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高考重点考点解读与针对性训练
第十七章 原子物理
考点138 核反应和核能
【考点解读】
考点1 核反应
1.原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程，称为核反应。
2.核反应中遵循两个守恒规律，即 质量数守恒 和 电荷数守恒 。
考点2 核反应的四种类型
类 型
可控性
核反应方程典例
衰
变
α 衰变
自发
92
238 U→ 90
234 Th＋ 2
4He
β 衰变
自发
90
234
Th→ 91
234
Pa＋－1
0 e
人工转变
人工
控制
7
14N＋ 2
4He→ 8
17 O＋ 1
1H（卢瑟福发现质子）
2
4He＋ 4
9Be→ 6
12 C＋ 0
1n（查德威克发现中子）
13
27Al＋ 2
4He→15
30P＋ 0
1n
15
30P→14
30Si＋ 1
0e
约里奥—居里夫妇发现人工放射
性同位素
重核裂变
比较容易进
行人工控制
92
235 U＋ 0
1n→56
144Ba＋ 36
89Kr＋30
1n
92
235
U＋ 0
1n→ 54
136 Xe＋ 38
90Sr＋100
1n
轻核聚变
很难控制
❑1
2H＋ 1
3H→2
4He＋ 0
1n
.核反应方程式的书写
(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子(H)、中子
(n)、α 粒子(He)、β 粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。
(2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒。
(3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。
考点3 核力、结合能、质量亏损
1.核力
（1）定义：原子核中的核子之间存在的一种很强的相互作用力，它使得核子紧密地结合在
一起，形成稳定的原子核。
1
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（2）特点
①核力是强相互作用的一种表现。
②核力是短程力，作用范围只有约10－15 m，即原子核的大小。
2.结合能
原子核是核子凭借 核力 结合在一起构成的，要把它们分开，也需要 能量 ，这就是
原子核的结合能。
3.比结合能
（1）定义：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。
（2）特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越
牢固，原子核越稳定。
4.质能方程、质量亏损
爱因斯坦质能方程E＝ mc2 。原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这就是质量
亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的 结合能 。
对质能方程的理解
(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2。
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝
Δmc2。
5. 计算核能的三种方法
（1）根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，ΔE 的单位是
“J”。
（2）根据ΔE＝Δm×931.5 MeV 计算。因1 原子质量单位（u）相当于931.5 MeV 的能量，
所以计算时Δm 的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”。
（3）根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。
考点 4 核裂变和核聚变
1.重核裂变
（1）定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的
过程。
（2）特点
①核裂变过程中能够放出巨大的能量。
②核裂变的同时能够放出2 或3 个中子。
③核裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变，有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂
和四分裂概率非常小。
（3）典型的核裂变反应方程
2
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92
235 U＋ 0
1n→36
89Kr＋ 56
144 Ba＋30
1n。
（4）链式反应：由重核裂变产生的 中子 使裂变反应一代接一代继续下去的过程。
（5）临界体积和临界质量：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。
（6）核裂变的应用： 原子弹 、核反应堆。
（7）反应堆构造：核燃料、慢化剂（如重水、石墨）、 镉棒 （也叫控制棒，它可以吸
收中子，用于调节中子数目以控制反应速度）、防护层。
2.轻核聚变
（1）定义
两个轻核结合成 质量较大 的核的核反应。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫
热核反应 。
（2）特点
①核聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比核裂变反应中平均每个核子
放出的能量大3～4 倍。
②核聚变反应比核裂变反应更剧烈。
③核聚变反应比核裂变反应更安全、清洁。
④自然界中核聚变反应原料丰富。
（3）典型的核聚变反应方程
1
2H＋
1
3
H→2
4
❑He＋ 0
1n＋17.6 MeV。
【高考真题】
【典例1】．（2025 高考福建卷）核反应方程为
→
+17.6MeV，现真空中有
两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转
化为
与
的动能，则（ ）
A．该反应有质量亏损
B．该反应为核裂变
C．
获得的动能约为14MeV
D．
获得的动能约为14MeV
【典例2】．（2025 高考安徽卷）2025 年4 月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆
实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核（
3
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）俘获x 个中子（
），共发生y 次衰变，转化为易裂变的铀核（
），则（
）
A．
B．
C．
D．
【典例3】. （2025 高考物理海南卷）核反应方程中
，则X
是（ ）
A.
B.
C.
D.
