2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第五章原子核第3節(jié)　核力與結(jié)合能含答案

2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第五章原子核第3節(jié)核力與結(jié)合能[學(xué)習(xí)目標(biāo)要求]1.了解四種基本相互作用，知道核力的特點。2.了解結(jié)合能和比結(jié)合能。3.知道質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程。4.會用質(zhì)能方程計算核能。一、核力與四種基本相互作用1.17世紀(jì)下半葉，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力，引力是自然界的一種基本相互作用。2.19世紀(jì)后，人們認(rèn)識到電荷間的相互作用、磁體間的相互作用，從本質(zhì)上說是同一種相互作用的不同表現(xiàn)，這種相互作用稱為電磁相互作用。3.核力(1)定義：原子核內(nèi)核子之間的相互作用力。(2)核力的特點①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多。②核力是短程力，作用范圍約10－15__m。4.四種基本相互作用二、結(jié)合能和質(zhì)量虧損1.結(jié)合能和比結(jié)合能(1)結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。(2)比結(jié)合能(平均結(jié)合能)：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比稱為比結(jié)合能。比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，中等大小的核的比結(jié)合能最大、最穩(wěn)定。2.質(zhì)量虧損(1)愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2。(2)質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。(3)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm，與它們在互相結(jié)合過程中放出的能量ΔE的關(guān)系是ΔE＝Δmc2。3.比結(jié)合能應(yīng)用前景(1)中等大小的核的比結(jié)合能最大，這些核最穩(wěn)定。(2)使較重的核分裂成中等大小的核，或者把較小的核合并成中等大小的核，都將釋放新的結(jié)合能。【判一判】(1)組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能就越大。(√)(2)結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。(×)(3)質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。(√)探究1核力與四種基本相互作用1.核力原子核里的核子間有一種相互作用，把核子緊緊地束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核，即核力。2.四種基本相互作用在不同尺度上發(fā)揮作用(1)引力相互作用：引力主要在宏觀和宇觀尺度上“獨領(lǐng)風(fēng)騷”，引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)系著星系網(wǎng)，決定著宇宙的現(xiàn)狀。萬有引力是長程力。(2)電磁相互作用：電磁力在原子核外，電磁力使電子不脫離原子核而形成原子，使原子結(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體和固體。(3)強(qiáng)力：即強(qiáng)相互作用，在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起，強(qiáng)力是短程力。(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子—質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程力。其力程比強(qiáng)力更短，為10－18m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。【例1】對于核力，以下說法正確的是()A．核力是弱相互作用，作用力很小B．核力是強(qiáng)相互作用的表現(xiàn)，是強(qiáng)力C．核子之間的距離小于0.8×10－15m時，核力表現(xiàn)為引力D．人們對核力的了解很清楚，特別是在小于0.8×10－15m時核力的變化規(guī)律更清楚答案B解析核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，它的作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，核力比庫侖力大得多，選項B正確，A錯誤；核力在大于0.8×10－15m時表現(xiàn)為吸引力。且隨距離增大而減小；在距離小于0.8×10－15m時，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起，選項C錯誤；人們對核力的了解還不是很清楚，這是科學(xué)家們奮力攻克的堡壘，選項D錯誤。探究2結(jié)合能與原子核的穩(wěn)定性1.中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能要小。2.比結(jié)合能曲線：不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化圖線如圖所示。3.比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系(1)比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩(wěn)定。(2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結(jié)合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定；中等核子數(shù)的原子核，比結(jié)合能較大，表示原子核較穩(wěn)定。(3)當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時，就能釋放核能。例如，一個核子數(shù)較大的重核分裂成兩個核子數(shù)小一些的核，或者兩個核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能?！纠?】(2021·湖北荊州市月考)原子核的比結(jié)合能如圖所示。下列說法正確的是()A.eq\o\al(6,3)Li核比eq\o\al(4,2)He核更穩(wěn)定B.eq\o\al(144,56)Ba核比eq\o\al(89,36)Kr核核子數(shù)多，比結(jié)合能大C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(144,56)Ba核結(jié)合能大，比結(jié)合能小D.兩個eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核，需要吸收能量答案C解析比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更穩(wěn)定，故選項A錯誤；eq\o\al(144,56)Ba核比eq\o\al(89,36)Kr核核子數(shù)多，平均結(jié)合能小，故選項B錯誤；eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(144,56)Ba核核子數(shù)多，結(jié)合能大，比結(jié)核能小，故選項C正確；兩個eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核，由比結(jié)合能小的反應(yīng)生成比結(jié)合能大的，會釋放大量能量，故選項D錯誤。