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专题40 核反应和核能
考点
三年考情（2022-2024）
命题趋势
考点1 核反应
（5 年5 考）
2024 年高考河北卷：关于新能源汽车、储能和
信息通信等新兴产业的关键材料——锂元素的
核反应．
1. 核反应高考考查频率较高，年
年考，主要是以某特殊意义的核
反应切入。
2. 核能的考查通常以核电站为情
景，重点考查核能的计算及其相
关知识点。
考点2 核能
（5 年3 考）
2024 年高考甘肃卷：关于我国科学家在兰州重
离子加速器国家大科学装置上成功合成了新核
素
的核反应。
2022 年山东物理：碘125 衰变时产生
射线，
2022 年高考湖北物理：我国科学家王淦昌先生
首先提出证明中微子存在
实验方案。
2022 高考北京卷：中国科学院全超导托卡马克
核聚变实验装置。
2024 年1 月高考浙江卷：氘与氚聚变成氦的反
应。
2023 高考福建卷：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；2022
年高考辽宁物理：中国锦屏深地实验室发表了
首个核天体物理研究实验成果。2022 年1 月浙
江选考：秦山核电站。2022 高考北京卷：中国
科学院全超导托卡马克核聚变实验装置（
）取得新突破
1
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考点01 核反应
1. （2024 年高考河北卷）锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料．研究表明，锂元素
主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为
，式中的X 为（ ）
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】
根据核反应前后质量数和电荷数守恒得
，
故式中的X 为
，故选D。
2. （2024 年高考海南卷）人工核反应
中的X 是（ ）
A. 中子
B. 质子
C. 电子
D. α 粒子
【答案】A
【解析】
根据质量数守恒和电荷数守恒可知X 的电荷数为0，质量数为1，则X 是中子。
故选A。
3（2024 年高考福建卷第3 题）.核反应方程
，则其中的X 表示（ ）
A.
B.
C.
D.
【参考答案】B
【名师解析】根据核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X 是电子
，B 正确。
4. （2024 年高考甘肃卷）2024 年2 月，我国科学家在兰州重离子加速器国家大科学装置上成功合成了新
核素
，核反应方程如下：
该方程中X 是（ ）
A. 质子
B. 中子
C. 电子
D.
粒子
【答案】B
【解析】
2
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根据反应前后质量数和电荷数守恒得X 是
，故选B。
5. （2022 年山东物理）碘125 衰变时产生
射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125 的半衰期为
60 天，若将一定质量的碘125 植入患者病灶组织，经过180 天剩余碘125 的质量为刚植入时的（ ）
A.
B.
C.
D.
【参考答案】B
【命题意图】本题考查半衰期及其相关计算。
【名师解析】
碘125 的半衰期为60 天，根据半衰期的定义，经过一个半衰期，剩余
，经过180 天即3 个半衰期，剩余
碘125 的质量为刚植入时的
×
×
=
，选项B 正确。
【一题多解】设刚植入时碘的质量为
，经过180 天后的质量为m，根据
代入数据解得
故选B。
6. （2022 年高考湖北物理）上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在
实验
方案：如果静止原子核
俘获核外K 层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即
。根据核反应后原子核X 的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确
定中微子的存在。下列说法正确的是（ ）
A. 原子核X 是
B. 核反应前后的总质子数不变
C. 核反应前后总质量数不同
D. 中微子
的电荷量与电子的相同
【参考答案】A
3
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【命题意图】本题考查核反应及其相关知识点。
【解题思路】根据核反应遵循的规律，核反应前后质量数守恒，电荷数守恒，X 原子核的电荷数为3，质量
数为7，所以原子核X 是Li，选项A 正确BCD 错误。
7. （2022 高考上海）某元素可以表示为X，则下列可能为该元素同位素的是（ ）
A、
X B、
X C、
X D、
X
【参考答案】.C 【命题意图】考查对原子核同位素的理解。
【名师解析】根据原子核同位素的意义可知，同位素是位于元素周期表中同一位置的元素，原子序数相同，
电荷数相同，质子数相同，中子数不同，即左下角的数字必须相同，而左上角的数字不同，所以选项C 正
确。
【教材再现】原子核符号。
8．（2022 新高考海南卷）下列属于
衰变的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【参考答案】C
【名师解析】根据
衰变的定义可知选项C 属于
衰变。
9. （2022 高考上海）某原子核发生核反应放出一个正电子，则新原子核中多了一个（ ）
A。质子 B。中子
C、电子 D。核子
【参考答案】B
【命题意图】本题考查原子核反应+守恒思想
【名师解析】根据原子核反应过程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知质量数等于中子数+质子数，核反
应时放出一个正电子，电荷数减1，质量数不变，则新原子核中多了一个中子，选项B 正确。
【教材再现】由于原子核内没有电子，β 衰变的实质是
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同样，核反应放出的正电子，是原子核内的质子转化为一个中子和一个正电子，其转化方程为
这种转化产生的正电子发射到核外。与此同时，新核少了一个质子，却增加了一个中子。所以新核的质量
数不变，电荷数减少1.
