相應的質量叫作臨界質量．知識點二、反應堆與核電站1．核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設施是反應堆，它主要由以下幾部分組成：(1)燃料：鈾棒．(2)慢化劑：石墨、重水和普通水(也叫輕水)．(3)控制棒：為了調節(jié)中子數目以控制反應速度，還需要在鈾棒之間插進一些鎘棒，它吸收中子的能力很強，當反應過于激烈時，將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒．2．工作原理核燃料發(fā)生核裂變釋放的能量使反應區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應堆內外循環(huán)流動，把反應堆內的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應堆冷卻．3．核污染的處理在反應堆的外面需要修建很厚的水泥層，用來屏蔽裂變產物放出的各種射線．核廢料具有很強的放射性，需要裝入特制的容器，深埋地下．核電站的主要部件及作用組成部分材料作用裂變材料(核燃料)濃縮鈾提供核燃料減速劑(慢化劑)石墨、重水或普通水(也叫輕水)使裂變產生的快中子減速控制棒鎘棒吸收中子，控制反應速度熱交換器水或液態(tài)的金屬鈉傳輸熱量防護層厚水泥層防止放射線泄露，對人體及其他生物體造成傷害知識點三、核聚變1．定義：兩個輕核結合成質量較大的核，這樣的核反應叫作核聚變．2．核反應方程：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．條件：使輕核的距離達到10－15m以內．方法：加熱到很高的溫度．4．宇宙中的核聚變：太陽能是太陽內部的氫核聚變成氦核釋放的核能．5．人工熱核反應：氫彈．首先由化學炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸．6．核聚變與核裂變的比較(1)優(yōu)點：①輕核聚變產能效率高；②地球上核聚變燃料氘和氚的儲量豐富；③輕核聚變更為安全、清潔．(2)缺點：核聚變需要的溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經受如此高的溫度．解決方案：磁約束和慣性約束．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個或多個中等質量的原子核，放出核能兩個輕核結合成質量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應比裂變反應平均每個核子放出的能量要大3～4倍關于鏈式反應，下列說法正確的是（）A．只要有中子打入鈾塊，一定能發(fā)生鏈式反應 B．只要是純鈾235，一定能發(fā)生鏈式反應 C．只要時間足夠長，就可以發(fā)生鏈式發(fā)應 D．鈾塊體積超過臨界體積時，一旦中子進入就可以引發(fā)鈾核的鏈式反應【解答】解：發(fā)生鏈式反應的條件：（1）發(fā)生裂變時物質的體積大于等于臨界體積，鏈式反應的發(fā)生條件需滿足鈾塊的大小足夠大，只有當鈾塊足夠大時，裂變產生的中子才有足夠的概率打中某個鈾核，使鏈式反應進行下去，即需使鈾塊體積超過臨界體積，才能發(fā)生鏈式反應，（2）有足夠濃度的鈾235，（3）有足夠數量的慢中子，故D正確，ABC錯誤。故選：D。原子核反應有廣泛的應用，如用于核電站等，在下列反應中，屬于核裂變反應的是（）A．510B+01n→B．92238U→90234C．714N+24He→D．92235U+01n→【解答】解：A、510B+01B、92238U→90234ThC、714N+24D、92235U+01n→故選：D。關于核電站的核反應堆，下列說法正確的是（）A．利用熱中子是因為熱中子的速度快，增加反應速度 B．在鈾棒的周圍放重水或普通水的目的是冷卻反應堆 C．控制棒通過減速中子達到控制反應速度的目的 D．若核反應劇烈，可將控制棒插入深一些，減慢反應速度【解答】解：ABC、因為核裂變產生的是速度很大的快中子，中子速度不能太快，否則會和鈾核擦肩而過，鈾核不能“捉”住它，不能發(fā)生核裂變，所以必須控制好中子的速度，為了使快中子減速，在鈾棒的周圍放重水或者普通水，目的就是起到使中子冷卻達到減速的目的，故ABC錯誤；D、根據核反應堆，控制棒的作用可知，控制棒插入深一些，讓它吸收多中子，中子數減少，反應速率會慢一些，故D正確；故選：D。