第五章 4. 5.
基础达标练
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：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；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；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；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。
2．下列说法不正确的是( )
A．核裂变反应中慢化剂的作用是使中子更适于引发核裂变
B．人工产生的热核反应主要用在核武器上，例如氢弹
C．原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的
D．通常把核裂变物质能够发生链式反应的最大体积称为它的临界体积
答案：D
解析：核裂变反应中慢化剂的作用是使中子减速，更适于引发核裂变，A正确；人工产生的热核反应指轻核聚变，主要用在核武器上，例如氢弹，B正确；原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，C正确；通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积称为它的临界体积，D错误。
3．(多选)日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆内，终止了铀的裂变链式反应。但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升，对周边环境产生了巨大的危害。则下列说法正确的是( )
A．控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制
B．控制棒插入核反应堆芯后，被吸收的中子数量变多
C．核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大
D．核泄漏中放射性物质对人类是有害的
答案：ABD
解析：控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制，故A、B正确；核泄漏中放射性物质对周边环境产生了巨大的危害，故D正确； 因为核裂变反应有能量释放，可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小，故C错误。
4．(2024·河南许昌一模)2024年1月6日，“华龙一号”4号机组内穹顶吊装就位，我国“华龙一号”是当前核电市场接受度最高的三代核电机型之一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国的跨越。核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。U＋n―→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用mU、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr核的质量，mX表示X粒子的质量，c为真空中的光速。以下说法正确的是( )
A．X为中子，a＝2
B．太阳就是一个巨大的铀核裂变反应堆
C．上述核反应中放出的核能ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mX)c2
D．铀块体积必须达到临界体积，有质子通过时，才能发生链式反应
答案：C
解析：由电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子，由质量数守恒知a＝3，故A错误；太阳发生的是轻核聚变，所以太阳是一个巨大的热核反应堆，故B错误；由题意知，核反应过程中的质量亏损Δm＝mU＋mX－mBa－mKr－3mX，由质能方程可知，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(mU－mBa－mKr－2mX)c2，故C正确；根据链式反应的条件可知，铀块体积必须达到临界体积，有中子通过时，才能发生链式反应，故D错误。
5．中国核工业集团新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”，取得了聚变温度1.5亿摄氏度、等离子体电流2.5兆安培的重要进展，在这个全球竞争的聚变科学项目中一直保持着领先。关于核聚变反应，下列说法正确的是( )
A．核聚变反应原理简单，比裂变反应容易实现
B．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
C．太阳目前正在进行的核反应既有聚变反应，也有裂变反应
D．核聚变反应的核反应方程可能是H＋H―→He＋2n
答案：B
解析：核聚变反应原理简单，但需要极高的温度，所以比裂变反应更难实现，选项A错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减小，比结合能增加，选项B正确；太阳目前正在进行的核反应是聚变反应，选项C错误；根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知，D项中的核反应方程不正确，正确的可能为H＋H―→He＋n。
6．(2024·青海模拟预测)宇宙中一些炽热的恒星通过热核反应正源源不断地向外辐射能量，其中一种热核反应为2H―→X＋n，若H、X的比结合能分别为E1、E2，光在真空中传播的速度为c，下列说法正确的是( )
A．该反应是吸热反应
B．核反应中的X为He
C．X的中子数为1
D．核反应中质量亏损为
答案：C
解析：由题意可知该核反应为放热反应，故A错误；根据核反应前后质量数、电荷数守恒，可知X为He，故B错误；X的中子数为3－2＝1，故C正确；核反应中质量亏损为Δm＝＝，故D错误。
7．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的，u夸克带电荷量为＋e，d夸克带电荷量为－e，e为元电荷，下列论断可能正确的是( )
A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成
答案：B
解析：题目中给出的信息是u夸克与d夸克带的电荷量，故应从质子所带电荷为e，中子不带电荷的角度考虑，经过分析知B项正确。
8．太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射。若已知两个氘核H聚变产生一个中子n和一个氦核He。已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u,1 u的质量相当于931.5 MeV的能量。则：
(1)写出核反应方程；
(2)求核反应中释放的核能；
