文档内容
5.4 核裂变和核聚变 5.5 基本粒子
目录
【学习目标】.....................................................................................................................................................................................1
【思维导图】.....................................................................................................................................................................................2
【知识梳理】.....................................................................................................................................................................................2
知识点1：核裂变....................................................................................................................................................................2
知识点2：反应堆与核电站.................................................................................................................................................5
知识点3：核聚变....................................................................................................................................................................8
知识点4：“基本”粒子.........................................................................................................................................................12
【方法技巧】...................................................................................................................................................................................14
方法技巧1铀核裂变释放核能的计算............................................................................................................................14
【巩固训练】...................................................................................................................................................................................14
【学习目标】
学习目标：
1. 知道重核的裂变和链式反应。
2. 会计算核裂变释放的能量，了解原子弹的原理，核电站的工作模式及核能发电的优缺点。
3. 知道聚变反应的特点，了解聚变反应的条件。
4. 知道轻核聚变能够放出很多的能量，若能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
学习重点：
1. 核裂变、核聚变和链式反应，知道链式反应和核聚变的条件。
2. 写核裂变和核聚变方程，会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能。
学习难点：
1. 写核裂变和核聚变方程，会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能。【思维导图】
【知识梳理】
知识点 1：核裂变
1．核裂变
铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。
2．铀核的裂变
(1)常见的裂变方程
①235U＋1n―→139Xe＋95Sr＋21n
92 0 54 38 0
②235U＋1n―→144Ba＋89Kr＋31n
92 0 56 36 0
(2)核能的释放：裂变中比结合能变大，因而释放核能。3．链式反应
(1)定义：由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。
