1、第 4、5 节 核裂变与核聚变、“基本”粒子 课堂检测 1.推理是研究和学习物理的一种重要方法，正电子、负质子、反中子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子、中子相比较，质量相等，电荷量相等，电性相反（中子和反中子都不带电）。科学家已经发现反氦原子（已知氦原子核中有两个质子和两个中子）。你推测反氦原子的结构可能是()A.由两个带负电的质子和两个带正电的电子构成 B.由两个带负电的质子、两个电子和两个中子构成 C.由两个质子、两个电子和两个中子构成 D.由两个带负电的质子、两个带正电的电子和两个不带电的中子构成 答案：解析：组成反氦原子的粒子与组成氦原子的粒子应具有相同的质量，相等的电荷量但电性
2、相反，据此分析可知反氦原子可能由两个带负电的质子（反质子）、两个带正电的电子（正电子）和两个不带电的中子构成。2.（2021 广西柳州高三一模）2020 年 1 月 10 日，工程院院士黄旭华获得国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出了巨大贡献，下列说法正确的是()A.核潜艇的核反应也叫热核反应 B.原子弹中铀或钚的质量可小于临界质量 C.核潜艇的核反应堆是利用镉棒控制核反应速度 D.核聚变和核裂变都能放出核能，故一切核反应都应放出核能 答案：解析：核潜艇的核反应是重核裂变，不属于热核反应，故 项错误；发生链式反应的条件是裂变物质的体积必须大于等于临界体积，或裂变物质的质量必须大于
3、等于临界质量，故原子弹中铀或钚元素的质量必须大于等于临界质量，故 项错误；核潜艇的核反应堆是利用镉棒控制核反应速度，故 项正确；重核裂变和轻核聚变都有质量亏损，均向外界释放核能，但并不是一切核反应都能释放核能，故 项错误。3.（2021 江西南昌进贤一中高三开学考试）铀核裂变的产物是多样的，一种典型的情形是生成钡和氪，同时放出 3 个中子，核反应方程是 ，以下说法正确的是()A.该反应质量数守恒，没有质量亏损 B.的中子数比 的多 91 个 C.的比结合能比 的大 D.的结合能比 的大 答案：解析：核反应质量数守恒，但此反应释放核能，有质量亏损，故 项错误；的中子数为 ，中子数为 88，中子数
4、相差 55，故 项错误；重核裂变生成物的原子核更稳定，比结合能更大，故 项错误；核子数越多，结合能越大，则 的结合能比 的大，故 项正确。4.（2021 山东胶州实验中学高三月考）海水中含有丰富的氘，氘是核聚变的重要原料，两个氘核以相同的动能 发生正碰，并发生核聚变，聚变后产生氦 3 并释放一个粒子，粒子 的动能为 ，若核反应释放的核能全部转化为动能，则()A.为质子 B.氦 3 和 粒子动量相同 C.氦 3 的动能为 D.释放的核能为 答案：解析：根据质量数和电荷数守恒，可以写出该聚变反应方程式 ，可知 为中子，故 项错误；氦 3 和 粒子动量大小相等，方向相反，故 项错误；根据 ，得 ，由
5、 可知 ，故 项正确；释放的核能 ，故 项错误。素养视角 教材拓展 夸克模型 夸克的提出 1964 年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的 特性 在粒子物理的标准模型中，夸克是唯一一种能经受全部四种基本相互作用（电磁、引力、强相互作用及弱相互作用）的基本粒子。夸克具有“紧闭”性，不能以自由的状态单个出现 夸克的种类 夸克有 6 种，它们是上夸克 、下夸克 、奇异夸克 、粲夸克 、底夸克 和顶夸克 夸克的电荷 夸克所带的电荷量是分数电荷量，其电荷量为元电荷的 或 。例如，上夸克带的电荷量为 ，下夸克带的电荷量为 意义 电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷 素养演
6、练 1.下列关于夸克模型的说法错误的是()A.强子是由更基本的夸克组成的 B.夸克的电荷量分别为元电荷的 或 C.每种夸克都有对应的反夸克 D.夸克能以自由的状态单个出现 答案：解析：夸克不能以自由的状态单个出现。2.（多选）已知 介子、介子都是由一个夸克（夸克 或夸克）和一个反夸克（反夸克 或反夸克 ）组成的，它们的带电荷量如表所示，表中 为元电荷。粒子 带电荷量 下列说法正确的是()A.由 和 组成 B.由 和 组成 C.由 和 组成 D.由 和 组成 答案：;解析：因 介子带有 的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，夸克 带 的电荷量，反夸克 带 电荷量，那么 介子就是由夸克 和反
7、夸克 组成的；同理，介子由夸克 和反夸克 组成，所以、两项正确。课时评价作业 见学用作业本145 页 基础达标练 1.以下说法正确的是()A.最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子 B.质子、中子、介子和超子都属于强子 C.强子、轻子都有内部结构 D.子质量比核子质量大，子不属于轻子 答案：解析：最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，故 项错误；强子有内部结构，由夸克组成，轻子没有内部结构，所以 项错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，子质量比核子质量大，但仍属于轻子，项正确，项错误。2.（2021 河北唐山第十一中学高三开学考试）太阳能热水器采用全玻璃真空太阳能集热技术，太阳能是
8、由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是()A.B.C.D.答案：解析：热核反应是氘和氚发生的聚变。3.如图是慢中子反应堆的示意图，下列对该反应堆的说法中正确的是()A.铀 235 容易吸收快中子发生裂变反应 B.快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀 235 俘获而引起裂变反应 C.控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些 D.要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些 答案：解析：在核反应堆中，慢中子容易被铀 235 俘获发生裂变反应；快