如圖所示的鏈式反應中，重核裂變時放出的可以使裂變不斷進行下去的粒子是（）A．中子 B．質子 C．α粒子 D．β粒子【解答】解：鏈式反應中，重核裂變時放出的可以使裂變不斷進行下去的粒子是中子，并且一次裂變可以放出多個中子，從而發(fā)生鏈式反應，故A正確，BCD錯誤。故選：A。（2023春?河南期末）核電站就是利用一座或若干座動力反應堆所產生的熱能來發(fā)電或發(fā)電兼供熱的動力設施。反應堆是核電站的關鍵設備，鏈式裂變反應就在其中進行。以下反應屬于核裂變的是（）A．15B．92C．92D．【解答】解：A、β衰變是指一個原子核釋放出一個電子0-1e，此反應釋放出電子，所以是B、α衰變是指一個原子核釋放出一個α粒子，即42He核，此反應釋放出α粒子，所以是C、核裂變是由重的原子核，主要是指鈾核或钚核，分裂成兩個或多個質量較小的原子核的一種核反應形式，此反應是核裂變，故C正確；D、此反應是α粒子轟擊鋁核生成同位素磷，是原子核的人工轉變，故D錯誤。故選：C。大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電，氘核聚變反應方程是：12H+12H→23He+A．3.7MeV B．3.3MeV C．2.7MeV D．0.93MeV【解答】解：因氘核聚變的核反應方程為：12H+12核反應過程中的質量虧損為Δm＝2mH﹣（mHe+mn）＝0.0035u釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.0035uc2＝3.3MeV，故B正確，ACD錯誤；故選：B。我國自主研發(fā)的世界首座具有第四代核電特征的核電站——華能石島灣高溫氣冷堆核電站，位于山東省威海市榮成石島灣．第四代核電站強化了防止核擴散等方面的要求，目前處在原型堆技術研發(fā)階段．核電站使用的核燃料有一種典型的鈾核裂變方程是92235U+01n→56144Ba+x1Kr+301n，已知92235U質量為mA．反應方程中x＝36，y＝87 B．該鈾核裂變方程可簡化為92235U→56144Ba+C．一次該核反應釋放的能量為（m1﹣2m2﹣m3﹣m4）c2 D．只有當鈾塊的體積足夠小時才能發(fā)生鏈式反應【解答】解：A、根據核反應遵循的質量數守恒和電荷數守恒可得x＝（92+0﹣56）＝36，y＝235+1﹣144﹣1×3＝89，故A錯誤；B、該鈾核裂變反應需要中子與鈾核發(fā)生反應才能進行，故裂變方程中的中子不能抵消，故B錯誤；C、發(fā)生一次該核反應虧損的質量為Δm＝m1﹣2m2﹣m3﹣m4，釋放的能量為ΔE＝Δmc2＝（m1﹣2m2﹣m3﹣m4）c2，故C正確；D、鈾核裂變，只有當鈾塊的體積大于等于其臨界體積時，才能發(fā)生鏈式反應，故D錯誤．故選：C。（多選）關于重核的裂變，以下說法正確的是（）A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量 B．中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈式反應 C．重核裂變釋放出大量能量，產生明顯的質量虧損，但核子數不變 D．重核裂變?yōu)橹械荣|量的核時有質量虧損，放出核能【解答】解：A、由于裂變的過程中有質量虧損，會釋放能量，所以裂變時釋放的能量大于俘獲中子時得到的能量，故A錯誤；B、根據鏈式反應的條件可知，鈾塊體積必須達到臨界體積，有慢中子通過時才能發(fā)生鏈式反應，故B錯誤；C、重核裂變釋放出大量的能量，產生明顯的質量虧損，但核子數不變，故C正確；D、根據對原子核的分析可知，重核的比結合能小于中等質量核的比結合能，所以重核裂變成中等質量核時，要放出核能，有質量虧損，故D正確。故選：CD。（多選）用中子轟擊92235U原子核，發(fā)生一種可能的裂變反應，其裂變方程為92235U+A．X原子核中含有84個中子 B．反應生成物的總結合能比92235C．X原子核中核子的平均質量比92235D．X原子核中核子的比結合能比92【解答】解：A、由核反應方程的質量數守恒和電荷數守恒可知：X原子核中含有92﹣38＝54個質子，235+1﹣94﹣2﹣54＝86個中子，故A錯誤；B、裂變反應中，質量虧損，釋放核能，說明生成的原子核更加穩(wěn)定，即往比結合能大的方向反應，所以反應生成物的總結合能比92C、裂變反應中，質量虧損，釋放核能，說明生成的原子核更加穩(wěn)定，即X原子核中核子的平均質量比23592D、23592U裂變的過程中釋放能量，則23592故選：CD。