【針對訓(xùn)練】關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是()A.原子核的比結(jié)合能等于將其完全分解成自由核子所需能量的最小值B.原子核衰變成α粒子和另一原子核，并釋放出能量，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定小于原來原子核的結(jié)合能C.銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的結(jié)合能D.比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定答案C解析原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故A錯誤；原子核衰變成α粒子和另一原子核，要釋放能量，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來原子核的結(jié)合能，故B錯誤；銫原子核的比結(jié)合能與鉛原子核的比結(jié)合能差不多，而銫原子核的核子數(shù)小于鉛原子核的核子數(shù)，故銫原子核的結(jié)合能小于鉛原子核的結(jié)合能，故C正確；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故D錯誤。探究3質(zhì)量虧損和核能的計算1.質(zhì)量虧損：所謂質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，而是減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部提供。2.質(zhì)能方程E＝mc2(1)質(zhì)能方程說明一定的質(zhì)量總是跟一定的能量相聯(lián)系。具體地說，一定質(zhì)量的物體所具有的總能量是一定的，E＝mc2，不是單指物體的動能、核能或其他哪一種能量，而是物體所具有的各種能量的總和。(2)根據(jù)質(zhì)能方程，物體的總能量與其質(zhì)量成正比。物體質(zhì)量增加，則總能量隨之增加；物體質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，故質(zhì)能方程也寫成ΔE＝Δmc2。3.判斷核反應(yīng)過程是釋放能量還是吸收能量的方法(1)根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量的變化情況進(jìn)行判斷，若質(zhì)量減少即發(fā)生了質(zhì)量虧損，則釋放能量；若質(zhì)量增加，則吸收能量。(2)根據(jù)動能變化判斷，若不吸收光子而動能增加則放出能量?！纠?】(2021·吉林長春市高二期末)關(guān)于質(zhì)能方程，下列說法正確的是()A.有質(zhì)量虧損的核反應(yīng)一定是吸能反應(yīng)B.核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成了能量C.E＝mc2中的E是物體以光速c運動的動能D.由ΔE＝Δmc2，在核反應(yīng)中，Δm為反應(yīng)前后原子的靜質(zhì)量之差答案D解析根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可知，有質(zhì)量虧損，就是放能反應(yīng)，故A錯誤；核反應(yīng)過程中質(zhì)量沒有消失，只是以能量的形式體現(xiàn)，故B錯誤；愛因斯坦的質(zhì)能方程E＝mc2，只是說明物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在著簡單的正比關(guān)系，E并不是物體以光速c運動的動能，故C錯誤；根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可知，在核反應(yīng)中，Δm為反應(yīng)前后原子的靜質(zhì)量之差，故D正確?！纠?】一個靜止的鈾核eq\o\al(232,92)U(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核Th(原子質(zhì)量為228.0287u)。u為原子質(zhì)量單位，1u相當(dāng)于931.5MeV的能量。(1)寫出核衰變反應(yīng)方程式；(2)該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損；(3)釋放的核能。答案(1)eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(2)0.0059u(3)5.5MeV解析(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知核反應(yīng)方程式為eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(2)質(zhì)量虧損為Δm＝mU－mTh－mα＝(232.0372－228.0287－4.0026)u＝0.0059u(3)由質(zhì)能方程可知釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.0059×931.5MeV＝5.5MeV1.(核力與四種基本相互作用)關(guān)于核力的說法正確的是()A.核力同萬有引力沒有區(qū)別，都是物體間的作用B.核力就是電磁力C.核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)D.核力與電荷有關(guān)答案C解析核力存在于核子之間，核力與萬有引力、電磁力不同，故選項A、B錯誤；核力是短程力，超過1.5×10－15m，核力急劇下降幾乎消失，故選項C正確；核力存在于核子之間，與電荷無關(guān)，故選項D錯誤。2．(結(jié)合能與質(zhì)能方程)如圖是各種元素的原子核中核子的平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖像，由此可知()A．若原子核D和E結(jié)合成原子核F，結(jié)合過程一定會釋放能量B．若原子核D和E結(jié)合成原子核F，結(jié)合過程一定要吸收能量C．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂過程一定會吸收能量D．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂過程一定要吸收能量答案A解析D和E結(jié)合成F，核子平均質(zhì)量減少，有質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，有能量釋放，故A正確，B錯誤；若A分裂成B和C，核子平均質(zhì)量減少，也有質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，有能量釋放，故C、D錯誤。3.(質(zhì)量虧損和核能)某核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X。已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量為3.0180u，eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量為4.0026u，X的質(zhì)量為1.0087u。則下列說法正確的是()A.X是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量B.X是中子，該反應(yīng)釋放能量C.X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量D.X是中子，該反應(yīng)吸收能量答案B解析根據(jù)核反應(yīng)過程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，可得eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)X，X為中子，在該反應(yīng)發(fā)生前反應(yīng)物的總質(zhì)量m1＝2.0136u＋3.0180u＝5.0316u，反應(yīng)后產(chǎn)物總質(zhì)量m2＝4.0026u＋1.0087u＝5.0113u?？