新教材適用2024-2025學(xué)年高中物理第5章原子核4.核裂變與核聚變5.“基本”粒子學(xué)案新人教版選擇性必修第三冊

4.核裂變與核聚變5.“基本”粒子課程標(biāo)準(zhǔn)1．知道核裂變反應(yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件。2．知道裂變反應(yīng)堆的工作原理，知道核電站的工作流程。3．了解聚變反應(yīng)及條件。會推斷和填寫核聚變方程，并能計算聚變釋放的能量。4．初步了解粒子物理學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)問及粒子的分類。素養(yǎng)目標(biāo)1．知道什么是裂變、聚變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和聚變的條件。2．會書寫裂變和聚變方程，會利用質(zhì)量虧損計算裂變和聚變產(chǎn)生的核能。3．了解核反應(yīng)堆的工作原理，知道如何限制核反應(yīng)的速度。4．了解粒子的發(fā)覺史。5．知道粒子的分類及特點，了解夸克模型。學(xué)問點1核裂變的發(fā)覺1．核裂變：重核被_中子__轟擊后分裂成兩個質(zhì)量差不多的新原子核，并放出_核能__的過程。2．鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)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?zhǔn)椒磻?yīng)：當(dāng)一個中子引起一個重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且能不斷接著下去，這種由重核裂變產(chǎn)生的中子使_核裂變__反應(yīng)一代一代接著下去的過程，叫作核裂變的_鏈?zhǔn)椒磻?yīng)__。4．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于_臨界體積__或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于_臨界質(zhì)量__?！号幸慌小?1)只要鈾塊的體積大于臨界體積，就可以發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(×)(2)重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減小。(×)『選一選』鈾核裂變時，對于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要因素，下列說法中正確的是(C)A．重要因素是鈾塊的質(zhì)量，與體積無關(guān)B．為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)簡潔發(fā)生，最好干脆利用裂變時產(chǎn)生的中子C．若鈾235的體積超過它的臨界體積，裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就能夠發(fā)生D．能否發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的質(zhì)量無關(guān)解析：要使鈾核裂變產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積必需大于臨界體積或鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量，只要組成鈾塊的體積小于臨界體積，或質(zhì)量小于臨界質(zhì)量就不會產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子為快中子，這些快中子不能干脆引發(fā)新的裂變。假如鈾塊的質(zhì)量大，則其體積大，若超過臨界體積則發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，由此知A、B、D錯誤，C正確。學(xué)問點2反應(yīng)堆與核電站1．核能釋放的限制：通過可限制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實現(xiàn)核能釋放的裝置稱為_核反應(yīng)堆__。2．慢化劑：反應(yīng)堆中，為了使裂變產(chǎn)生的快中子減速，在鈾棒四周要放“慢化劑”，常用的慢化劑有_石墨__、_重水__和_一般水__(也叫輕水)。3．限制棒：為了限制反應(yīng)速度，還須要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，它汲取_中子__的實力很強(qiáng)，反應(yīng)過于激烈時，可將其插入_深__一些，多汲取一些_中子__，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作_限制棒__。4．能量輸出：核燃料_裂變__釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度上升，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆外_循環(huán)流淌__，把反應(yīng)堆內(nèi)的_熱量__傳輸出去，用于_發(fā)電__。說明：核裂變是可以限制的，如核電站的建立和應(yīng)用?！号幸慌小?3)核反應(yīng)堆是通過調(diào)整中子數(shù)目以限制反應(yīng)速度。(√)『選一選』關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是(D)A．核裂變釋放的能量等于重核俘獲中子時得到的能量B．中子從鈾塊中通過時，肯定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C．重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要削減D．由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能解析：依據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時重核俘獲中子，核能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，釋放的能量遠(yuǎn)大于重核俘獲中子時汲取的能量。發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)時鈾塊的體積必需大于臨界體積。