(2)临界体积和临界质量：把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量
叫作临界质量。
(3)条件
①有足够数量的慢中子轰击。
②铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量。
【归纳总结】
(1)重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放
出更多的中子的过程。
(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后有质量亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质
量的核的平均结合能小。所以在重核裂变为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远
大于它俘获中子时得到的能量。
【典例1】（单选）原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短的时间内能够释放大量的核能，
发生猛烈爆炸。1964年10月16日中国自行制造的第一颗原子弹爆炸成功，有力地打破了西方国家的核
垄断和核讹诈，提高了中国的国际地位。下列核反应方程式中属于原子弹爆炸的核反应方程式的是( )
A. 238𝑈→234𝑇ℎ+4𝐻𝑒 B. 235𝑈+1𝑛→90𝑆𝑟+136𝑋𝑒+101𝑛
92 90 2 92 0 38 54 0
C. 15𝑁+1𝐻→12𝐶+4𝐻𝑒 D. 2𝐻+3𝐻→4𝐻𝑒+1𝑛
7 1 6 2 1 1 2 0
【答案】B
【解析】解：原子弹爆炸实际上是利用铀核裂变时释放出很大能量，由于裂变物质的体积超过临界体
积而爆炸，核裂变反应方程式： 235𝑈+1𝑛→90𝑆𝑟+136𝑋𝑒+101𝑛，故B正确，ACD错误。
92 0 38 54 0
故选：𝐵。
【典例2】（单选）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011𝑘𝑊
⋅ℎ，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。
下列说法正确的是( )A. 秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B. 秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6𝑘𝑔
C. 核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D. 反应堆中存在 235𝑈+1𝑛→89𝐵𝑎+144𝐾𝑟+31𝑛的核反应
92 0 36 56 0
【答案】CD
【解析】解：𝐴、目前核电站均利用铀核裂变释放的能量发电，故A错误；
B、秦山核电站30年累计发电约6.9×1011𝑘𝑊⋅ℎ，根据爱因斯坦质能方程得
𝐸 6.9×1011×3.6×106
𝛥𝑚 = = 𝑘𝑔 = 27.6𝑘𝑔，
𝑐2 (3×108)2
核反应产生的能量不能完全转化为电能，故质量亏损比27.6𝑘𝑔更多，故B错误；
C、铀核裂变可通过反应堆中的镉棒控制链式反应速度，故C正确；
D、用一个中子轰击铀核，产生3个中子，铀核裂变方程式为： 235𝑈+1𝑛→89𝐵𝑎+144𝐾𝑟+31𝑛，其中核
92 0 36 56 0
反应方程两端的中子不能约去，故D正确。
故选：𝐶𝐷。
【变式1】福建福清核电站采用我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了安全级别世界最高
的机组。机组利用 235𝑈核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为 1𝑛+235𝑈→141𝐵𝑎+𝐴 𝐾𝑟+31𝑛，
0 92 𝑍 36 0
则𝐴 = ；𝑍 = ；若核反应过程中质量亏损1𝑔，释放的能量为 𝐽。(光速大小取3.0 × 108
𝑚/𝑠)
【答案】92 56 9×1013
【解析】根据核反应前后质量数守恒有1+235 = 141+𝐴+3
解得𝐴 = 92
根据核反应前后电荷数守恒有92 = 𝑍+36
解得𝑍 = 56
根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1𝑔，释放的能量为𝐸 = 𝛥𝑚𝑐2 = 1×10―3×9.0×
1016𝐽 = 9×1013𝐽。
【变式2】（单选）2024年11月28日，“华龙一号”核电基地――福建漳州核电1号机组首次并网成功。
“华龙一号”是我国自主研发设计的三代压水堆，也是我国核电走向世界的“国家名片”。下列核反应方程中，与“华龙一号”释放核能时的核反应类型相同的是( )
A. 𝐻1𝐻+𝐻3𝐻→𝐻𝑒4𝐻𝑒+𝑛1𝑛 B. 𝑈238𝑈→𝑇ℎ234𝑇ℎ+𝐻𝑒4𝐻𝑒
1 1 2 0 92 90 2
C. 𝑁14𝑁+𝐻𝑒4𝐻𝑒→𝑂17𝑂+𝐻1𝐻 D. 𝑈235𝑈+𝑛1𝑛→𝐵𝑎144𝐵𝑎+𝐾𝑟89𝐾𝑟+3𝑛1𝑛
7 2 8 1 92 0 56 36 0
【答案】D
【解析】核电站释放核能时原子核变化类型为裂变反应，故选 D。
【变式3】（单选）近来中国探月工程取得重大成就。月球夜晚温度低至―180°𝐶，为避免低温损坏仪器，
“玉兔二号”月球车携带的放射性同位素钚238(238𝑃𝑢)会不断衰变，释放能量为仪器设备供热。 238𝑃𝑢
94 94