10．（2022·全国理综甲卷·17）两种放射性元素的半衰期分别为
和
，在
时刻这两种元素的原子
核总数为N，在
时刻，尚未衰变的原子核总数为
，则在
时刻，尚未衰变的原子核总数为（
）
A．
B．
C．
D．
【参考答案】C
【命题意图】本题考查对半衰期的理解与计算。
【解题思路】N=N1+N2，在t=2t0时刻，一种经过了2 个半衰期，N1 剩下N1/4，另一种经过了1 个半衰
期，N2 剩下N2/2，则有N1/4+N2/2=N/3，解得：N1=2N/3，N2=N/3。在t=4t0时刻，一种经过了4 个半衰期，
N1 剩下N1/16，另一种经过了2 个半衰期，N2 剩下N2/4，尚未衰变的已知总数为N1/16+ N2/4=N/8.,选项C
正确。
5
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11．（2023 年6 月高考浙江选考科目）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将
衰变释放的核能一部分转换成电能。
的衰变方程为
，则（ ）
A．衰变方程中的X 等于233
B．
的穿透能力比γ 射线强
C．
比
的比结合能小
D．月夜的寒冷导致
的半衰期变大
【参考答案】.C
【名师解析】根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X=238-4=234，A 错误；γ
射线的穿透能力比α 射线穿透能力强，B 错误；根据原子核衰变的产物的比结合能大于放射
性原子核可知，
Pu 比
U 的比结合能小，C 正确；半衰期与原子核所处的物理化学状态无
关，D 错误。
12. （2023 高考全国甲卷）在下列两个核反应方程中
X+
N→Y+
O
Y+ Li→2X
X 和Y 代表两种不同的原子核，以Z 和A 分别表示X 的电荷数和质量数，则
A. Z=1，A=1，
B. Z=1，A=2，
C. Z=2，A=3，
D. Z=2，A=4，
【参考答案】D
【命题意图】本题考查核反应方程及其相关知识点。
【解题思路】设Y 的电荷数为Z’, 质量数为A’，根据核反应方程满足的质量数守恒和电荷数守恒，
Z+7=Z’+8，A+14=A’+17，Z’+3=2Z，A’+7=2A，联立解得：Z=2，A=4，Z’=1，A’=1，即Y 为质子，X 为氦核，D
正确。
13．（2022 年6 月浙江选考）秦山核电站生产
的核反应方程为
，其产物
的衰
变方程为
。下列说法正确的是，
A．X 是
B．
可以用作示踪原子
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C．
来自原子核外
D．经过一个半衰期，10 个
将剩下5 个
【参考答案】AB
【命题意图】本题考查核反应、β 衰变和对半衰期的理解。
【解题思路】
根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒，可知X 为质子
，A 正确；由于
具有放射性，且C
是构成生物体的主要元素之一，所以
可以用作示踪原子，B 正确；衰变放出的电子
来自原子核，C
错误；由于半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核不适用，所以经过一个半衰期，10 个
不一定剩下5 个，D 错误。
14. （2023 学业水平等级考试上海卷）单光子能量为8eV 的一种光的波长是 ；下一代超高精度
原子钟中，发生如下核反应：
U→
Th+ 。已知普朗克常数h=6.63×10-34Js，e=1.6×10-19C。
【参考答案】1.55×10-7m
He。
【名师解析】先把单光子能量8eV 变换成8×1.6×10-19 J=12.8×10-19J，由E=hc/λ 得出光的波长λ=1.55×10-7m。
根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知释放出的粒子为质量数4，电荷数2 的氦核。
15.（2023 高考海南卷） 钍元素衰变时会放出β 粒子，其中β 粒子是（ ）
A. 中子
B. 质子
C. 电子
D. 光子
【参考答案】C
【名师解析】
放射性元素衰变时放出的三种射线α、β、γ 分别是氦核流、电子流和光子流。其中β 粒子是电子，C 正确。
16．（2023 高考北京卷）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【参考答案】A
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【名师解析】根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知A 选项括号中为2 个中子，B 选项括号
中为氦核，C 选项括号中为质子，D 选项括号中为电子，A 正确。