核聚變能是一種具有經濟性能好、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源．近年來，受控核聚變的科學可行性已得到驗證，目前正在突破關鍵技術，最終將建成商用核聚變電站．一種常見的核聚變反應是由氫的同位素氘（又叫重氫）和氚（又叫超重氫）聚合成氦，并釋放一個中子．若已知氘原子的質量為2.0141u，氚原子的質量為3.0160u，氦原子的質量為4.0026u，中子的質量為1.0087u，1u＝1.66×10﹣27kg．（1）寫出氘和氚聚合的反應方程．（2）試計算這個核反應釋放出來的能量．（3）若有1kg的氘核全部聚變，則釋放出多少MeV的能量？【解答】解：（1）核反應過程質量數與核電荷數守恒，核反應方程式為：12H+13（2）核反應過程的質量虧損：Δm＝[（2.0141u+3.0160u）﹣（4.0026u+1.0087u）]＝0.0188u＝3.12×10﹣29kg，核反應產生的核能：ΔE＝Δmc2＝2.8×10﹣12J；（3）1kg氘核有原子核數：N＝1000/2×6.02×1023＝3.01×1026個全部聚變釋放出能量：E＝N×ΔE＝5.27×1026MeV；以下說法正確的是（）A．聚變是裂變的逆反應 B．如果裂變釋放能量，則聚變反應必定吸收能量 C．聚變必須將反應物加熱至數百萬開爾文以上的高溫，顯然是吸收能量 D．裂變與聚變均可釋放巨大的能量【解答】解：A、聚變和裂變的反應物和生成物完全不同，兩者無直接關系，并非互為逆反應，故A錯誤；BCD、實現聚變反應必須使參加反應的輕核充分接近，需要數百萬開爾文的高溫，但聚變反應一旦實現，所釋放的能量遠大于所吸收的能量，所以聚變反應還是釋放能量，裂變與聚變均可釋放巨大的能量，故BC錯誤，D正確；故選：D。（2022?武功縣一模）一個92235U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應，其裂變方程為92235U+A．X原子核中含有86個中子 B．X原子核中含有141個核子 C．因為裂變時釋放能量，根據E＝mc2，所以裂變后的總質量數增加 D．因為裂變時釋放能量，出現質量虧損，所以生成物的總質量數減少【解答】解：AB、根據電荷數守恒、質量數守恒知，X的質量數為140，電荷數為54，則中子數為86，核子數為140，故A正確，B錯誤。CD、在裂變的過程中，有能量釋放，根據愛因斯坦質能方程知，裂變后的總質量小于反應前的質量，但是質量數守恒，故C、D錯誤。故選：A。（2023春?和平區(qū)期末）在下列描述核反應的方程中，屬于α衰變的是③；屬于裂變的是④（填寫序號）。①12H+13H②24He+714N③92238U→90④01n+92235U→34【解答】解：α衰變是指原子核釋放出一個α粒子，即氦核42He，所以屬于α裂變是由較重的原子核，主要是鈾核或钚核，分裂成較輕的原子核的一種核反應，所以屬于裂變的是④答：③；④。（多選）鈾核裂變時，對于產生鏈式反應的重要因素，下列說法中正確的是（）A．鈾塊的質量是重要因素，與體積無關 B．裂變的鏈式反應是直接利用裂變時產生的中子 C．若鈾235的體積超過它的臨界體積，裂變的鏈式反應就能夠發(fā)生 D．以上說法都不對【解答】解：鈾235發(fā)生裂變的條件是有中子轟擊，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，即鈾235發(fā)生裂變的鏈式反應是直接用裂變時產生的快中子，產生鏈式反應的條件是中子再生率大于1，因此超過它的臨界體積，裂變的鏈式反應就能夠發(fā)生，故AD錯誤，BC正確。故選：BC。（多選）關于核反應堆，下列說法正確的是（）A．鈾棒是核燃料，裂變時釋放核能 B．鎘棒的作用是控制反應堆的功率 C．鈾棒的作用是控制反應堆的功率 D．石墨的作用是吸收中子 E．冷卻劑的作用是控制反應堆的溫度和輸出內能【解答】解：A、在核反應堆中，鈾棒是核燃料，裂變時放出能量，故A正確；BC、鎘棒吸收中子的能力很強，作用是調節(jié)中子數目以控制反應速度，即控制反應堆的功率，故B正確，C錯誤；D、慢中子最容易引發(fā)鈾核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進行減速，石墨的作用是使中子減速，故D錯誤；E、水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應堆內外循環(huán)流動，把反應堆內的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應堆冷卻，控制溫度，故E正確。