可以通过以下反应过程得到： 238𝑈+2𝐻→238𝑁𝑝+21𝑛,238𝑁𝑝→𝑋+238𝑃𝑢。已知𝑃𝑢的衰变方程为 238
92 1 93 0 93 94 94
𝑃𝑢→𝑌+234𝑈，其半衰期为88年。则下列说法正确的是( )
92
A. 238𝑈+2𝐻→238𝑁𝑝+21𝑛为轻核聚变B. 238𝑃𝑢的比结合能比 234𝑈的比结合能小
92 1 93 0 94 92
C. 𝑌为质子 1𝐻 D. 白天时温度升高， 238𝑃𝑢的半衰期会减小
1 94
【答案】B
【解析】解：𝐴、该反应为原子核的人工转变，故A错误；
B、比结合能越大，原子核越稳定，在该核反应过程中有质量亏损释放出核能，所以生成物比反应物更
稳定，比结合能也更大，故B正确；
C、根据质量数守恒和电荷数守恒可得：𝑌的核电荷数为𝑍 = 94―92 = 2，质量数为𝐴 = 238―234 = 4，
由此可知𝑌为氦原子核 4𝐻𝑒，故C错误；
2
D、放射性元素的半衰期只与原子核自身有关，与温度、压强无关，故D错误。
故选：𝐵。
知识点 2：反应堆与核电站
1．核电站
利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它的主要组成部分：
组成部分 材料 作用
裂变材料(核燃料) 铀棒(浓缩铀) 提供核燃料
减速剂(慢化剂) 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速
控制棒 镉棒 吸收中子，控制反应速度
热交换器 水或液态的金属钠 传输热量
防护层 厚水泥层
防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害
2．工作原理
(1)核燃料发生核裂变释放能量，使反应区温度升高。
(2)能量输出：水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发
电，同时也使反应堆冷却。
3．核污染的处理
在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的放
射性，需要装入特制的容器，深埋地下。
【典例1】（单选）据报道，我国自主研发生产的004型航母即将服役。该航母可能采用核动力推进，排
水量达到12万吨，是目前世界上较为先进的航母。其核反应堆结构示意图如图所示，常见的核反应方
程为： 235𝑈+1𝑛→144𝐵𝑎+89𝐾𝑟+𝑏1𝑛，下列说法正确的是( )
92 0 𝑎 36 0
A. 此核反应方程中的𝑎 = 56，𝑏 = 3 B. 此核反应方程为核聚变方程
C. 此核反应是不可控的链式反应 D. 镉棒的作用是释放中子，加快反应速度
【答案】A
【解析】A、根据质量数和电荷数守恒，有𝑎 = 92―36 = 56，𝑏 = 235+1―144―89 = 3，故A正确；
B、此核反应方程为核裂变方程，故B错误；
C、此核反应是可控的链式反应，故C错误；
D、核反应堆中镉棒可以吸收中子，控制反应速度，故D错误。
【典例2】（单选）核电站的系统和设备通常由两大部分组成，核反应堆的系统和设备又称为核岛.常规
的系统和设备又称为常规岛.如图所示为核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，核电站运行过程中，一种
核反应方程为 235𝑈+1𝑛→144𝐵𝑎+89𝐾𝑟+31𝑛.下列说法正确的是( )
92 0 56 36 0A. 该核反应对人和环境没有危害，不必防护
B. 该核反应前后原子核质量数发生亏损
C. 铀235𝑈的比结合能比钡144𝐵𝑎的比结合能大
92 56
D. 镉棒插入浅一些可增大链式反应的速度
【答案】D
【解析】A.该核反应对人和环境有辐射危害，需严格防护，A错误;
B.核反应前后质量数守恒，质量发生亏损，B错误;
C.在该核反应中，会释放出大量的能量，生成物更稳定，因为比结合能越大，原子核越稳定，可知铀核
的比结合能比钡核的小， C错误;
D.要使裂变反应更剧烈一些，应使镉棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，增大链式反应的速度，D正
确．
【变式1】（单选）2024年5月25日，我国第三代核电站“华龙一号”示范工程全面建成，关于核能的利
用，下列说法正确的是( )
A. 核能是可再生能源
B. “华龙一号”是利用聚变产生能量
C. 核燃料中的铀原子核由大量质子和电子组成
D. 核废料仍具有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方
【答案】D
【解析】A.核能依赖铀等矿产资源，无法在短期内再生，故核能是不可再生能源，故A错误；
B.目前核电站均采用可控核裂变技术，聚变尚未实现商用，故“华龙一号”利用的是裂变，故B错误；
C.原子核由质子和中子构成，电子存在于核外，铀原子核不含电子，故C错误；
D.核废料含放射性物质，需严格封存并深埋于无人区以减少危害，故D正确。
故选D。
【变式2】（单选）图为核电站的反应堆示意图，下列说法正确的是( )A. 水泥防护层主要起保温作用
B. 镉棒的作用是使快中子变成慢中子
C. 反应堆放出的热量可直接全部转化为电能
D. 核反应堆中的核废料需要装入特定的容器深埋地下
【答案】D
【解析】A.水泥防护层的作用是为了阻隔𝛾射线，避免放射性危害，故A错误；
B.镉棒的作用是可以吸收中子，以控制链式反应的速度，故B错误；
C.反应堆放出的热量不可以直接全部转化为电能，故C错误；
D.核反应堆中的核废料需要装入特定的容器深埋地下，故D正确。
故选D。
知识点 3：核聚变
1．核聚变