傎|(zhì)量減少，出現(xiàn)了質(zhì)量虧損，故該反應(yīng)釋放能量。課時定時訓(xùn)練(限時35分鐘)題組一核力和四種基本相互作用1.氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是()A.核力、萬有引力、庫侖力 B.萬有引力、庫侖力、核力C.庫侖力、核力、萬有引力 D.核力、庫侖力、萬有引力答案D解析核子間的核力最大，萬有引力最小，D項正確。2.下列對核力的認(rèn)識正確的是()A.任何物體之間均存在核力B.核力廣泛存在于自然界中的核子之間C.核力只存在于質(zhì)子之間D.核力只發(fā)生在相距1.5×10－15m內(nèi)的核子之間，大于0.8×10－15m為吸引力，而小于0.8×10－15m為斥力答案D解析由核力的特點知道，只有相距1.5×10－15m內(nèi)的核子之間才存在核力，核力發(fā)生在質(zhì)子與質(zhì)子、質(zhì)子與中子及中子與中子之間，由此知選項D正確，A、B、C錯誤。題組二結(jié)合能與原子核的穩(wěn)定性3.下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法正確的是()A.核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大C.重核與中等質(zhì)量的原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大答案D解析核子結(jié)合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，選項A錯誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核小，選項B、C錯誤；中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大，它的核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，選項D正確。4．對結(jié)合能、比結(jié)合能的認(rèn)識，下列正確的是()A．一切原子核均具有結(jié)合能B．自由核子結(jié)合為原子核時，可能吸收能量C．結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定D．比結(jié)合能越小的原子核越穩(wěn)定答案A解析由自由核子結(jié)合成原子核的過程中，核力做正功，釋放出能量，反之，將原子核分開變?yōu)樽杂珊俗铀枰x予相應(yīng)的能量，該能量即為結(jié)合能，故選項A正確，B錯誤；對核子較多的原子核的結(jié)合能越大，但它的比結(jié)合能不一定大，比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，故選項C、D錯誤。題組三質(zhì)量虧損和核能的計算5．下列說法中正確的是()A．愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化B．由E＝mc2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊藏的能量的量度C．核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成了能量D．因為在核反應(yīng)中產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒答案B解析E＝mc2說明能量和質(zhì)量之間存在著聯(lián)系，即能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，但并不能說明能量和質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，故A錯誤，B正確；核反應(yīng)中的“質(zhì)量虧損”并不是質(zhì)量消失，實際上是由靜止的質(zhì)量變成運動的質(zhì)量，并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量，故C錯誤；在核反應(yīng)中，質(zhì)量守恒，能量也守恒，在核反應(yīng)前后只是能量的存在方式不同，總能量不變，在核反應(yīng)前后只是物質(zhì)由靜質(zhì)量變成動質(zhì)量，故D錯誤。6．為紀(jì)念愛因斯坦對物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”。對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E＝mc2，下列說法錯誤的是()A．E＝mc2定量地指出了物體具有的能量與其質(zhì)量之間的關(guān)系B．根據(jù)ΔE＝Δmc2可以計算核反應(yīng)中釋放的核能C．一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時，釋放出核能，表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D．E＝mc2中的E是發(fā)生核反應(yīng)中釋放的核能答案D解析愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2定量地指出了物體具有的能量與其質(zhì)量之間的關(guān)系，故A正確；由質(zhì)能方程知，當(dāng)物體的質(zhì)量減少時，物體的能量減少，向外釋放了能量；反之，若物體的質(zhì)量增加了，則物體的能量增加，表明它從外界吸收了能量，所以由物體的質(zhì)量變化能算出物體的能量變化，故B、C正確，D錯誤。7．一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核，同時放出γ光子，核反應(yīng)方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γ，以下說法中正確的是()A．反應(yīng)后氘核的質(zhì)量一定大于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和B．反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)不變，因而質(zhì)量不變C．反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)不變，沒有質(zhì)量虧損D．γ光子的能量為Δmc2，Δm為反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，c為光在真空中的速度答案D解析核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)及能量均守恒，由于反應(yīng)中要釋放核能，會出現(xiàn)質(zhì)量虧損，由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可知，反應(yīng)中氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和，但質(zhì)量數(shù)不變，且能量守恒，能量會以光子的形式向外釋放，根據(jù)質(zhì)能方程可知，γ光子的能量為Δmc2，故D正確，A、B、C錯誤。8.原子質(zhì)量單位為u，1u相當(dāng)于931.5MeV的能量，真空中光速為c，當(dāng)質(zhì)量分別為m1和m2的原子核結(jié)合為質(zhì)量為M的原子核時釋放出的能量是()A.(M－m1－m2)u·c2B.(m1＋m2－M)u×931.5JC.(m1＋m2－M)cD.(m1＋m2－M)×931.5MeV答案D解析核反應(yīng)過程中，反應(yīng)前后原子核的質(zhì)量虧損為Δm＝(m1＋m2－M)u1u相當(dāng)于931.5MeV的能量，故釋放出的能量為ΔE＝Δm×931.5MeV＝(m1＋m2－M)×931.5MeV。