故選：ABE。（多選）（2023?浙江模擬）核能的利用可以減少碳排放，實現可持續(xù)發(fā)展和氣候變化目標。近日，美國能源部稱，其核聚變“國家點燃實驗設施”向目標輸入了2.05兆焦的能量，產生了3.15兆焦的聚變能量輸出。下列說法正確的是（）A．該核反應的方程可能是92235U+01n→56144B．該核反應需要極高的溫度 C．我國的大亞灣核電站利用了核聚變產生的能量 D．產生3.15兆焦的能量需要3.5×10﹣11kg的質量虧損【解答】解：A．92B．核聚變需要極高的溫度，才能使原子核接近到核力作用的范圍，故B正確；C．我國的大亞灣核電站利用了核裂變產生的能量而非核聚變產生的能量，故C錯誤；D．根據質能方程ΔE＝Δmc2可得Δm=ΔE故D正確。故選：BD。（2023?福州模擬）2022年，中國新一代“人造太陽”科學研究取得突破性進展，HL﹣2M等離子體電流突破100萬安培，創(chuàng)造了我國可控核聚變裝置運行新紀錄。其中，氫核聚變的核反應方程為12H+13H→24He+X，則X為中子，已知：12H質量為m1，13H質量為m2，24He質量為m3，X的質量為m4，光速c，則該核反應釋放的核能大小為（m1+m2?m3?m【解答】解：粒子X的質量數：m＝2+3﹣4＝1核電荷數：z＝1+1﹣2＝0，所以X是中子根據愛因斯坦質能方程可得核反應所釋放核能的表達式為：（m1+m2?m3?m4）c2故答案為：中子；（m1+m2?m3?m4）c2?，F在的核電站比較廣泛采用的核反應之一是：92235U+01n→60（1）核反應方程中的v是反中微子，它不帶電，質量數為零，試確定生成物鋯（Zr）的電荷數與質量數。（2）已知鈾（U）核的質量為235.0439u，中子質量為1.0087u，釹（Nd）核質量為142.9098u，鋯核質量為89.9047u；又知1u＝1.6606×10﹣27kg．試計算1kg鈾235大約能產生的能量是多少？【解答】解：（1）核反應過程中質量數和電荷守恒，則可知鋯的電荷數Z＝92﹣60+8＝40，質量數A＝236﹣（143+3）＝90，核反應方程中應用符號40（2）1kg鈾235的核數為n=1000235.0439×6.02×1不考慮核反應中生成的電子質量，一個鈾核反應發(fā)生的質量虧損為Δm＝0.212u1kg鈾235完全裂變放出的能量約為E＝nΔmc2＝2.56×1024×0.212×1.6606×10﹣27×（3.0×108）2＝8.12×1013J。一個中子轟擊鈾核（92235U）可裂變生成鋇（56141Ba）和氪（3692Kr）．已知（1）寫出鈾裂變反應方程；（2）算出該核反應過程中釋放的核能；（3）計算235g的235U裂變時放出的能量．（NA＝6.02×1023mol﹣1）【解答】解：（1）核反應方程為：92235U+（2）根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2可以求出釋放能量為：ΔE＝Δmc2＝0.2153×930MeV＝2×102MeV；（3）235g鈾235的摩爾數為：n=235235g鈾235個數為N＝nNA＝1×6.02×1023個＝6.02×1023個；因此235g鈾235完全裂變時釋放的能量E＝6.02×1023×2.153×102MeV≈1.3×1026MeV。5.5“基本”粒子知識點一、“基本”粒子1．人們認為光子、電子、和中子是組成物質的不可再分的最基本的粒子，把它們叫作“基本粒子”．2．隨著科學的發(fā)展，科學家們發(fā)現很多新粒子不能看作由質子、、電子組成，并發(fā)現、中子等本身也有自己的復雜的結構．3、發(fā)現新粒子1932年發(fā)現了，1937年發(fā)現了μ子,1947年發(fā)現了K介子和π介子，后來發(fā)現了超子等．知識點二、粒子的分類1．強子：是(填“參與”或“不參與”)強相互作用的粒子．和都是強子．2．輕子：(填“參與”或“不參與”)強相互作用．、電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已發(fā)現的輕子．