假如體積小，中子從鈾塊中穿過，碰不到原子核，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不會發(fā)生。在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會削減的，如eq\o\al(235,92)U裂變?yōu)閑q\o\al(90,38)Sr和eq\o\al(136,54)Xe的核反應(yīng)，其核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n，其中各粒子質(zhì)量分別為mU＝235.0439u，mn＝1.00867u，mSr＝89.9077u，mXe＝135.9072u質(zhì)量虧損為Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝0.15097u，可見鈾核裂變的質(zhì)量虧損是遠(yuǎn)小于一個核子的質(zhì)量的，核子數(shù)是不會削減的，因此選項A、B、C錯誤，D正確。學(xué)問點3核聚變1．定義：兩個輕核結(jié)合成_質(zhì)量較大__的核，這樣的核反應(yīng)叫作_核聚變__。2．舉例：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：(1)輕核的距離要達(dá)到_10－15__m__以內(nèi)。(2)須要加熱到很高的_溫度__，因此又叫_熱核反應(yīng)__。4．優(yōu)點：(1)輕核聚變_產(chǎn)能效率高_(dá)_。(2)地球上_聚變?nèi)剂蟔_的儲量豐富。(3)輕核聚變更為_平安、清潔__。5．約束方法有_磁約束__和慣性約束?！号幸慌小?4)核聚變平均每個核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量大。(√)(5)實現(xiàn)核聚變的難點是地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度。(√)(6)質(zhì)子、中子不能再分。(×)(7)太陽目前正處于氫通過熱核反應(yīng)成為氦，以電磁波的形式向外輻射核能。(√)『想一想』萬物生長靠太陽(如圖)，太陽在我們?nèi)粘Ｉ钪惺遣恍刑娲?，它供?yīng)應(yīng)地球足夠的能源，假如說太陽一旦沒有了，那么地球上的一切生物都將隨之消逝。你知道太陽的能量來源嗎？答案：來源于太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。學(xué)問點4粒子1．基本粒子不基本(1)直到19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為_光子__、電子、_質(zhì)子__和中子是基本粒子。(2)隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)覺了很多的新粒子并不是由以上_基本粒子__組成的，并發(fā)覺_質(zhì)子、中子__等本身也有困難結(jié)構(gòu)。2．發(fā)覺新粒子(1)新粒子：1932年發(fā)覺了_正電子__,1937年發(fā)覺了_μ子__，1947年發(fā)覺了_K介子__和_π介子__及以后的超子等。(2)粒子的分類：大體可分為_強(qiáng)子__、_輕子__、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類型。(3)夸克模型的提出：1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由_夸克__構(gòu)成的。說明：反粒子最顯著的特點是當(dāng)它們與相應(yīng)的正粒子相遇時，會發(fā)生“湮滅”，即同時消逝而轉(zhuǎn)化成其他的粒子。探究重核的裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)要點提煉1．鈾核的裂變(1)核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動，使核變成不規(guī)則的形式。(2)核子分裂：核子間的距離增大，因而核力快速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時放出2～3個中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣裂變就會不斷進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能。(3)常見的裂變方程：①eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n。②eq\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。2．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件(1)要有足夠濃度的235U。(2)要有足夠數(shù)量的慢中子。(3)鈾塊的體積要大于臨界體積。3．裂變反應(yīng)的能量鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量。一個鈾235核裂變時釋放的能量假如按200MeV估算，1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時釋放的能量，裂變時能產(chǎn)生幾百萬度的高溫。典例剖析典例1eq\o\al(235,92)U俘獲一個慢中子后，分裂成eq\o\al(136,54)Xe和eq\o\al(90,38)Sr，還放出(C)A．1個α粒子 B．3個中子C．10個中子 D．10個質(zhì)子解析：設(shè)放出的粒子質(zhì)量數(shù)為x，電荷數(shù)為y，核反應(yīng)過程滿意質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。由題意可得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(235＋1＝136＋90＋x,92＝54＋38＋y))，解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＝10,y＝0))由此推斷該核反應(yīng)放出的肯定是中子，且個數(shù)是10。對點訓(xùn)練?(2024·山東煙臺第一中學(xué)高三上聯(lián)考)秦山核電站是我國自行設(shè)計、建立和運(yùn)營管理的第一座30萬千瓦壓水堆核電站。