9.在下列判斷中，正確的是()A.組成eq\o\al(238,92)U核的核子中任何兩個核子之間都存在不可忽略的核力作用B.組成eq\o\al(238,92)U核的中子中任何兩個中子之間都存在不可忽略的核力作用C.組成eq\o\al(238,92)U核的質(zhì)子中任何兩個質(zhì)子之間都存在不可忽略的庫侖斥力作用D.組成eq\o\al(238,92)U核的質(zhì)子中任何兩個質(zhì)子之間都存在不可忽略的核力作用答案C解析核力屬于短程力，由于組成eq\o\al(238,92)U核的核子較多，兩核子之間的距離可能超過核力的作用范圍，所以某些核子之間的作用力可能比較小，故A、B、D錯誤；原子核中任何兩質(zhì)子之間都存在庫侖斥力的作用，故C正確。10.(2021·濟(jì)南市歷城二中月考)在研究原子核的衰變過程中，發(fā)現(xiàn)U238發(fā)生衰變產(chǎn)生新核Th234，其衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(n,m)X，下列判斷正確的是()A.該衰變類型為β衰變B.衰變方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒，所以沒有質(zhì)量虧損C.eq\o\al(238,92)U核的結(jié)合能大于eq\o\al(234,90)Th核的結(jié)合能D.eq\o\al(238,92)U核的比結(jié)合能大于eq\o\al(234,90)Th核的比結(jié)合能答案C解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，該衰變?yōu)棣了プ?，A錯誤；衰變方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒，但是該反應(yīng)為放能反應(yīng)，有質(zhì)量虧損，B錯誤；eq\o\al(238,92)U核的核子數(shù)大于eq\o\al(234,90)Th核的核子數(shù)，所以eq\o\al(238,92)U核的結(jié)合能大于eq\o\al(234,90)Th核的結(jié)合能，C正確；衰變方程，是不穩(wěn)定的核向穩(wěn)定的核轉(zhuǎn)變，而比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，所以eq\o\al(238,92)U核的比結(jié)合能小于eq\o\al(234,90)Th核的比結(jié)合能，D錯誤。11.(2021·河南駐馬店市期末)1932年查德威克用α粒子(eq\o\al(4,2)He)轟擊鈹9(eq\o\al(9,4)Be)產(chǎn)生了一個新核X，并發(fā)現(xiàn)了中子，釋放出γ光子。若α粒子、鈹9(eq\o\al(9,4)Be)、新核X、中子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，光在真空中的傳播速度大小為c，則下列說法正確的是()A.新核X的電荷數(shù)比鈹9的電荷數(shù)多3B.新核X的中子數(shù)比鈹9的中子數(shù)多3C.新核X的比結(jié)合能比鈹9的比結(jié)合能大D.放出的γ光子的能量為(m4＋m3－m1－m2)c2答案C解析查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n，新核X為eq\o\al(12,6)C，eq\o\al(12,6)C的電荷數(shù)比eq\o\al(9,4)Be的電荷數(shù)多2，A錯誤；eq\o\al(12,6)C的中子數(shù)為12－6＝6，eq\o\al(9,4)Be的中子數(shù)為9－4＝5，eq\o\al(12,6)C的中子數(shù)比eq\o\al(9,4)Be的中子數(shù)多6－5＝1，B錯誤；核反應(yīng)后的產(chǎn)物比反應(yīng)前的物質(zhì)更穩(wěn)定，比結(jié)合能更大，C正確；該核反應(yīng)釋放岀γ光子，說明核反應(yīng)過程中發(fā)生質(zhì)量虧損，γ光子的能量為ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，D錯誤。12.(2021·江蘇常州市開學(xué)考)關(guān)于核反應(yīng)方程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋X，下列說法正確的是()A.此核反應(yīng)一定會釋放能量B.通過降低溫度的方法，一定能縮短U的半衰期C.此核反應(yīng)方程中的X代表的粒子為氫原子核D.鈾核的比結(jié)合能大于釷核的比結(jié)合能答案A解析此核反應(yīng)是α衰變方程，一定會釋放能量，A正確；外部條件不能改變U的半衰期，B錯誤；此核反應(yīng)方程中的X質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，則X代表的粒子為氦原子核，C錯誤；因反應(yīng)釋放能量，則鈾核的比結(jié)合能小于釷核的比結(jié)合能，D錯誤。13.(2021·廣東深圳市一模)核電池又稱“放射性同位素電池”，利用衰變放出的射線能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏瞥??？茖W(xué)家利用eq\o\al(147,61)Pm→eq\o\al(147,62)Sm＋x反應(yīng)制成核電池，已知eq\o\al(147,61)Pm的半衰期約為2.6年，eq\o\al(147,61)Pm、eq\o\al(147,62)Sm原子核及x粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m，真空中的光速為c，則()A.射線粒子x的符號是eq\o\al(0,1)eB.5.2年后所有eq\o\al(147,61)Pm原子核均已衰變C.每個eq\o\al(147,61)Pm原子核衰變放出的能量為(m1－m2－m)c2D.單位時間內(nèi)該電池因衰變而放出的核能一直保持不變答案C解析根據(jù)核反應(yīng)過程電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒可知射線粒子x的符號是eq\o\al(0,－1)e，所以A錯誤；5.2年后經(jīng)過了2個半衰期，由半衰期公式m′＝m(eq\f(1,2))eq\f(t,τ)可知有eq\f(3,4)的eq\o\al(147,61)Pm原子核已衰變，所以B錯誤；由愛因斯坦的質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可得，每個eq\o\al(147,61)Pm原子核衰變放出的能量為(m1－m2－m)c2，所以C正確；由能量守恒定律可知核電池衰變后，單位時間內(nèi)該電池因衰變而放出的核能會逐漸減小，所以D錯誤。14.用中子轟擊鋰核(eq\o\al(6,3)Li)發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生氚和α粒子并放出4.8MeV的能量。(1)寫出核反應(yīng)方程式；(2)求上述反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為多少(保留2位有效數(shù)字)。答案(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He＋4.8MeV(2)8.5×10－30kg解析(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He＋4.8MeV(2)根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可得反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4.8×106×1.6×10－19,（3×108）2)kg＝8.5×10－30kg。第4節(jié)核裂變與核聚變[學(xué)習(xí)目標(biāo)要求]1.知道什么是核裂變。2.知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件，并能計算裂變釋放的核能。