(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应。
(2)典型反应：2H＋3H→4He＋1n＋17.6 MeV。
1 1 2 0
(3)条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15m 以内，核力才能起作用。由于原子核都
带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力，这就要求原子核具有足够的动能。
获得足够动能的办法，就是把它们加热到很高的温度，温度高达几百万开尔文，因此核聚变又叫热核
反应。
(4)应用：目前，人工产生的热核反应主要用在核武器上，那就是氢弹，需要用原子弹爆炸产生的高温
高压引发热核爆炸。
(5)太阳能：太阳的主要成分是氢。太阳的中心温度达1.6×107 K。在这样的高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，太阳能就来自于太阳内部核聚变释放的核能。
2．受控热核反应
(1)核聚变的优点：第一，轻核聚变产能效率高。第二，地球上核聚变燃料氘储量丰富。第三，轻核聚
变更为安全、清洁。
(2)核聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。
(3)控制方法
①磁约束：利用磁场来约束参加反应的物质，目前性能最好的一种磁约束装置是环流器。
②惯性约束：核聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，
用高能量密度的激光或X射线从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。
【归纳总结】
核聚变与核裂变的比较
(1)优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘储量丰富，而氚可利用锂来制取，足以满
足核聚变的需要；③轻核聚变更为安全、清洁。
(2)缺点：核聚变需要的温度太□2 4高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。
科学家提出的解决方案：
①磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是环流器。
②惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用
高能量密度的激光或X射线从各个方向照射参加反应物质，使它们“挤”在一起发生反应。
【典例1】（单选）氘核(2𝐻)可通过系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式62𝐻→24𝐻𝑒+21𝐻+
1 1 2 1
21𝑛+43.15𝑀𝑒𝑉表示。海水中富含氘，已知1𝑘𝑔海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变
0
反应，其释放的能量与质量为𝑀的标准煤燃绕时释放的热量相等；已如1𝑘𝑔标准煤燃烧释放的热量约为
2.9×107𝐽，1𝑀𝑒𝑉 = 1.6×10―13𝐽，则𝑀约为( )
A. 40𝑘𝑔B. 100𝑘𝑔 C. 400𝑘𝑔 D. 1000𝑘𝑔
【答案】C
【解析】解：根据反应式62𝐻→24𝐻𝑒+21𝐻+21𝑛+43.15𝑀𝑒𝑉可知，6个氘核发生聚变反应可放出
1 2 1 0
43.15𝑀𝑒𝑉的能量，则平均每个氘核可放出7.19𝑀𝑒𝑉的能量，若1𝑘𝑔海水中含有的1.0×1022个氘核全都发生聚变反应，其释放的能量为7.19×1022𝑀𝑒𝑉；则质量为𝑀的标准煤燃绕时释放的热量𝑄 = 7.19×
1022×1.6×10―13𝐽 = 11.5×109𝐽，而1𝑘𝑔标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107𝐽，则𝑀 =
11.5×109
2.9×107
𝑘𝑔 ≈ 400𝑘𝑔；故ABD错误，C正确；
故选：𝐶。
【典例2】（单选）2023年12月8日，百亿级中核核能产业园签约落地成都，助力打造国家级核能产业
集聚战略高地。核能是通过核反应从原子核释放的能量，如氦3与氘核的核反应方程是 3𝐻𝑒+2𝐻→𝑥+1
2 1 1
𝐻+𝛥𝐸，方程中𝛥𝐸为释放的核能．已知氘核的比结合能为𝐸 ，氦核的比结合能为𝐸 ，则下列说法中正
1 2
确的是( )
A. 该反应为核裂变反应，生成的新核𝑥是 2𝐻𝑒
4
B. 氦4核中有4个质子2个中子，氦4核与氦3核不是互为同位素
4𝐸 ―2𝐸 ―𝛥𝐸
C. 该反应中氦3的比结合能为 2 1
3
D. 该反应生成物的质量数将小于反应物的质量数
【答案】C
【解析】𝐴.该反应为核聚变反应，根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为 3𝐻𝑒+2𝐻→4𝐻𝑒+1
2 1 2 1
𝐻+𝛥𝐸，可知生成的新核 𝑥 是 4𝐻𝑒 ，A错误；
2
B.氦4核中有2个质子2个中子，质子数相同的称为同位素，氦4核与氦3核是互为同位素，B错误；
4𝐸 ―2𝐸 ―𝛥𝐸
C.根据3𝐸 +2𝐸 +𝛥𝐸 = 4𝐸 ，可得氦3的比结合能为𝐸 = 2 1 ，C正确；
3 1 2 3
3
D.核反应过程的前后，反应体系的质量数守恒，D错误。
故选C。
【变式1】（单选）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(𝐸𝐴𝑆𝑇)创下新纪录，实现
403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关