在一次核反應(yīng)中一個中子轟擊eq\o\al(235,92)U生成eq\o\al(136,54)Xe、eq\o\al(90,38)Sr和若干個中子，已知eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(136,54)Xe、eq\o\al(90,38)Sr的比結(jié)合能分別為7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，則(C)A．該核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋9eq\o\al(1,0)nB．要發(fā)生該核反應(yīng)須要汲取能量C．eq\o\al(90,38)Sr比eq\o\al(136,54)Xe更穩(wěn)定D．該核反應(yīng)中質(zhì)量增加解析：該核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n，選項A錯誤；發(fā)生該核反應(yīng)要放出能量，選項B錯誤；eq\o\al(90,38)Sr比eq\o\al(136,54)Xe的比結(jié)合能大，則eq\o\al(90,38)Sr比eq\o\al(136,54)Xe更穩(wěn)定，選項C正確；該核反應(yīng)中放出能量，則有質(zhì)量虧損，質(zhì)量減小，選項D錯誤。探究核電站要點提煉1．核電站的主要組成核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆，反應(yīng)堆用的核燃料是鈾235，它的主要部件列表如下：部件名稱慢化劑限制棒熱循環(huán)介質(zhì)愛護(hù)層采納的材料石墨、重水或一般水(也叫輕水)鎘水或液態(tài)鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾235汲取汲取中子，限制反應(yīng)速度把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去屏蔽射線，防止放射性污染2．反應(yīng)堆工作原理(1)熱源：在核電站中，核反應(yīng)堆是熱源，如圖為簡化的核反應(yīng)堆示意圖：鈾棒是燃料，由自然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2%～4%)制成，石墨、重水或一般水為慢化劑，使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶樱阌阝?35的汲取，發(fā)生裂變，慢化劑附在鈾棒四周。反應(yīng)堆示意圖(2)限制棒：鎘棒的作用是汲取中子，限制反應(yīng)速度，所以也叫限制棒。限制棒插入深一些，汲取中子多，反應(yīng)速度變慢，插入淺一些，汲取中子少，反應(yīng)速度加快，采納電子儀器自動調(diào)整限制棒插入深度，就能限制核反應(yīng)的猛烈程度。(3)冷卻劑：核反應(yīng)釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這時通過水、液態(tài)鈉等作冷卻劑，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流淌，把內(nèi)能傳輸出去，用于推動蒸汽機(jī)，使發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)生裂變反應(yīng)時，會產(chǎn)生一些有危急的放射性物質(zhì)，很厚的水泥防護(hù)層可以防止射線輻射到外面。3．核電站發(fā)電的優(yōu)點(1)消耗的核燃料少。(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲量大。(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小。典例剖析典例2(多選)如圖是慢中子反應(yīng)堆的示意圖，對核反應(yīng)堆的下列說法中正確的是(BC)A．鈾235簡潔汲取快中子發(fā)生裂變反應(yīng)B．快中子跟慢化劑的原子核碰撞后能量削減，變成慢中子，慢中子簡潔被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)C．限制棒由鎘做成，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，使限制棒插入深一些，讓它多汲取一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些D．若要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)使限制棒插入深一些，使大量快中子碰撞限制棒后變成慢中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會快一些解題指導(dǎo)：深化理解核反應(yīng)堆的工作原理，是處理該類問題的關(guān)鍵。解析：依據(jù)鈾235的特點，它更簡潔汲取慢中子而發(fā)生裂變，A錯誤；在反應(yīng)堆中慢化劑的作用就是削減快中子能量從而更易讓鈾235汲取裂變，B正確；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的猛烈程度取決于裂變釋放出的中子總數(shù)，鎘限制棒可以汲取中子，因而可以限制核反應(yīng)的快慢，即插入的深，汲取的多，反應(yīng)將變慢，反之將加快，C正確，D錯誤。對點訓(xùn)練?某反應(yīng)堆功率是P＝1×104kW，用的核燃料是含5%鈾235的濃縮鈾，已知每個鈾核裂變時釋放的能量為200MeV，則這個反應(yīng)堆一晝夜要消耗多少克核燃料？答案：210.8g解析：反應(yīng)堆一天發(fā)出的電能E1＝Pt＝1×107W×24×3600s＝8.64×1011J設(shè)每天消耗eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量為m核裂變釋放的能量E2＝eq\f(m,M)NA×200×106×1.6×10－19J＝eq\f(m,235g)×6.02×1023×200×106×1.6×10－19JE1＝E2聯(lián)立解得m＝10.54g則這個反應(yīng)堆一晝夜要消耗核燃料的質(zhì)量m消耗＝20m＝10.54g×20＝210.8g。探究氫核的聚變要點提煉1．輕核聚變是放能反應(yīng)從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個放能反應(yīng)。2．聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，就必需使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m，但是原子核是帶正電的，要使它們接近10－15m就必需克服很大的庫侖斥力作用，這就要求原子核應(yīng)具有足夠的動能。方法是給原子核加熱，使其達(dá)到幾百萬度的高溫。3．核聚變的特點(1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量。(2)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再須要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去。(3)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時時刻刻地進(jìn)行著，太陽就是一個巨大的熱核反應(yīng)堆。4．核聚變的應(yīng)用(1)核武器——?dú)鋸棧阂环N不須要人工限制的輕核聚變反應(yīng)裝置。它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。(2)可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探究階段。典例剖析典例3中國核工業(yè)集團(tuán)新一代可控核聚變探討裝置“中國環(huán)流器二號M”，取得了聚變溫度1.5億攝氏度、等離子體電流2.5兆安培的重要進(jìn)展，在這個全球競爭的聚變科學(xué)項目中始終保持著領(lǐng)先。關(guān)于核聚變反應(yīng)，下列說法正確的是(B)A．核聚變反應(yīng)原理簡潔，比裂變反應(yīng)簡潔實現(xiàn)B．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加C．太陽目前正在進(jìn)行的核反應(yīng)既有聚變反應(yīng)，也有裂變反應(yīng)D．核聚變反應(yīng)的核反應(yīng)方程可能是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋2eq\o\al(1,0)n解析：核聚變反應(yīng)原理簡潔，但須要極高的溫度，所以比裂變反應(yīng)更難實現(xiàn)，選項A錯誤；兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的過程中要釋放能量，核子的平均質(zhì)量減小，比結(jié)合能增加，選項B正確；太陽目前正在進(jìn)行的核反應(yīng)是聚變反應(yīng)，選項C錯誤；依據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，D項中的核反應(yīng)方程不正確，正確的可能為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n。對點訓(xùn)練?關(guān)于輕核聚變釋放核能，下列說法正確的是(B)A．一次聚變反應(yīng)肯定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多B．聚變反應(yīng)每個核子釋放的平均能量肯定比裂變反應(yīng)多C．聚變反應(yīng)中粒子的比結(jié)合能變小D．聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核，故反應(yīng)后質(zhì)量增大解析：在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不肯定比一次裂變反應(yīng)多，但平均每個核子釋放的平均能量肯定比裂變反應(yīng)多，故A錯誤，B正確；由于聚變反應(yīng)中釋放出巨大的能量，則比結(jié)合能肯定增加，質(zhì)量發(fā)生虧損，C、D錯誤。探究粒子的分類及夸克模型要點提煉1．新粒子的發(fā)覺及特點發(fā)覺時間1932年1937年1947年20世紀(jì)60年頭后新粒子反粒子μ子K介子與π介子超子基本特點質(zhì)量與相對應(yīng)的粒子相同而電荷及其他一些物理性質(zhì)相反比質(zhì)子的質(zhì)量小質(zhì)量介于電子與核子之間其質(zhì)量比質(zhì)子大2．夸克模型(1)夸克的提出：1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。(2)夸克的種類：上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)。(3)夸克所帶電荷：夸克所帶的電荷量是分?jǐn)?shù)電荷量，即其電荷量為元電荷的－eq\f(1,3)或＋eq\f(2,3)。例如，上夸克帶的電荷量為＋eq\f(2e,3)，下夸克帶的電荷量為－eq\f(e,3)。(4)意義：電子電荷不再是電荷的最小單位，即存在分?jǐn)?shù)電荷。典例剖析典例4某中微子觀測站揭示了中微子失蹤的緣由，即觀測到的中微子數(shù)目比理論上的少是因為部分中微子在運(yùn)動過程中轉(zhuǎn)化為一個μ子和一個τ子。關(guān)于上述探討有以下說法，正確的是(C)A．若發(fā)覺μ子和中微子運(yùn)動方向一樣，則τ子運(yùn)動方向與中微子運(yùn)動方向肯定相反B．若發(fā)覺μ子和中微子運(yùn)動方向一樣，則τ子運(yùn)動方向與中微子運(yùn)動方向肯定相同C．若發(fā)覺μ子和中微子運(yùn)動方向相反，則τ子運(yùn)動方向與中微子運(yùn)動方向肯定相同D．若發(fā)覺μ子和中微子運(yùn)動方向相反，則τ子運(yùn)動方向與中微子運(yùn)動方向肯定相反解析：中微子轉(zhuǎn)化為一個μ子和一個τ子的過程中動量守恒，設(shè)中微子運(yùn)動方向為正方向，有m中v中＝mμvμ＋mτvτ，若μ子和中微子運(yùn)動方向一樣，則m中v中－mμvμ＝mτvτ，由v中大于0，vμ大于0可知，vτ也可能小于0，即τ子運(yùn)動方向與中微子運(yùn)動方向可能相同，也可能相反，A、B錯誤；若μ子和中微子運(yùn)動方向相反，則m中v中－mμvμ＝mτvτ，由v中大于0，vμ小于0可知，vτ肯定大于0，則τ子運(yùn)動方向與中微子運(yùn)動方向肯定相同，C正確，D錯誤。對點訓(xùn)練?目前普遍認(rèn)為，質(zhì)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＋eq\f(2,3)e，d夸克帶電荷量為－eq\f(1,3)e，e為元電荷，下列論斷可能正確的是(B)A．