3.了解裂變反應(yīng)堆的工作原理，知道如何控制核反應(yīng)的速度以及核電站的工作模式。4.知道什么是聚變反應(yīng)，會計算核聚變中釋放的核能。5.了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和發(fā)展。一、核裂變的發(fā)現(xiàn)1.核裂變：鈾核被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊的核反應(yīng)。2.鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多樣的，其中一種典型的鈾核裂變是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)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程叫核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。4.臨界體積和臨界質(zhì)量：把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量。5.核裂變的能量：1kg鈾235全部發(fā)生核裂變放出的能量相當(dāng)于2__800__t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時釋放的化學(xué)能?！九幸慌小?1)鈾核裂變的產(chǎn)物是固定的，就是生成鋇和氪，同時放出3個中子。(×)(2)裂變中放出的中子數(shù)目是固定的3個中子。(×)(3)只有鈾塊的體積大于臨界體積時，才能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(√)二、反應(yīng)堆與核電站1.核反應(yīng)堆：控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆，它主要由以下幾部分組成：(1)核燃料：鈾棒。(2)慢化劑：鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng)，采用石墨、重水或普通水做慢化劑。(3)控制棒：為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒。鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒。2.核電站——利用核能發(fā)電的裝置(1)工作原理：核燃料裂變釋放的能量，使反應(yīng)區(qū)溫度升高。(2)能量輸出：利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電。同時也使反應(yīng)堆冷卻。(3)核污染的處理：為避免射線對人體的傷害和放射性物質(zhì)對水源、空氣和工作場所造成的放射性污染，在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的水泥層，用來屏蔽核裂變產(chǎn)物放出的各種射線，核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要裝入特制的容器，深埋地下。三、核聚變1.核聚變(1)定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，并釋放出能量的反應(yīng)。(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：要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的庫侖斥力，這就要求原子核具有足夠的動能，有一種方法就是把它們加熱到很高的溫度，溫度高達(dá)幾百萬開爾文，因此核聚變又叫熱核反應(yīng)。(4)應(yīng)用：目前，熱核反應(yīng)主要用在核武器上，那就是氫彈，需要用原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸。(5)太陽能：太陽的主要成分是氫，太陽中心溫度可達(dá)1.6×107K，在此高溫下，氫核聚變成氦核的反應(yīng)不停地進(jìn)行著，太陽能就來自于太陽內(nèi)部核聚變釋放的核能。2.受控?zé)岷朔磻?yīng)(1)核聚變的優(yōu)點：第一：輕核聚變產(chǎn)能效率高。第二：地球上核聚變?nèi)剂系膬α控S富。第三：輕核聚變更為安全、清潔，控制溫度，可控制反應(yīng)，而且生成的廢物數(shù)量少、易處理。(2)核聚變的難點：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受熱核反應(yīng)的高溫。(3)控制方法①磁約束：利用磁場約束參加反應(yīng)的物質(zhì)，目前最好的一種磁約束裝置是環(huán)流器。②慣性約束：聚變物質(zhì)因自身的慣性，在極短時間內(nèi)來不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)，在慣性約束下，用高能量密度的激光或X射線從各個方向照射反應(yīng)物，使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)?！九幸慌小?1)核聚變時吸收能量。(×)(2)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。(√)(3)熱核反應(yīng)主要用在核武器上，那就是原子彈。(×)(4)輕核聚變比裂變更安全、清潔。(√)(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)現(xiàn)在聚變只要達(dá)到臨界質(zhì)量就可以發(fā)生。(×)探究1重核裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1.鈾核的裂變(1)鈾核受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，使核處于激發(fā)狀態(tài)，由于核子的激烈運動，使核變成不規(guī)則的形狀。(2)鈾核分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，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。(3)核能的釋放：裂變中比結(jié)合能變大，因而釋放核能。(4)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)n②eq\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)n2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件(1)有慢中子轟擊。(2)鈾塊的體積大于臨界體積，或鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。3.鈾核裂變釋放核能的計算(1)首先算出裂變反應(yīng)中發(fā)生的質(zhì)量虧損Δm。(2)根據(jù)ΔE＝Δmc2計算釋放的核能。計算時注意Δm與ΔE單位的對應(yīng)關(guān)系，若Δm用kg做單位，ΔE用J做單位；Δm用u做單位，ΔE用MeV做單位，1u相當(dāng)于931.5MeV的能量。(3)若計算一定質(zhì)量的鈾塊完全裂變時放出的核能，應(yīng)先算出鈾塊中有多少個鈾核(設(shè)為n)，則鈾塊裂變釋放的核能E＝nΔE?！纠?】關(guān)于重核裂變的說法正確的是()A.重核裂變?yōu)閮蓚€中等質(zhì)量的核時，重核的中子數(shù)要比裂變后的兩個中等質(zhì)量核的中子數(shù)少B.只要用中子轟擊鈾塊，就一定能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C.為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，不能利用裂變時產(chǎn)生的中子D.