17．（2023 广东卷）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应
的影响．下列说
法正确的是（ ）
A．Y 是
粒子，
射线穿透能力比
射线强
B．Y 是
粒子，
射线电离能力比
射线强
C．Y 是
粒子，
射线穿透能力比
射线强
D．Y 是
粒子，
射线电离能力比
射线强
【参考答案】D
【名师解析】根据核反应方程遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知Y 是
粒子，由于α 粒子带两个正电荷，
所以射线
射线电离能力比
射线强，D 正确。
18. （2023 天津卷）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：
【参考答案】A
【名师解析】
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；核聚变中电荷是守恒的，故B 错误；
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；
太阳中的核聚变的方程为
，题中D 选项核反应
为核裂变方
程，故D 错误。
考点02 核能
1. （2024 年1 月高考浙江卷）已知氘核质量为
，氚核质量为
，氦核质量为
，
中子质量为
，阿伏加德罗常数
取
，氘核摩尔质量为
，
相当于
。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（ ）
A. 核反应方程式为
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B. 氘核的比结合能比氦核的大
C. 氘核与氚核的间距达到
就能发生核聚变
D.
氘完全参与聚变释放出能量的数量级为
【答案】D
【解析】
核反应方程式为
故A 错误；
氘核的比结合能比氦核的小，故B 错误；
氘核与氚核发生核聚变，要使它们间的距离达到
以内，故C 错误；
一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损
聚变反应释放的能量是
氘完全参与聚变释放出能量
数量级为
，故D 正确。
。
2. （2023 高考全国乙卷） 2022 年10 月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的
“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线
暴在1 分钟内释放的能量量级为
。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质
量量级为（光速为
）
A.
B.
C.
D.
【参考答案】C
【命题意图】本题考查核能及其相关知识点。
【解题思路】1s 时间内释放的能量为△E=1.6×1046J，由质能方程可得△E=△mc2，解得△m=1029kg，C 正确。
【易错提醒】注意1 分钟释放的能量要转化为1s 时间内释放的能量。
3．（2023 全国高考新课程卷）铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原
子钟利用的两能级的能量差量级为10-5eV，跃迁发射的光子的频率量级为（普朗克常量
，
元电荷
）（ ）
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A．103Hz B．106Hz
C．109Hz D．1012Hz
【参考答案】.C
【名师解析】能级差量级为10-5eV，跃迁发射的光子能量E=10-5eV=1.6×10-19×10-5J=1.6×10-24J，根据光子能量
公式E=hv，解得v 的数量级为109Hz，C 正确。
4. （2023 高考湖南卷）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
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
【参考答案】A
【名师解析】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；根据核反应方程满足的
质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为
，B 错误；核裂变的核
反应燃料主要是铀235，而核聚变的核反应燃料主要是氘和氚，C 错误；根据质能方程，任何释放能量的核
反应都有质量亏损，所以核聚变反应过程中有质量亏损，D 错误。
5. （2022 天津学业水平选择性考试）从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳
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：
，下列说法正确的是（ ）
A. X 是中子
B. 该反应有质量亏损
C.