質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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夸克組成解析：題目中給出的信息是u夸克與d夸克帶的電荷量，故應(yīng)從質(zhì)子所帶電荷為e，中子不帶電荷的角度考慮，經(jīng)過分析知B項正確。輕核聚變與重核裂變的區(qū)分反應(yīng)方式比較項目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(zhì)量的原子核放出核能兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核放出核能放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個核子放出的能量大約要大3～4倍核廢料處理難度聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)簡潔得多原料的隱藏量核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽α坑邢蓿绕溆糜诤肆炎兊?35U在鈾礦石中只占0.7%主要原料是氚，氚在地球上的儲量特別豐富。1L海水中大約有0.03g氚，假如用來進(jìn)行熱核反應(yīng)放出的能量約與燃燒300L汽油相當(dāng)可控性反應(yīng)速度比較簡潔進(jìn)行人工限制，現(xiàn)在的核電站都是用裂變反應(yīng)釋放核能目前，除氫彈以外，人們還不能限制它案例(多選)據(jù)新華社報道，由我國自行設(shè)計、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變試驗裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是(AC)A．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC．核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應(yīng)釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多D．核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應(yīng)釋放的能量與裂變反應(yīng)相同解析：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變方程，故A正確；選項B的核反應(yīng)方程是核裂變方程，故B錯誤；依據(jù)輕核聚變特點，聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個核子放出的能量大約要大3～4倍，相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多，故選項C正確，D錯誤。一、核裂變的發(fā)覺1．(2024·山東濟(jì)寧高三月考)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位于山東省威海市榮成石島灣。目前核電站運(yùn)用的核燃料基本都是濃縮鈾，有一種典型的鈾核裂變方程是eq\o\al(235,92)U＋X→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3X。下列關(guān)于X的說法正確的是(B)A．X是β粒子，具有很強(qiáng)的電離本事B．X是中子，中子是查德威克通過試驗最先發(fā)覺的C．X是中子，中子是盧瑟福通過試驗最先發(fā)覺的D．X是α粒子，穿透實力比較弱解析：依據(jù)核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X為中子，故A、D錯誤；依據(jù)物理學(xué)史可知，中子是查德威克通過試驗最先發(fā)覺的，故B正確，C錯誤。2．鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)被定義為核裂變。1947年中國科學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧在試驗中視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(guān)于鈾核的裂變，下列說法不正確的是(C)A．裂變的產(chǎn)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．裂變能夠釋放巨大的能量，每個核子平均釋放的能量在裂變反應(yīng)中比在聚變反應(yīng)中的大D．裂變物質(zhì)達(dá)到肯定體積(即臨界體積)時，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才可以持續(xù)下去解析：鈾核受到中子的轟擊，會引起裂變，裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，具有極大的偶然性，但裂變成兩塊的狀況多，也有的分裂成多塊，并放出2～3個或更多個中子，A、B正確；裂變能夠釋放巨大的能量，每個核子平均釋放的能量在裂變反應(yīng)中比在聚變反應(yīng)中的小，C錯誤；要引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需使裂變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積以上，D正確。本題選不正確的，故選C。二、反應(yīng)堆與核電站3．(2024·廣東佛山西樵中學(xué)高三月考)如圖所示是當(dāng)前核電站普遍運(yùn)用的核反應(yīng)堆的示意圖，關(guān)于該反應(yīng)堆中進(jìn)行的核反應(yīng)，下列說法中正確的是(C)A．圖示裝置中進(jìn)行的核反應(yīng)類型是核聚變B．要使核反應(yīng)速度減慢，可以將鈾棒插入得更深C．裂變反應(yīng)的燃料是鈾，反應(yīng)過程質(zhì)量不守恒D．石墨起到降低反應(yīng)溫度的作用解析：圖示裝置中進(jìn)行的核反應(yīng)類型是核裂變，故A錯誤；將鈾棒插入得更深，中子接觸的鈾原子更多，反應(yīng)加劇，故B錯誤；裂變反應(yīng)的燃料是鈾，反應(yīng)過程發(fā)生質(zhì)量虧損，質(zhì)量不守恒，故C正確；石墨主要是將快中子變?yōu)槁凶?，故D錯誤。三、核聚變4．2024年5月2