于核反应的说法正确的是( )
A. 相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B. 氘氚核聚变的核反应方程为 2𝐻+3𝐻→4𝐻𝑒+0 𝑒
1 1 2 ―1
C. 核聚变的核反应燃料主要是铀235
D. 核聚变反应过程中没有质量亏损【答案】A
【解析】A.相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；
B.根据质量数守恒和核电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为 2𝐻+3𝐻→4𝐻𝑒+1𝑛，B错误；
1 1 2 0
C.以铀235为燃料的核反应生成多个质量比铀235小的核，属于核裂变，核聚变的燃料是质量较小的原
子核，如氢、氦等，C错误；
D.核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，D错误。
故选：𝐴。
【变式2】（多选）太阳辐射的总功率约为4×1026𝑊，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，
一个质量为1876.1𝑀𝑒𝑉/𝑐2(𝑐为真空中的光速)的氘核(2𝐻)和一个质量为2809.5𝑀𝑒𝑉/𝑐2的氚核(3𝐻)结合
1 1
为一个质量为3728.4𝑀𝑒𝑉/𝑐2的氦核(4𝐻𝑒)，并放出一个𝑋粒子，同时释放大约17.6𝑀𝑒𝑉的能量。下列说
2
法正确的是( )
A. 𝑋粒子是质子
B. 𝑋粒子的质量为939.6𝑀𝑒𝑉/𝑐2
C. 太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109𝑘𝑔
D. 太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6𝑀𝑒𝑉/𝑐2
【答案】BC
【解析】A、根据质量数和电荷数守恒可得该核反应方程为： 2𝐻+3𝐻→4𝐻𝑒+1𝑋，可见𝑋是中子，故A
1 1 2 0
错误；
B、释放出的能量对应的质量为𝑚 = 17.6𝑀𝑒𝑉/𝑐2，根据质量守恒定律可得𝑋粒子的质量为𝑚 =
𝑋
(1876.1+2809.5―3728.4―17.6)𝑀𝑒𝑉/𝑐2 = 939.6𝑀𝑒𝑉/𝑐2，故B正确；
C、太阳辐射的总功率约为𝑃 = 4×1026𝑊，则太阳每秒因为辐射损失的质量为：
𝑃𝑡 4×1026×1
△𝑚 = = 𝑘𝑔 ≈ 4.4×109𝑘𝑔，故C正确；
𝑐2 (3×108)2
D、太阳每秒放出的能量：𝐸 = 𝑃𝑡 = 4×1026×1𝐽 =
4×1026
𝑒𝑉 = 2.5×1039𝑀𝑒𝑉，
1.6×10―19
𝐸
则太阳每秒因为辐射损失的质量为：△𝑚 = = 2.5×1039𝑀𝑒𝑉/𝑐2，故D错误。
𝑐2
【变式3】一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量𝑚 = 1.0073 𝑢，中子质量𝑚 = 1.0087 𝑢，
𝐻 𝑛
氚核质量𝑚 = 3.0180 𝑢(已知1 𝑢 = 931.5 𝑀𝑒𝑉)。
(1)写出核聚变方程；
(2)释放出的核能多大？
(3)平均每个核子释放的能量是多大？【答案】解：(1)核聚变方程为1H+21n→3H
1 0 1
(2)质量亏损为𝛥𝑚 = 𝑚 +2𝑚 ―𝑚 = (1.0073+2×1.0087―3.0180)𝑢 = 0.0067 𝑢
𝐻 𝑛
释放的核能为𝛥𝐸 = 𝛥𝑚𝑐2 = 0.0067×931.5 𝑀𝑒𝑉 ≈ 6.24 𝑀𝑒𝑉
𝛥𝐸 6.24
(3)平均每个核子放出的能量为𝐸 = = MeV = 2.08MeV
𝑛 3
知识点 4：“基本”粒子
1．“基本”粒子
(1)人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒
子”。
(2)随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子
等本身也有自己的复杂的结构。
2．发现新粒子
(1)1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子
等。
(2)实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相
同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作反粒子。
3．粒子的分类
(1)强子：是参与强相互作用的粒子。质子和中子都是强子。
(2)轻子：不参与强相互作用。电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发
现的轻子。
(3)规范玻色子：是□3 7传递各种相互作用的粒子，如光子、中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。
【典例1】（多选）下列所述正确的是( )
A. 强子是参与强相互作用的粒子
B. 轻子是不参与强相互作用的粒子
C. 胶子是轻子中的一种粒子
D. 微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用【答案】ABD
【解析】A.强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子，故A正确；
B.轻子是不参与强相互作用的粒子，电子是最早发现的轻子，故B正确；