3．規(guī)范玻色子：是各種相互作用的粒子，如，中間玻色子(W和Z玻色子)、膠子．4．希格斯玻色子：是希格斯場的量子激發(fā)．知識點三、夸克與粒子物理標準模型1．夸克、夸克模型：1964年，美國科學家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認為強子由更基本的成分組成，這種成分叫作．2．粒子物理標準模型是一整套關于的理論．其中，、、和是組成物質的幾類最基本的粒子．新粒子的發(fā)現及分類1．新粒子的發(fā)現發(fā)現時間1932年1937年1947年20世紀60年代后新粒子反粒子μ子K介子與π介子超子基本特點質量、壽命、自旋等物理性質與對應粒子相同，而電荷等其他性質相反比質子的質量小質量介于電子與質子之間質量比質子大2.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現的粒子備注強子參與強相互作用質子、中子等強子有內部結構，由“夸克”構成輕子不參與強相互作用電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未發(fā)現內部結構規(guī)范玻色子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子等光子傳遞電磁相互作用，中間玻色子傳遞弱相互作用，膠子傳遞強相互作用希格斯玻色子是希格斯場的量子激發(fā)（2023?嘉定區(qū)二模）現在科學家們正在設法探尋“反物質”，所謂“反物質”是由“反粒子”構成的，“反粒子”與其對應的正粒子有相同的質量和相同的電荷量，但電荷符號相反。據此，若有反α粒子，它的質量數和電荷數分別為（）A．﹣4，﹣2 B．4，﹣2 C．﹣4，2 D．4，2太陽放出的大量中微子向地球飛來，但實驗測定的數目只有理論的三分之一，后來科學家發(fā)現中微子在向地球傳播的過程中衰變成一個μ子和一個ξ子。若在衰變過程中μ子的速度方向與中微子的速度方向一致，則ξ子的運動方向（）A．一定與μ子的方向相同 B．一定與μ子的方向相反 C．一定與μ子在同一直線上 D．不一定與μ子在同一直線上1953年萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用在β衰變中產生的中微子與水中11H的核反應，間接證實了幾乎沒有質量且不帶電的中微子的存在。中微子與水中的11H發(fā)生核反應的方程式為：中微子A．-10e B．01n C．1目前普遍認為，原子核中的質子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的，u夸克帶電荷量為+23eA．質子由1個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成 B．質子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成 C．質子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成 D．質子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和1個d夸克組成氚核發(fā)生β衰變除了產生β粒子和新核外，還會產生質量數和電荷數都是0的反中微子Ve．若氚核在云室中發(fā)生β衰變后，產生的反中微子和β粒子的運動方向在同一條直線上，設反中微子的動量為P1，β粒子動量為P2，則。（）A．上述核反應方程為13H+01n→B．β粒子在云室中穿過會留下清晰的路徑，此體現了粒子的波動性 C．氚核內部某個中子轉變?yōu)橘|子時，會向外發(fā)射β粒子 D．新核的動量為P1﹣P2（2022?天津模擬）按照夸克模型，質子、中子都是由上夸克和下夸克這兩種夸克組成，上夸克帶電荷量為+23e，下夸克帶電荷量為-1如圖所示，中子內有一個電荷量為+23eA．ker2 B．ke3r2 （多選）按照現代的粒子理論，可以將粒子分為三大類：媒介子、輕子和強子，質子和中子屬于強子。強子是由更基本的粒子﹣﹣夸克組成。根據夸克理論，夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇夸克、璨夸克、底夸克和頂夸克．它們的帶電量分別為±13e或±2A．上夸克的電荷量為+23e B．下夸克的電荷量為-C．