裂變過程中釋放能量，質(zhì)量虧損答案D解析重核裂變?yōu)閮蓚€中等質(zhì)量的核時，會產(chǎn)生兩到三個中子，因此分裂后的中等質(zhì)量核的中子數(shù)減小，故A錯誤；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生是有條件的，鈾塊的體積必須大于其發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的臨界體積，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一旦發(fā)生，中子轟擊鈾核裂變產(chǎn)生的中子再次引起其他鈾核的裂變，且能不斷繼續(xù)下去，故B、C錯誤；重核裂變時質(zhì)量發(fā)生虧損，總能量減小，減小的能量對外釋放，選項D正確。【例2】現(xiàn)有的核電站比較廣泛采用的核反應(yīng)之一是：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(143,60)Nd＋Zr＋3eq\o\al(1,0)n＋8eq\o\al(0,－1)e＋ν(1)核反應(yīng)方程中的ν是中微子，它不帶電，質(zhì)量數(shù)為零，試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)；(2)已知鈾(U)核的質(zhì)量為235.0439u，中子質(zhì)量為1.0087u，釹(Nd)核質(zhì)量為142.9098u，鋯核質(zhì)量為89.9047u；又知1u相當(dāng)于931.5MeV的能量，試計算1kg鈾235大約能產(chǎn)生的能量是多少？答案(1)4090(2)5.06×1026MeV解析(1)由電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒可得鋯的電荷數(shù)Z＝92－60＋8＝40，質(zhì)量數(shù)A＝236－146＝90；核反應(yīng)方程中應(yīng)用符號eq\o\al(90,40)Zr表示。(2)1kg鈾235的鈾核數(shù)為n＝eq\f(1000,235)×6.02×1023＝2.56×1024(個)不考慮核反應(yīng)中生成的電子質(zhì)量，一個鈾核反應(yīng)發(fā)生的質(zhì)量虧損為Δm＝mU＋mn－mNd－mZr－3mn＝0.212u因此1kg鈾235完全裂變產(chǎn)生的能量約為E＝n·Δm×931.5MeV＝2.56×1024×0.212×931.5MeV＝5.06×1026MeV。探究2核電站1.核電站的主要部件及作用如下表部件名稱項目慢化劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護(hù)層采用的材料石墨、重水或普通水(也叫輕水)鎘水或液態(tài)的金屬鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾235吸收吸收中子，控制反應(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.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，所能提供的能量大。(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小。【例3】如圖是慢中子反應(yīng)堆的示意圖，對該反應(yīng)堆的下列說法正確的是()A.鈾235容易吸收快中子后發(fā)生裂變反應(yīng)B.快中子跟慢化劑的原子核碰撞后的能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)C.控制棒由鎘做成，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，使控制棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些D.要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后變成慢中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會快一些答案B解析快中子容易與鈾235擦肩而過，快中子跟慢化劑的原子核碰撞后能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)，故選項B正確，A錯誤；控制棒由鎘做成，鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，使控制棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，故選項C、D錯誤?！踞槍τ?xùn)練1】關(guān)于核反應(yīng)堆，下列說法錯誤的是()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(yīng)堆的功率C．石墨的作用是吸收中子D．冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能答案C解析鈾棒是核燃料，裂變時可放出能量，故選項A正確；鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng)，作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，即控制反應(yīng)堆功率，故選項B正確；慢中子最容易引發(fā)核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速，石墨的作用是使中子減速，故選項C錯誤；水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應(yīng)堆冷卻，控制溫度，故選項D正確。探究3核聚變反應(yīng)及核能的計算1.聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m，這要克服電荷間強(qiáng)大的斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動能。要使原子核具有足夠大的動能，就要給它們加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬開爾文的高溫。2.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，就不再需要外界給它能量，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。3.核聚變的應(yīng)用(1)核武器——氫彈：一種不需要人工控制的輕核聚變反應(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)：目前處于探索階段?！纠?】太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核同時放出兩個正電子的熱核反應(yīng)，這個核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽的能源。已知質(zhì)子質(zhì)量為mH＝1.0073u，氦核質(zhì)量為mHe＝4.0015u，電子質(zhì)量為me＝0.00055u，1u相當(dāng)于931.5MeV的能量，真空中的光速c＝3×108m/s。(1)寫出這個核反應(yīng)方程；(2)這一核反應(yīng)能釋放多少能量？(3)已知太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少千克？答案(1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e(2)24.78MeV(3)4.22×109kg解析(1)由題意可得核反應(yīng)方程應(yīng)為4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e。(2)反應(yīng)前的質(zhì)量m1＝4mH＝4×1.0073u＝4.0292u，反應(yīng)后的質(zhì)量m2＝mHe＋2me＝4.0015u＋2×0.00055u＝4.0026u，Δm＝m1－m2＝0.0266u，由質(zhì)能方程得，釋放能量ΔE＝0.0266×931.5MeV＝24.78MeV。