C.胶子是负责在两个夸克之间传递强作用力的基本粒子，类似光子负责在两个带电粒子之间传递电磁
力一般，胶子无质量，可知胶子不是轻子，故C错误；
D.粒子之间的基本相互作用是通过交换某种粒子来传递的，即基本相互作用都是由媒介粒子传递的，
这类媒介粒子统称为规范玻色子，即微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用，故D正确。
故选ABD。
【典例2】（单选）在同位素氢、氘、氚的核内具有相同的( )
A. 核子数 B. 电子数 C. 中子数 D. 质子数
【答案】D
【解答】在同位素氢、氘，氚的核内具有相同的质子数，但是中子数不同，核子数不同，选项D正确，
ABC错误；
故选D．
【变式1】（单选）下列说法符合历史事实的是（ ）
A. 哥白尼的发现及其所应用的“实验和逻辑推理相结合”的科学研究方法，是人类思想史上最伟大的成
就之一，标志着物理学的真正开端
B. 牛顿在建立万有引力定律过程中的“月地检验”，证实了地球对月球的引力与太阳对行星的引力是同
种性质的力，服从相同的规律
C. 麦克斯韦系统地总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，建立了经典电磁场理论，预言
了电磁波的存在
D. 目前人们已经建立了粒子物理标准模型，在这个模型中，强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子
是组成物质的最基本粒子
【答案】C
【解答】伽利略的发现及其所应用的“实验和逻辑推理相结合”的科学研究方法，标志着物理学的真正开
端。“月地检验”证实了地球对地面物体的引力与地球对月球的引力是同种性质的力，服从相同的规律。
麦克斯韦建立了经典电磁场理论，预言了电磁波的存在。
以量子色动力学和电弱统一理论为核心建立的粒子物理标准模型，认为夸克、轻子、规范玻色子和希
格斯玻色子是组成物质的最基本粒子，故A、𝐵、D错误，C正确。
故选C。【变式2】（多选）下列说法正确的是( )
A. 质子、中子属于强子，电子属于轻子
B. 高速行进的火车上向前射出的光，其速度大于光速𝑐
C. 量子力学是统一描述微观世界物理规律的普遍性理论
D. 爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论
都和普朗克常量紧密相关
【答案】ACD
【解答】A.按照现代的粒子理论，可以将粒子分为三大类：媒介子、轻子和强子，质子和中子属于强子，
电子属于轻子，故A正确；
B.由于光速不变原理可知，行进火车上向前射出的光，其速度仍等于光速𝑐，故B错误；
C.量子力学是统一描述微观世界物理规律的普遍性理论，故C正确；
D.爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论
都和普朗克常量紧密相关，故D正确。
故选ACD。
【方法技巧】
方法技巧 铀核裂变释放核能的计算
(1)首先算出裂变反应中发生的质量亏损Δm。
(2)根据ΔE＝Δmc2计算释放的核能。
(3)若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核(设为n)，则铀块完
全裂变释放的核能E＝nΔE。
【巩固训练】
一、单选题。
1.下列关于核反应的说法中正确的是( )
A. 𝑇𝐻234𝑇𝐻→𝑃𝑎234𝑃𝑎+𝑒0 𝑒是𝛽衰变方程，𝑈238𝑈→𝑇ℎ234𝑇ℎ+𝐻𝑒4𝐻𝑒是核裂变方程
90 91 ―1 92 90 2
B. 𝑈235𝑈+𝑛1𝑛→𝐵𝑎144𝐵𝑎+𝐾𝑟89𝐾𝑟+3𝑛1𝑛是核裂变方程，也是链式反应的反应方程
92 0 56 36 0
C. 𝑇𝐻234𝑇𝐻衰变为𝑅ℎ222𝑅ℎ，经过2次𝛼衰变，3次𝛽衰变
90 86D. 铝核𝐴𝑙27𝐴𝑙被𝛼粒子击中后产生的反应生成物是磷核𝑃30𝑃，同时放出一个质子
13 15
【答案】B
【解析】核反应方程𝑇𝐻234𝑇𝐻→𝑃𝑎234𝑃𝑎+𝑒0 𝑒放射出电子，是𝛽衰变方程，𝑈238𝑈→𝑇ℎ234𝑇ℎ+𝐻𝑒4𝐻𝑒是
90 91 ―1 92 90 2
𝛼衰变方程，选项A错误;
核反应方程𝑈235𝑈+𝑛1𝑛→𝐵𝑎144𝐵𝑎+𝐾𝑟89𝐾𝑟+3𝑛1𝑛是核裂变方程，也是链式反应的反应方程，选项B
92 0 56 36 0
正确;
在𝛼衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在𝛽衰变的过程中，电荷数多1，质量数不变，设经过了𝑚次𝛼
衰变，则有4𝑚 = 234―222 = 12，解得𝑚 = 3，经过了𝑛次𝛽衰变，则有2𝑚―𝑛 = 90―86 = 4，解得
𝑛 = 2，选项 C错误;铝核𝐴𝑙27𝐴𝑙被𝛼粒子击中后，核反应方程为𝐴𝑙27𝐴𝑙+𝐻𝑒4𝐻𝑒→𝑃30𝑃+𝑛1𝑛，选项 D
13 13 2 15 0
错误。
2.截至2024年底，我国太阳能并网发电占总装机比重已达24.8%，超越风电及水电装机规模，成为我国
第二大电源。太阳的能源主要由其内部的热核反应产生，其核反应方程是41𝐻→4𝐻𝑒+2𝑋，其中𝑋表示
1 2
某种粒子，则𝑋是( )
A. 电子 B. 中子 C. 中微子 D. 正电子
【答案】D
【解析】解：根据质量数和电荷数守恒，𝑋的质量数为0，电荷数为1，则𝑋为正电子，故D正确，ABC
错误。
故选：𝐷。
3.从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021年10月，我国第一颗太阳探测
科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空。太阳的能量由核反应提供，其中一种反应序列包含核反应： 3𝐻𝑒