上夸克的電荷量為-23e D．下夸克的電荷量為質子和中子是由更基本的粒子即所謂“夸克”組成的．兩個強作用電荷相反（類似于正負電荷）的夸克在距離很近時幾乎沒有相互作用（稱為“漸近自由”）；在距離較遠時，它們之間就會出現很強的引力（導致所謂“夸克禁閉”）．作為一個簡單的模型，設這樣的兩夸克之間的相互作用力F與它們之間的距離r的關系為：F=0，0＜r＜r1-F0，r1≤r≤rA．B． C．D．放射性物質已經廣泛應用于工農業(yè)生產中，對放射性的應用，下列說法不正確的是（）A．放射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，所以人體可以經常照射 B．對放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進行處理 C．射線探傷儀中的放射源必須存放在特制容器里，而不能隨意放置 D．對可能產生放射性污染的場所或物品進行檢測是很有必要的一個質子由兩個u夸克和一個d夸克組成。一個夸克的質量是7.1×10﹣30kg，求兩個夸克相距1.0×10﹣16m時的萬有引力約為（）已知萬有引力常量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一個質子由兩個u夸克和一個d夸克組成。一個夸克的質量是7.1×10﹣30kg，則兩個夸克相距1.0×10﹣16m時的萬有引力約為（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已經證實質子、中子都是由上夸克和下夸克的兩種夸克組成的，上夸克帶電為23e，下夸克帶電為-13e，e為電子所帶電荷量的大小，即質子所帶電荷量。如果質子是由三個夸克組成的，且各個夸克之間的距離都為L，三個夸克組成等邊三角形。L＝1.5×10﹣15m，靜電力常量K＝9.0×109Nm2/c2①畫出質子的三個夸克的組成圖形，夸克用小圓圈表示，并在每個夸克旁標出該夸克所帶電量；②計算質子內每相鄰兩個夸克之間的靜電力。5.5“基本”粒子知識點一、“基本”粒子1．人們認為光子、電子、質子和中子是組成物質的不可再分的最基本的粒子，把它們叫作“基本粒子”．2．隨著科學的發(fā)展，科學家們發(fā)現很多新粒子不能看作由質子、中子、電子組成，并發(fā)現質子、中子等本身也有自己的復雜的結構．3、發(fā)現新粒子1932年發(fā)現了正電子，1937年發(fā)現了μ子,1947年發(fā)現了K介子和π介子，后來發(fā)現了超子等．知識點二、粒子的分類1．強子：是參與(填“參與”或“不參與”)強相互作用的粒子．質子和中子都是強子．2．輕子：不參與(填“參與”或“不參與”)強相互作用．電子、電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已發(fā)現的輕子．3．規(guī)范玻色子：是傳遞各種相互作用的粒子，如光子，中間玻色子(W和Z玻色子)、膠子．4．希格斯玻色子：是希格斯場的量子激發(fā)．知識點三、夸克與粒子物理標準模型1．夸克、夸克模型：1964年，美國科學家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認為強子由更基本的成分組成，這種成分叫作夸克．2．粒子物理標準模型是一整套關于粒子的理論．其中，夸克、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子是組成物質的幾類最基本的粒子．新粒子的發(fā)現及分類1．新粒子的發(fā)現發(fā)現時間1932年1937年1947年20世紀60年代后新粒子反粒子μ子K介子與π介子超子基本特點質量、壽命、自旋等物理性質與對應粒子相同，而電荷等其他性質相反比質子的質量小質量介于電子與質子之間質量比質子大2.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現的粒子備注強子參與強相互作用質子、中子等強子有內部結構，由“夸克”構成輕子不參與強相互作用電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未發(fā)現內部結構規(guī)范玻色子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子等光子傳遞電磁相互作用，中間玻色子傳遞弱相互作用，膠子傳遞強相互作用希格斯玻色子是希格斯場的量子激發(fā)（2023?