(3)由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得太陽每秒減少的質(zhì)量Δm′＝eq\f(ΔE′,c2)＝eq\f(3.8×1026,（3×108）2)kg＝4.22×109kg?！踞槍τ?xùn)練2】(2021·山西晉中市高二月考)中國科學(xué)院成都研究所的“人工太陽”這一科技成果令世界刮目相看。人工太陽是利用氘核核聚變實現(xiàn)的，反應(yīng)方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，下列說法正確的是()A.該反應(yīng)過程中不滿足電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒B.重核裂變比輕核聚變更為安全、清潔C.聚變反應(yīng)相比裂變反應(yīng)中平均每個核子釋放的能量多D.目前核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量主要來自輕核聚變答案C解析核反應(yīng)過程中滿足電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，故A錯誤；輕核聚變相比重核裂變更為安全、清潔，故B錯誤；聚變反應(yīng)相比裂變反應(yīng)中平均每個核子釋放的能量多，C正確；目前核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量主要來自重核裂變，D錯誤。1.(重核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng))關(guān)于重核裂變，下列說法正確的是()A.重核裂變成中等核要吸收能量B.中子進(jìn)入鈾塊中時，一定能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C.重核裂變過程中質(zhì)量數(shù)減少D.較重的核分裂成中等大小的核，核子的平均結(jié)合能增加，可以釋放出核能答案D解析中等大小的原子核的平均結(jié)合能最大，這些核最穩(wěn)定，如果使較重的核分裂成中等大小的核，核子的平均結(jié)合能增加，可以釋放出能量，故A錯誤，D正確；當(dāng)一個中子引起一個鈾核的裂變后，放出中子，放出的中子如果能引起其他鈾核裂變，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才能進(jìn)行，B錯誤；核反應(yīng)滿足電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，C錯誤。2.(重核的裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng))鈾核裂變時，對于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要因素，下列說法正確的是()A.鈾塊的質(zhì)量是重要因素，與體積無關(guān)B.為了使鈾235裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好直接利用裂變時產(chǎn)生的快中子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.裂變能否發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的質(zhì)量無關(guān)答案C解析要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須使鈾塊體積(或質(zhì)量)大于臨界體積或臨界質(zhì)量，故選項A、D錯誤，C正確；鈾235俘獲慢中子發(fā)生裂變的幾率大，快中子使鈾235發(fā)生裂變的幾率小，故選項B錯誤。3.(輕核的聚變和核能計算)某同學(xué)通過上網(wǎng)了解到利用氦3eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(3,2)He))和氘核進(jìn)行的核聚變安全無污染，容易控制。月球上有大量的氦3，因此獲取氦3是開發(fā)月球的重要目標(biāo)之一，“嫦娥五號”是我國首個實施無人月面取樣返回的月球探測器。已知一個氘核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(2,1)H))和一個氦3聚變的生成物是氦4和一個未知粒子，eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為m1，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為m2，eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量為m3，未知粒子的質(zhì)量為m4，則()A.未知粒子是質(zhì)子B.該核反應(yīng)屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變C.反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量關(guān)系是m1＋m2＝m3＋m4D.氦4的結(jié)合能一定小于氦3的結(jié)合能答案A解析氘核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(2,1)H))和氦3聚變的核反應(yīng)方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋X，根據(jù)核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，所以X是質(zhì)子，A正確；該核反應(yīng)是原子核的聚變反應(yīng)，B錯誤；核反應(yīng)中會釋放核能，釋放的核能來源于核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，而虧損的質(zhì)量為Δm＝m1＋m2－m3－m4，因為Δm≠0，故m1＋m2≠m3＋m4，C錯誤；組成原子核的核子越多，結(jié)合能越大，氦4比氦3多一個核子，故氦4的結(jié)合能要大些，D錯誤。課時定時訓(xùn)練(限時35分鐘)題組一重核的裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1．為應(yīng)對能源危機(jī)和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高清潔能源的比重，我國制定了優(yōu)先選擇核能，其次加快發(fā)展風(fēng)能和再生能源的政策，在《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》中要求2020年核電運行裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到4000萬千瓦的水平，請根據(jù)所學(xué)物理知識，判斷下列說法正確的是()A．核能發(fā)電對環(huán)境沒有污染B．核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火力發(fā)電要大C．現(xiàn)有核電站都只利用重核裂變釋放大量的原子能D．現(xiàn)有核電站既可以利用重核裂變，又可以利用輕核聚變釋放大量的原子能答案C解析目前，核電站都用核裂變，其原料是鈾，且核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火力發(fā)電要小，故選項C正確。2.(2021·廣東廣州市一模)廣東大亞灣核電站是我國首座利用核裂變發(fā)電的大型商用核電站，核裂變反應(yīng)方程eq\a\vs4\al(eq\o\al(235,92)U)＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋aX中()A.X為電子，a＝1 B.X為質(zhì)子，a＝3C.X為質(zhì)子，a＝2 D.X為中子，a＝3答案D解析根據(jù)電荷數(shù)守恒知X的電荷數(shù)為92－36－56＝0，即質(zhì)子數(shù)為0，所以X為中子，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒知X的質(zhì)量數(shù)為235＋1－144－89＝a，可得a＝3，故選項D正確。