2
+3𝐻𝑒→4𝐻𝑒+2𝑋，下列说法正确的是( )
2 2
A. 𝑋是中子 B. 该反应有质量亏损
C. 4𝐻𝑒比 3𝐻𝑒的质子数多 D. 该反应是裂变反应
2 2
【答案】B
【解析】A.根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，𝑋的质量数为1，电荷数为1，可知𝑋是质子，
故A错误；
𝐵𝐷.两个轻核结合成质量较大的核，核反应属于聚变反应，反应过程存在质量亏损，释放能量，故B正
确，D错误；
C. 4𝐻𝑒 与 3𝐻𝑒 的质子数相同，均为2个质子，故C错误。
2 2
故选：𝐵。
4.关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是( )A. 核聚变需要在高温下进行
B. 核聚变中电荷不守恒
C. 太阳质量不变
D. 太阳核反应方程式： 215𝑈+1𝑛→141𝐵𝑎+92𝐾𝑟+31𝑛
92 0 86 36 0
【答案】A
【解析】A.因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，才有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得它们
间的距离缩短，才能发生聚变，故A正确；
B.核聚变中电荷是守恒的，故B错误；
C.因为太阳一直在发生核聚变，需要放出大量能量，根据质能方程可知是要消耗一定的质量的，故C错
误；
D.核聚变的方程为 2𝐻+3𝐻→4𝐻𝑒+1𝑛，题中为核裂变方程，故D错误。
1 1 2 0
故选A。
5.已知氘核质量为2.0141𝑢，氚核质量为3.0161𝑢，氦核质量为4.0026𝑢，中子质量为1.0087𝑢，阿伏加
德罗常数𝑁 取6.0×1023𝑚𝑜𝑙―1，氘核摩尔质量为2𝑔⋅𝑚𝑜𝑙―1，1𝑢相当于931.5𝑀𝑒𝑉。关于氘与氚聚变成
𝐴
氦，下列说法正确的是( )
A. 核反应方程式为 2𝐻+3𝐻→3𝐻𝑒+1𝑛
1 1 2 0
B. 氘核的比结合能比氦核的大
C. 氘核与氚核的间距达到10―10𝑚就能发生核聚变
D. 4𝑔氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025𝑀𝑒𝑉
【答案】D
【解析】A.核反应方程式为 2𝐻+3𝐻→4𝐻𝑒+1𝑛，故A错误；
1 1 2 0
B.氘核的比结合能比氦核的小，故B错误；
C.氘核与氚核发生核聚变，要使它们间的距离达到 10―15𝑚 以内，故C错误；
D.一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损
𝛥𝑚 = (2.0141+3.0161―4.0026―1.0087)𝑢 = 0.0189𝑢
聚变反应释放的能量是𝛥𝐸 = 𝛥𝑚⋅931.5𝑀𝑒𝑉 ≈ 17.6𝑀𝑒𝑉
4
4𝑔 氘完全参与聚变释放出能量𝐸 = ×6×1023×𝛥𝐸 ≈ 2.11×1025𝑀𝑒𝑉
2
数量级为 1025𝑀𝑒𝑉 ，故D正确。
6.位于我省合肥的核聚变大科学装置“夸父”预计于2025年底全面建成，它将用来验证我国“人造太
阳”实验的关键技术。下列关于核聚变反应的说法正确的是( )A. 核聚变反应过程中没有质量亏损 B. 核聚变反应后原子核的总质量增加
C. 核聚变反应后，核子的比结合能增加 D. 核聚变反应后，核子的比结合能减小
【答案】C
【解析】A、核聚变反应过程中有质量亏损，根据质能方程可以求出释放的核能，故A错误；
B、核聚变反应后原子核的总质量减小，放出核能，故B错误；
𝐶𝐷、核聚变反应后，核子的比结合能增加，反应物更加稳定，故C正确，D错误；
二、多选题。
7.若氚核和氦核发生核反应生成锂核，反应方程为 3𝐻+4𝐻𝑒→7𝐿𝑖，已知各核的比结合能分别为𝐸
1 2 3 𝐻
= 1.112𝑀𝑒𝑉、𝐸 = 7.075𝑀𝑒𝑉、𝐸 = 5.603𝑀𝑒𝑉，下列判断正确的是( )
𝐻𝑒 𝐿𝑖
A. 7𝐿𝑖核的结合能为39.221𝑀𝑒𝑉
3
B. 该核反应释放的核能为7.585𝑀𝑒𝑉
C. 4𝐻𝑒的核子平均质量比 7𝐿𝑖的核子平均质量大
2 3
D. 4𝐻𝑒核比 3𝐻核更稳定
2 1
【答案】ABD
【解析】A. 7𝐿𝑖核的结合能为5.603×7𝑀𝑒𝑉 = 39.221𝑀𝑒𝑉，故A正确；
3
B.由题意知、核反应发生了质量亏损、释放核能，核反应 3𝐻+4𝐻𝑒的总结合能𝐸 =
1 2 1
(1.112×3+7.075×4)𝑀𝑒𝑉 = 31.636𝑀𝑒𝑉， 反 应 后 生 成 的 锂 核 的 结 合 能 𝐸
2
= 5.603×7𝑀𝑒𝑉 = 39.221𝑀𝑒𝑉，反应释放的核能𝛥𝐸 = 𝐸 ―𝐸 = (39.221―31.636)𝑀𝑒𝑉 = 7.585𝑀𝑒𝑉，
2 1
故B正确；
C.比结合能越大，核子平均质量越小， 4𝐻𝑒的比结合能比 7𝐿𝑖大，所以 4𝐻𝑒的平均核子质量比较小，故
2 3 2
C错误；
D.比结合能越大，原子核结合越紧密， 4𝐻𝑒的比结合能比 3𝐻 的大，所以 4𝐻𝑒更稳定，故D正确。
2 1 2
故选ABD。
8.用中子( 1𝑛)轰击铀核( 235𝑈)产生裂变反应，会产生钡核( 141𝐵𝑎)和氪( 92𝐾𝑟)并释放中子( 1𝑛)，达到某
0 92 56 36 0
些条件时可发生链式反应，―个铀核( 235𝑈)裂变时，释放的能量约为200𝑀𝑒𝑉(1𝑒𝑉 = 1.6×10―19𝐽)。下
92
列说法正确的是( )
A. 235𝑈裂变方程为 235𝑈→141𝐵𝑎+92𝐾𝑟+1𝑛
92 92 56 36 0
B. 235𝑈裂变方程为 235𝑈+1𝑛→141𝐵𝑎+92𝐾𝑟+31𝑛