【典例4】．（2025 年高考北京卷）自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由
反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反
氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和
其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下
列说法正确的是（ ）
A．己知氢原子的基态能量为-13.6eV，则反氢原子的基态能量也为-13.6eV
B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子
C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子
D．反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量
【典例5】.（2024·福建高考1 题） 28
63Ni→29
63Cu＋X，则其中的X 表示（ ）
A.2
4He
B.－1
0 e
【典例6】（2024·广东高考2 题）我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”。
其科学目标之一是探寻神秘的“119 号”元素，科学家尝试使用核反应Y ＋ 95
243
Am→119
A
X＋20
1n 产生该元素。关于原子核Y 和质量数A，下列选项正确的是（ ）
A.Y 为26
58Fe，A＝299
B.Y 为26
58Fe，A＝301
C.Y 为24
54Cr，A＝295
D.Y 为24
54Cr，A＝297
【典例7】（2024·浙江1 月选考7 题）已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，
4
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氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol－1，氘
核摩尔质量为2 g·mol－1，1 u 相当于931.5 MeV。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1
2H＋ 1
3H→2
3He＋ 0
1n
B.氘核的比结合能比氦核的大
C.氘核与氚核的间距达到10－10 m 就能发生核聚变
D.4 g 氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
【典例8】.（2024·湖北高考2 题）硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一
， 5
10 B＋ 0
1n→3
aX＋ b
4Y 是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y 代表两种不同的原子
核，则（ ）
A.a＝7，b＝1
B.a＝7，b＝2
C.a＝6，b＝1
D.a＝6，b＝2
【典例9】.（2024·江苏高考3 题）用粒子X 轰击氮核从原子核中打出了质子，该实验的核
反应方程式是X ＋ 7
14
N→1
1H＋ 6
14 C，则粒子X 为（ ）
A.正电子1
0e
B.中子0
1n
C.氘核1
2H
D.氦核2
4He
【典例10】.（2023·湖南高考1 题）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1
2H＋ 1
3H→2
4He＋－1
0e
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
【典例11】(2022·全国甲卷，17)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t＝0 时刻这两
种元素的原子核总数为N，在t＝2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在t＝4t0时刻，尚
未衰变的原子核总数为( )
A.
B.
C.
D.
【典例12】(2023·全国乙卷，16)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1048 J。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3×108 m/s)( )
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A.1019 kg
B.1024 kg
C.1029 kg
D.1034 kg
【典例13】(2023·北京卷，3)下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是( )
A.U＋n→Ba＋Kr＋( )
B.U→Th＋( )
C.N＋He→O＋( )
D.C→N＋( )
【针对性训练】
1. （2025 年5 月广州高三综合测试）如图所示，“核反应堆”通过可控的链式反应实现核能
的释放，核燃料是铀棒，在铀棒周围放“慢化剂”，快中子与慢化剂中的原子核碰撞后，中
子速度减小变为慢中子。下列说法正确的是（ ）
A. “慢化剂”使快中子变慢中子，慢中子更难被铀核俘获
B. 当核反应过于缓慢时，可以适当的插入镉棒，达到加快核反应速度的目的
C. 铀块体积越小，越容易发生链式反应，能发生链式反应的铀块最大体积叫作它的临界体
积
D. 链式反应是指让一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程自己持续下
去的反应
2. （2025 年5 月山西三模）太阳中的核反应主要是“质子-质子链反应（pp 链）”和“碳
氮氧循环（CNO 循环）”，CNO 循环中有两个核反应方程式：
和
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。则方程式中X 为（ ）
A. α 射线
B. β 射线
C. 正电子
D. 中子
3.（2025·广东揭阳模拟）2023 年4 月12 日，中国“人造太阳”—全超导托卡马克核聚变
实验装置（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行403 秒，创造了新的世界纪录，
其内部发生的核反应方程为1
2H＋ 1
3H→2
4He＋X，则（ ）
A.该反应为β 衰变
B.X 为中子
C.X 为质子
D.2
4He 的结合能比1
2H 的结合能小
4. （河西区2024-2025 学年度第二学期高三年级总复习质量调查（二））原子核的链式反
应也可以在人工控制下进行。如图所示为当前普遍使用的“慢中子”核反应堆的示意图，
铀棒是核燃料，其中一种反应方程为
，已知该反应过程中释
放的能量为
，则下列说法正确的是（ ）
A.
的比结合能为
B.