比
的质子数多
D. 该反应是裂变反应
【参考答案】B
【命题意图】本题考查核反应及其相关知识点。
【名师解析】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；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；
与
的质子数相同，均为2 个质子，故C 错误。
6. （2022 新高考福建卷）2011 年3 月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中
含有大量放射性元素
，其衰变方程为
，半衰期为8 天，已知
，
10
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，
，则下列说法正确的是（ ）
A. 衰变产生的
射线来自于
原子的核外电子
B. 该反应前后质量亏损
C. 放射性元素
发生的衰变为
衰变
D. 经过16 天，75%的
原子核发生了衰变
【参考答案】D
【命题意图】此题考查放射性元素衰变、质量亏损、半衰期及其相关知识点。
【名师解析】
根据题述，放射性元素
的衰变方程为
，释放出的是电子，所以放射性元素
发生
的衰变为
衰变，选项C 错误；
发射β 衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核
释放出来形成
射线，选项A 错误；该反应前后质量亏损为
，选项B 错误；
由于半衰期为8 天，可知经过16 天，即经过两个半衰期，没有衰变的放射性元素
只剩下1/4,即75%的
原子核发生了衰变，故D 正确。
7. （2023 高考福建卷）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
，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 × 108m/s）
【参考答案】 ①. 92 ②. 56 ③. 9 × 1013
【名师解析】
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 = mc2 = 1 × 10－3 × 9.0 × 1016J = 9 × 1013J
8．（2022 高考北京卷）2021 年5 月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置（
）取得新突破，
成功实现了可重复的1.2 亿摄氏度101 秒和1.6 亿摄氏度20 秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行
新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步。
等离子体状态不同于固体、液体和气体的状态，被认为是物质的第四态。当物质处于气态时，如果温度进
一步升高，几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，此时物质称为等离子体。在
11
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自然界里，火焰、闪电、极光中都会形成等离子体，太阳和所有恒星都是等离子体。下列说法不正确的是
（ ）
A．核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能
B．可以用磁场来约束等离子体
C．尽管等离子体整体是电中性的，但它是电的良导体
D．提高托卡马克实验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力
【参考答案】A
【命题意图】此题考查及其相关知识点。
【名师解析】核聚变释放的能量源于核反应释放的核能，不是等离子体中离子的动能，选项A 不正确。
9. （2022 年高考辽宁物理） 2022 年1 月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表
明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为
，己知
、
、
的质量分别为
，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的
是（ ）
A. X 为氘核
B. X 为氚核
C.
D.
【参考答案】B
【命题意图】本题考查核反应/核能及其相关知识点.
【名师解析】
根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X 的质量数为3，电荷数为1，为氚核
，选项A 错误，
B 正确；因该反应为人工转变，反应前两种粒子都有动能（总动能设为Ek1），反应后的生成物也有动能
Ek2，根据质能方程可知，由于质量亏损反应放出的能量为
,则反应释放的能
量为
11. （2022 年1 月浙江选考）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
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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
的核反应
【参考答案】CD
【名师解析】．秦山核电站利用的是重核裂变变释放的能量，故A 错误；原子核亏损的质量全部转化为电
能时，约为
，核电站实际发电还要考虑到核能的转化率
和利用率，则原子核亏损的质量大于27.6kg，故B 错误；核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，
通过中子的数量控制链式反应的速度，故C 正确；反应堆利用铀235 的裂变，生成多个中核和中子，且产
物有随机的两分裂、三分裂，即存在
的核反应，故D 正确。
12．（2022 高考湖南卷）1932 年，查德威克用未知射线轰击氢核，发现这种射线是由质量与质子大致相等
的中性粒子（即中子）组成。如图，中子以速度
分别碰撞静止的氢核和氮核，碰撞后氢核和氮核的速度
分别为
和
。设碰撞为弹性正碰，不考虑相对论效应，下列说法正确的是（ ）
A．碰撞后氮核的动量比氢核的小 B．碰撞后氮核的动能比氢核的小
C．
大于
D．
大于
【参考答案】Ｃ
【名师解析】设中子质量为m，则氢核质量为m，氮核质量为1 ４m，碰撞后氢核和氮核的速度分别为
和
，中子速度分别为v3和v4，中子碰撞静止的氢核，根据弹性碰撞规律，mv0= mv1+ mv3
mv0
2=
mv1
2+
mv3
2
联立解得：v3=0；v1=v0；
中子碰撞静止的氮核，根据弹性碰撞规律，mv0= mv4+ 14mv2
mv0
2=
mv4
2+
14mv2
2
联立解得：v4=-
v0；v2=
v0；由此可知，
小于
，
小于
，选项CD 错误。
碰撞后氢核的动量为pH=m v1= m v0，碰撞后氮核的动量为pN=14m v2=14m
v0=
m v0，显然碰撞后
氮核的动量比氢核的大，选项A 错误；
碰撞后氮核的动能EkN=
14mv2
2=
mv0
2，碰撞后氢核的动能EkH=
mv0
2，显然碰撞后氮核的动能比氢
核的小，选项B 正确。
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