9、中子跟慢化剂中的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；在核电站中，通过控制棒吸收中子多少来控制反应速度。4.（2021 河北邯郸高三期末）2020 年 11 月 27 日 00 时 41 分，华龙一号全球首堆中核集团福清核电 5 号机组首次并网成功，经现场确认，该机组各项技术指标均符合设计要求，机组状态良好，并创造了全球第三代核电首堆建设的最佳业绩。这标志着中国打破了国外核电技术垄断，正式进入核电技术先进国家行列，以下关于核能的有关说法正确的是()A.华龙一号发电的核能是利用轻核聚变 B.华龙一号发电的核能是利用重核裂变 C.重核裂变过程中释放核能是因为新核的比结合能小 D.轻核聚变过程中释放核能
10、是因为新核核子的平均质量大 答案：解析：目前核电站都是利用重核裂变释放的能量，裂变之所以释放核能是因为新核的比结合能大于原来重核的比结合能；同理，轻核聚变过程释放能量是因为新核核子的平均质量小于原来核子的平均质量。5.对于氢弹的有关描述，下列说法正确的是()A.氢弹爆炸的原理是核聚变 B.目前核电站的工作原理与氢弹相同 C.低温能延长放射性元素的半衰期 D.核聚变的主要反应物是高能的质子和电子 答案：解析：氢弹爆炸的原理是核聚变，目前核电站的工作原理是核裂变。6.1 个铀 235 吸收 1 个中子发生核反应时，大约放出 的能量，则 纯铀 235 完全发生核反应放出的能量为（为阿伏加德罗常数）(
11、)A.B.C.D.答案：解析：铀 235 的物质的量为 ，因此 铀 235 释放的核能 。7.科学家发现在月球上含有丰富的 （氦 3），它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为 ，关于 聚变，下列表述正确的是()A.聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核 C.聚变反应没有质量亏损 D.目前核电站都采用 聚变反应发电 答案：解析：核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放；目前核电站采用重核裂变的方法来发电。8.（多选）铀核裂变反应中的一个核反应方程为：。已知 的质量为 ，中子的质量为 ，锶90的质量为 ，氙136的质量为 ，则此
12、核反应中()A.质量亏损为 B.质量亏损为 C.释放的总能量为 D.释放的总能量为 答案：;解析：计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用 或 作单位，故 项错误，项正确；质量单位为 时，可直接用“的亏损放出能量 ”计算总能量，故 项正确；当质量单位为 时，直接乘以 ，总能量单位才是，故 项错误。素养提升练 9.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为 夸克和 夸克的两类夸克组成。夸克带电荷量为 ，夸克带电荷量为 ，为元电荷，下列论断可能正确的是()A.质子由 1 个 夸克和 1 个 夸克组成，中子由 1 个 夸克和 2 个 夸克组成 B.质子由 2 个 夸克和 1 个 夸
13、克组成，中子由 1 个 夸克和 2 个 夸克组成 C.质子由 1 个 夸克和 2 个 夸克组成，中子由 2 个 夸克和 1 个 夸克组成 D.质子由 2 个 夸克和 1 个 夸克组成，中子由 1 个 夸克和 1 个 夸克组成 答案：解析：由于质子带电荷量为，则由两个 夸克和一个 夸克组成，其总的电荷量为；中子不带电，则由一个 夸克、两个 夸克组成，其总的电荷量为 0，由此可知 项正确。10.（多选）一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出 3 个中子，核反应方程是 ，已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，下列说法正确的是()A.核反应方程中，粒子是中子 B.核反应方程中，粒子是质子
14、C.、相比，核的比结合能最大，它最稳定 D.、相比，核的核子数最多，它的结合能最大 答案：;解析：根据电荷数和质量数守恒可知 是中子，项正确，项错误；分析比结合能随核子数变化的曲线可知，在铁原子核附近比结合能最大，然后随核子数的增大，比结合能减小，所以 、相比，核的比结合能最大，最稳定，项错误；原子核中核子数越多的结合能越大，故 、相比，核的核子数最多，它的结合能最大，项正确。11.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 ，方程中 、表示释放的能量，相关的原子核质量见表：原子核 质量 以下推断正确的是()A.是 ，B.是 ，C.是 ，D.是 ，答案：解析：根据核反应中
15、质量数与电荷数守恒容易求得新核 的质量数为 4、电荷数为 2，即 是 ；根据表中提供的数据，可以求得第 2 个核反应的质量亏损大，根据爱因斯坦质能方程必然有 。项正确。12.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量 ，氦核质量 ，中子质量 。（1）计算释放出的结合能；（2）若反应前两氘核的动能均为 ，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？答案：（1）（2）解析：（1）核反应方程为：反应质量亏损 由质能方程得释放核能 （2）将两氘核作为一个系统，由动量守恒有 由能量守恒有 联立可得 ，创新拓展练 13.（）太阳中所发生的“氢聚变”实际上
16、是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用”进行的，其具体反应过程为如图所示的六步循环，这个循环被称为“碳循环”，太阳能主要就是由这个“碳循环”产生的。请根据图，判断下列说法正确的是()A.粒子是电子 B.粒子是中子 .处所发生的核反应方程为 D.一个“碳循环”的总核反应方程为 答案：解析：由质量数守恒、电荷数守恒，可知两个包含了 的核反应方程为 、，包含了 的核反应方程为 ，故可知 为 ，为 ，故、两项错误；处所发生的核反应方程为 ，故 项正确；经过一个“碳循环”，碳、氮、氧的原子核都复原，有 4 个 被吸纳，释放出了 1 个 和 2 个 ，故全过程的总核反应方程为 ，故 项错误。方法感悟核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数和质量数守恒，这是书写核反应方程的重要依据。
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