捕获中子发生裂变，
比
更稳定
C. 新核Y 含有89 个核子
D. 镉棒的作用是使快中子变成慢中子
5. ( 2025 届湖北省孝感市八校三模联考)新华社合肥2024 年1 月14 日电，每平方米每秒钟
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可极速喷射出亿亿亿个粒子！记者从中国科学院合肥物质科学研究院获悉，该院大科学团
队成功研制强流直线等离子体装置“赤霄”，如同一把性能超强的“激光剑”，为研制“人造太
阳”核心材料提供科技利器，14 日经专家组鉴定，“赤霄”参数达到设计指标，整体性能国际
先进。中国的“人造太阳”成功实现稳态高约束模式等离子体运行时间403 s，创造了世界纪
录。“人造太阳”在工作时进行两种热核聚变反应：H＋H→He＋X＋17.6 MeV 和He＋
He→He＋2Y＋12.86 Mev，其内部结构如图，下列说法正确的是（ ）
A. 目前主流核电站都在利用热核聚变进行发电
B. 反应中释放出的X 粒子会受到线圈磁场的磁约束力
C. 反应中释放出的Y 粒子为中子
D.
He 核子平均质量大于He 核子平均质量
6. (四川雅安市高2025 年4 月第二次诊断)中国将在2025 年开工建设全球首座商用钍基熔
盐堆，预计2029 年投入运行，这是核能领域又一重大突破！如图所示是不易裂变的
转化为易裂变的
的过程示意图。下列说法正确的是（ ）
A.
衰变为
是β 衰变
B.
的比结合能小于
的比结合能
8
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C.
衰变为
放出的电子来自原子核外电子
D. 可以通过升温、加压的方式改变核废料的半衰期
7.（2024·四川绵阳模拟）用中子轰击静止的锂核，核反应方程为0
1n＋ 3
6Li→2
4He＋X＋γ。
已知γ 光子的频率为ν，锂核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2，X 核的比结合能为
E3，普朗克常量为h，真空中光速为c。关于该核反应，下列说法中正确的是（ ）
A.X 核为1
2H 核
B.γ 光子的动量p＝hc
ν
C.释放的核能ΔE＝（4E2＋3E3）－6E1
D.质量亏损Δm＝（4 E2+3 E3）－6 E1＋hν
c
2
8 原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有（ ）
A.2
4He 核的结合能约为14 MeV
B.2
4He 核比3
6Li 核更稳定
C.两个1
2H 核结合成2
4He 核时释放能量
D. 92
235
U 核中核子的比结合能比36
89Kr 核中的大
9 下列核反应方程的表述正确的是（ ）
A.1
3H＋ 1
1H→2
4He＋γ 是核裂变反应
B.2
4He＋ 13
27Al→15
30P＋ 0
1n 是原子核的人工转变
C. 9
19 F＋ 1
1H→8
16O＋ 2
4He 是α 衰变
D. 92
235 U＋ 0
1n→38
90Sr＋ 54
136
Xe＋100
1n 是聚变反应
10 太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚
变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c 为真空中的光速)的氘核(H)和一个质量
为2 809.5 MeV/c2的氚核(H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核(He)，并放
9
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出一个X 粒子，同时释放大约17.6 MeV 的能量。下列说法正确的是( )
A.X 粒子是质子
B.X 粒子的质量为939.6 MeV/c2
C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg
D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2
11 重核裂变和轻核聚变都释放出能量。如图5 所示为原子核的平均结合能与
质量数之间的关系图线，下列说法正确的是( )
图5
A.铀核裂变的一个重要核反应方程是U→Ba＋Kr＋2n
B.U 核的平均结合能大于Ba 核的平均结合能
C.三个中子和三个质子结合成Li 核时释放能量约为20 MeV
D.He 核的平均核子质量小于Li 核的平均核子质量
12 .用中子轰击静止的锂核，核反应方程为n＋Li→He＋X＋γ。已知γ 光子的
频率为ν，锂核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2，X 核的比结合能为
E3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法中正确的是( )
A.X 核为H 核
B.γ 光子的动量p＝
C.释放的核能ΔE＝4E2＋3E3－6E1
D.质量亏损Δm＝
13 太阳内部的热核反应是轻核聚变为氦核的过程，有一种反应序列是质子循环，相当于
4 个质子聚变生成一个氦核和另外两个相同的粒子，核反应方程为41
1H→2
4He＋2Z
AX＋ΔE，
已知质子的质量为m1，氦核的质量为m2，另外的两个粒子的质量均为m3，太阳每秒辐射
的能量为4×1026 J，已知光速c＝3×108 m/s，求：
（1）X 的质量数A、电荷数Z 及一次聚变释放的能量（用字母表示）；
10
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（2）太阳每秒亏损的质量为多少千克？（保留两位有效数字）
11