3.鈾原子核既可發(fā)生衰變，也可發(fā)生裂變。其衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋X，裂變方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→Y＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，其中eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(1,0)n、Y、eq\o\al(89,36)Kr的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，光在真空中的傳播速度為c。下列敘述正確的是()A.eq\o\al(238,92)U發(fā)生的是β衰變B.Y原子核中含有56個中子C.若提高溫度，eq\o\al(238,92)U的半衰期將會變小D.eq\o\al(235,92)U裂變時釋放的能量為(m1－2m2－m3－m4)c2答案D解析根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，知X為氦原子核，eq\o\al(238,92)U發(fā)生的是α衰變，A錯誤；Y的質(zhì)量數(shù)A＝235＋1－89－3＝144，電荷數(shù)Z＝92－36＝56，由原子核的組成特點可知，Y原子核中含有56個質(zhì)子，中子數(shù)為144－56＝88，B錯誤；半衰期與溫度、壓強(qiáng)等外界因素?zé)o關(guān)，C錯誤；由于核裂變的過程中釋放能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，D正確。題組二輕核的聚變和核能的計算4.以下說法正確的是()A.聚變是裂變的逆反應(yīng)B.如果裂變反應(yīng)釋放能量，則聚變反應(yīng)必定吸收能量C.聚變須將反應(yīng)物加熱至數(shù)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答案D解析裂變與聚變的反應(yīng)物和生成物完全不同，裂變是重核分裂成中等核，而聚變則是輕核聚合成為較重核，無直接關(guān)聯(lián)，并非互為逆反應(yīng)，選項A錯誤；裂變與聚變都釋放能量，選項B錯誤，D正確；要實現(xiàn)聚變反應(yīng)，必須使參加反應(yīng)的輕核充分接近，需要數(shù)百萬開爾文的高溫。但聚變反應(yīng)一旦實現(xiàn)，所釋放的能量遠(yuǎn)大于所吸收的能量。因此，總的來說，聚變反應(yīng)還是釋放能量，選項C錯誤。5.當(dāng)兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個α粒子時，放出28.30MeV的能量，當(dāng)三個α粒子結(jié)合成一個碳(C)核時，放出7.26MeV的能量，則當(dāng)6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳(C)核時，釋放的能量約為()A.21.04MeV B.35.56MeVC.77.64MeV D.92.16MeV答案D解析6個中子和6個質(zhì)子可結(jié)合成3個α粒子，放出能量3×28.30MeV＝84.9MeV，3個α粒子再結(jié)合成一個碳核，放出7.26MeV能量，故6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳核時，釋放能量為84.9MeV＋7.26MeV＝92.16MeV。6.查德威克在用α粒子轟擊鈹核的實驗中發(fā)現(xiàn)了中子，解決了物理學(xué)家在原子研究中遇到的難題，使原子物理研究取得了一項突破性進(jìn)展。下列核反應(yīng)方程中，產(chǎn)生的未知粒子(X1、X2、X3、X4)不是α粒子的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋X1 B.eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X2C.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→X3＋eq\o\al(1,0)n D.2eq\o\al(2,1)H→X4答案B解析根據(jù)核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒判斷出X1、X3、X4是α粒子，X2是eq\o\al(0,－1)e，不是α粒子，選項B正確。7.(2021·江西南昌市月考)2020年12月4日，中國規(guī)模最大、參數(shù)最高的“人造太陽”，在成都正式建成并成功放電。這顆“人造太陽”其實就是中國新一代可控核聚變裝置“中國環(huán)流器二號M”(HL－2M)，它的建成與開始放電，意味著中國“進(jìn)一步加快人類探索未來能源的步伐”。在“中國環(huán)流器二號M”中，主要發(fā)生如下兩種核反應(yīng)：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H，則X與Y分別是()A.eq\o\al(1,0)n與eq\o\al(6,3)Li B.eq\o\al(1,0)n與eq\o\al(7,3)LiC.eq\o\al(1,1)H與eq\o\al(6,3)Li D.eq\o\al(1,1)H與eq\o\al(7,3)Li答案A解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得X是eq\o\al(1,0)n，Y是eq\o\al(6,3)Li。故選項A正確。8．下列說法不正確的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是聚變B.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是裂變C.eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He是α衰變D.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e是裂變答案D解析A選項中兩個質(zhì)量較輕的核結(jié)合成了一個質(zhì)量較重的核，是聚變反應(yīng)，故選項A正確；B選項中的核反應(yīng)是鈾核捕獲中子裂變?yōu)閮蓚€(或更多)中等質(zhì)量的核，并放出幾個中子，是裂變反應(yīng)，故選項B正確；在C選項的核反應(yīng)中沒有中子的轟擊自發(fā)地放出了α粒子，是α衰變，選項C正確；而D選項應(yīng)是β衰變，選項D錯誤。9.(2021·江蘇星海實驗中學(xué)高二期中)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變B.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是輕核聚變C.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β衰變D.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是重核裂變答案A解析核反應(yīng)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，這是原子核放出α粒子變成新的原子核，屬于α衰變，A正確；核反應(yīng)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是用人工的方法產(chǎn)生新的原子核，因此屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變，B錯誤；核反應(yīng)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\