92 92 0 56 36 0
C. 235𝑈发生链式反应的条件与铀块的体积有关
92
D. 一个 235𝑈裂变时，质量亏损约为3.6×10―28𝑘𝑔
92
【答案】BCD【解析】A. 铀核在裂变过程中需要中子的轰击，产生链式反应，故235U的裂变方程为 235U+ 1n→ 144B
92 92 0 56
𝑎+ 89K𝑟+31n，A错误，B正确；
36 0
C. 链式反应在进行过程中，还需要铀块达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去，C正确；
𝛥𝐸
D. 根据释放出来的核能，结合质能方程△𝐸 =△ 𝑚𝑐2可知，反应过程中，亏损质量为：𝛥𝑚 = = 200×
𝑐2
106×1.6×10―19÷(3.0×108)2 ≈ 3.6×10―28𝑘𝑔，故D正确。
故选BCD。
9.2025年3月，我国新一代人造太阳“中国环流三号”实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的
“双亿度”突破，将人类向“能源自由”的终极目标推进了一大步。人造太阳利用氘核与氚核聚变反应
释放能量，聚变资源储量丰富，主要产物清洁安全，被称为“人类未来的理想能源”。关于该装置及核
聚变相关原理，下列说法正确的是( )
A. 氘核与氚核结合生成氦核并释放中子，反应方程为： 2𝐻+3𝐻→4𝐻𝑒+1𝑛
1 1 2 0
B. 中国环流三号产生的能量主要来源于氘核与氚核被加速后获得的动能
C. 该反应有质量亏损，释放能量
D. 与核裂变相比，相同质量的核燃料，聚变反应中产生的能量比较多
【答案】ACD
【解析】A.核反应方程满足质量数守恒和核电荷数守恒，氘核与氚核结合生成氦核并释放中子，反应方
程为 2𝐻+3𝐻→4𝐻𝑒+1𝑛 ，A正确；
1 1 2 0
𝐵𝐶.中国环流三号产生的能量主要来源于氘核与氚核的核聚变反应，根据爱因斯坦质能方程 𝐸 = 𝑚𝑐2，
可知核聚变过程中质量亏损转化为能量释放出来，而不是氢原子被加速后获得的动能，B错误，C正
确；
D.与核裂变相比，相同质量的核燃料，聚变反应中产生的能量比较多，D正确。
故选ACD。
10.核反应 235𝑈+1𝑛→144𝐵𝑎+89𝐾𝑟+31𝑛是 235𝑈的一种裂变方式。下列说法正确的是( )
92 0 56 36 0 92
A. 核反应过程中电荷数与质量都守恒
B. 235𝑈的结合能大于 144𝐵𝑎的结合能
92 56
C. 144𝐵𝑎的比结合能大于 235𝑈的比结合能
56 92
D. 这个反应方程式表示的是 235𝑈原子核的衰变
92
【答案】BC
【解析】A.该核反应电荷数和质量数都守恒，但此反应释放核能有质量亏损，故A错误；
B. 235𝑈的核子数比 144𝐵𝑎多，所以 235𝑈 的结合能大于 144𝐵𝑎 的结合能，故B正确；
92 56 92 56C.重核裂变生成物的原子核更稳定，比结合能变大，故 144𝐵𝑎 的比结合能大于 235𝑈 的比结合能，故C
56 92
正确；
D.该核反应属于重核的裂变，不属于衰变，故D错误。
故选BC。
11.如图是慢中子反应堆的示意图，对核反应堆的下列说法中正确的是( )
A. 铀235容易吸收慢中子发生裂变反应
B. 快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子能量减少，变为慢中子
C. 常用的慢化剂有铅棒、镉棒等，能有效减少快中子能量
D. 反应堆外面的水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，但是不需要很厚
【答案】AB
【解析】A.根据铀235的特点，它更容易吸收慢中子而发生裂变，故A正确；
B.在反应堆中减速剂的作用就是减少快中子能量从而变成慢中子，故B正确；
C.链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数，控制棒可以吸收中子，因而可以控制核反应的
快慢，即插入越深，吸收的越多，反应将变慢，反之将加快，常用的慢化剂有镉棒、石墨棒和重水等，
能有效减少快中子个数或慢化快中子，铅棒则不能，故C错误；
D.反应堆外面的水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，射线的穿透能力很强，水泥防护层需
要很厚，故D错误。
故选AB。
12.2025年1月，我国“人造太阳”𝐸𝐴𝑆𝑇装置首次实现1亿摄氏度高温下高约束模等离子体运行长达1066
秒(约17.8分钟)，创下世界纪录，标志着我国在稳态高参数等离子体运行领域处于全球领先地位。该装
置中的聚变反应为： 2𝐻+3𝐻→4𝐻𝑒+1𝑛+能量。已知氘核、氚核、氦核的结合能分别为𝐸 、𝐸 、𝐸 ，
1 1 2 0 1 2 3
中子的结合能为0，则下列说法正确的是( )A. 氦核的比结合能比氘核大
B. 反应后氦核和中子的结合能总和等于反应前氘核和氚核的结合能总和
C. 该聚变反应释放的能量为(𝐸 ―𝐸 ―𝐸 )𝑐2
3 1 2
D. 氦核的核子平均质量比氘核小
【答案】AD
【解析】A. 由教材中“比结合能曲线”可知，氦核的比结合能比氘核大，选项A正确；
B. 核反应释放能量，由能量守恒知生成物总结合能大于反应物总结合能，选项B错误；
C. 释放的能量来自质量亏损，计算公式为△𝐸 = 𝛥𝑚𝑐2，而非(𝐸 ―𝐸 ―𝐸 )𝑐2，结合能之差𝐸 ―(𝐸 +
3 1 2 3 1
𝐸 )直接对应释放的能量，选项 C错误；
2
D. 比结合能越大，核子平均质量越小，氦核的比结合能大于氘核的比结合能，故其核子平均质量更小，
选项 D正确。
故选AD。