嘉定區(qū)二模）現在科學家們正在設法探尋“反物質”，所謂“反物質”是由“反粒子”構成的，“反粒子”與其對應的正粒子有相同的質量和相同的電荷量，但電荷符號相反。據此，若有反α粒子，它的質量數和電荷數分別為（）A．﹣4，﹣2 B．4，﹣2 C．﹣4，2 D．4，2【解答】解：α粒子是質量數為4，帶2個單位正電荷，所以反α粒子，它的質量數為4，電荷為﹣2，故B正確，ACD錯誤。故選：B。太陽放出的大量中微子向地球飛來，但實驗測定的數目只有理論的三分之一，后來科學家發(fā)現中微子在向地球傳播的過程中衰變成一個μ子和一個ξ子。若在衰變過程中μ子的速度方向與中微子的速度方向一致，則ξ子的運動方向（）A．一定與μ子的方向相同 B．一定與μ子的方向相反 C．一定與μ子在同一直線上 D．不一定與μ子在同一直線上【解答】解：中微子轉化為一個μ子和一個ξ子過程中動量守恒，已知μ子的運動方向與中微子原來的方向一致，由于不知中微子和μ子的動量大小，所以只能得出ξ子的運動方向與中微子方向在同一直線上，可能與中微子同向也可能反向，故C正確、ABD錯誤。故選：C。1953年萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用在β衰變中產生的中微子與水中11H的核反應，間接證實了幾乎沒有質量且不帶電的中微子的存在。中微子與水中的11H發(fā)生核反應的方程式為：中微子A．-10e B．01n C．1【解答】解：根據質量數守恒、電荷數守恒，可知中微子的質量數為：1+0＝1，電荷數為1+（﹣1）＝0，故10故選：B。目前普遍認為，原子核中的質子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的，u夸克帶電荷量為+23eA．質子由1個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成 B．質子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成 C．質子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成 D．質子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和1個d夸克組成【解答】解：由質子帶一個單位正電荷，中子不帶電，設質子中u夸克、d夸克個數分別是x、y，x、y取正整數，則x×23e+解得x＝2、y＝1；設中子中u夸克d夸克個數分別是m、n，m、n取正整數。m×（23e）+n×（解得m＝1、n＝2，故選：B。氚核發(fā)生β衰變除了產生β粒子和新核外，還會產生質量數和電荷數都是0的反中微子Ve．若氚核在云室中發(fā)生β衰變后，產生的反中微子和β粒子的運動方向在同一條直線上，設反中微子的動量為P1，β粒子動量為P2，則。（）A．上述核反應方程為13H+01n→B．β粒子在云室中穿過會留下清晰的路徑，此體現了粒子的波動性 C．氚核內部某個中子轉變?yōu)橘|子時，會向外發(fā)射β粒子 D．新核的動量為P1﹣P2【解答】解：A、根據質量數與質子數守恒，則氚發(fā)生β衰變的衰變方程：13H→B、β粒子在云室中穿過會留下清晰的徑跡，體現出實物粒子的粒子性，故B錯誤；C、β衰變中生成的電子是一個中子轉化為一個質子同時生成一個電子，這種轉化產生的電子發(fā)射到核外，就是β粒子，故C正確；D、衰變過程中動量守恒，0＝P1+P2+P；所以新核的動量大小為P＝﹣P1﹣P2，故D錯誤；故選：C。（2022?天津模擬）按照夸克模型，質子、中子都是由上夸克和下夸克這兩種夸克組成，上夸克帶電荷量為+23e，下夸克帶電荷量為-1【解答】解：根據質子帶電量為+e，且有三個夸克組成，所以一個質子內部包含兩個上夸克，一個下夸克。相鄰兩個上夸克之間的靜電力為F1＝k(23e)相鄰上夸克和下夸克之間的靜電力F2＝k23e×13答：相鄰兩個上夸克之間的靜電力為46N；相鄰上夸克和下夸克之間的靜電力為23N。如圖所示，中子內有一個電荷量為+23eA．ker2 B．ke3r2 【解答】解：由點電荷的場強決定式可知，B、C處兩個下夸克在O點的電場強度大小均為E=kQr2，方向夾角120°，合場強沿AO方向，大小為E=kQr2，A處的上夸克在O點的電場強度同樣沿AO方向，大小為13故選：A。（多選）按照