(3)两氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能，求反应中产生的中子和氦核的动能。
答案：(1)H＋H―→He＋n
(2)3.26 MeV
(3)2.97 MeV 0.99 MeV
解析：(1)核反应方程为H＋H―→He＋n。
(2)核反应过程中质量减少了
Δm＝2×2.013 6 u－1.008 7 u－3.015 0 u＝0.003 5 u
释放的核能ΔE＝0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。
(3)据动量守恒定律得p1＋p2＝0
而E＝，又mHe＝3mn，则En＝3EHe
由能量守恒定律得En＋EHe＝ΔE＋2Ek
代入数据解得En＝2.97 MeV，EHe＝0.99 MeV。
能力提升练
9.K－介子衰变方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电。一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径RK－与Rπ－之比为2∶1，如图所示，π0介子的轨迹未画出，由此可知π－介子的动量大小与π0介子的动量大小之比为( )
A．1∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．1∶6
答案：C
解析：因为RK－＝，Rπ－＝，它们的半径RK－与Rπ－之比为2∶1，因电荷量相同，则＝，K－介子在P点发生衰变，衰变后π－介子的运动方向与K－介子相反，衰变过程动量守恒：pK－＝－pπ－＋pπ0，解得pπ0＝pK－＋pπ－＝3pπ－，所以有＝，选项C正确。
10．(多选)在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击铀核发生裂变反应，释放出大量核能。已知核反应方程式U＋n―→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的众多反应中的一种，其中U的相对原子质量是235.043 9 u(单位原子质量1 u＝1.66×10－27 kg)，每次该核反应释放出的核能为173.8 MeV。现有一座核电站发电能力为3.6×106 kW，核能转化为电能的效率为45%，假定反应堆中发生的裂变全是本题中的核反应，下列说法正确的是( )
A．X是n，a＝3
B．为使核反应堆持续正常工作，必须由外界不断地向铀块射入高速中子流
C．该裂变反应每次释放出的核能与氢原子光谱中波长最短的一个光子的能量相当
D．该核电站每年(1年按3×107 s计算)消耗的铀核质量约为3.4 t
答案：AD
解析：据电荷数守恒知X是n，据质量数守恒知a＝235＋1－141－92＝3，故A正确；核反应过程中产生中子，故不需要一直由外界射入高速中子流，故B错误；氢原子光谱波长最短的光子能量为13.6 eV，该裂变反应每次释放出的核能为173.8 MeV，两者不相等，故C错误；此核电站一年产生的电能为E电＝Pt。设质量为M的铀核提供的能量为E总＝ΔE，又知E电＝ηE总，可得M≈3.4×103 kg＝3.4 t，故D正确。
11．(2024·河北一模)统计显示，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列对于铀235相关的核反应的描述中，说法正确的是( )
A．铀块的体积越小，越容易发生链式反应
B．发生链式反应的核反应方程为U―→Ba＋Kr＋2n
C．在核反应堆中，中子的速度越快，铀核越容易发生核裂变
D．核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，主要是为了调节中子数量，控制反应速度
答案：D
解析：要使链式反应发生，铀块必须达到临界体积，故A错误；只有中子轰击铀核，才能发生裂变反应，其方程为U＋n―→Ba＋Kr＋3n，故B错误；在核反应堆中，中子的速度越快，会与铀235“擦肩而过”，铀核越不容易发生核裂变，故C错误；核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，可以吸收中子，主要是为了调节中子数量，控制反应速度，故D正确。
12．(多选)图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，一种典型的铀核裂变方程为U＋n―→Ba＋Kr＋3n，用重水作慢化剂可使快中子减速。假设中子与重水中的氘核(H)的每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前氘核是静止的，氘核的质量是中子的两倍，则下列说法正确的是( )
A．钡核(Ba)的比结合能比铀核(U)的大
B．若碰撞前中子的动能为E0，经过一次弹性碰撞，中子动能变成E0
C．镉棒插入深一些可增大链式反应的速度
D．水泥防护层可用来屏蔽裂变产物放出的射线
答案：ABD
解析：铀核在裂变过程中，释放出核能，表明钡核比铀核更加稳定，所以钡核的比结合能要比铀核的大，故A正确；根据动量守恒定律有mnv0＝mnv1＋mHv2，根据能量守恒定律有mnv＝mnv＋mHv，由于氘核的质量是中子的两倍，解得v1＝－v0，v2＝v0，可知mnv＝mn2＝×mnv＝E0，故B正确；镉棒插入越深，则镉棒吸收中子数越多，链式反应速度越小，故C错误；水泥防护层可以屏蔽裂变产物放出的射线，故D正确。
13．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的。一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下列说法正确的是( )
A．母核的质量数小于子核的质量数
B．母核的电荷数大于子核的电荷数
C．子核的动量与中微子的动量相同
D．子核的动能大于中微子的动能
答案：B
解析：原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。电荷数少1，质量数不变，故A错误，B正确；原子核(称为母核)俘获电子的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反，故C错误；子核的动量大小和中微子的动量大小相等，由于中微子的质量很小，根据Ek＝，知中微子的动能大于子核的动能，故D错误，故选B。
14．太阳现在正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和质子、氦核等组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应为两个电子与四个质子聚变为氦。已知太阳的质量为2×1030 kg，太阳向周围空间辐射能量的总功率为3.8×1026 W。
(1)写出上述聚变反应的方程；
(2)已知质子质量mp＝1.67×10－27 kg，氦核质量mα＝6.645 8×10－27 kg，电子质量me＝9.0×10－31 kg，光速c＝3.0×108 m/s，求每发生一次上述核反应所释放的能量；
(3)根据题目中数据计算太阳1秒钟减少的质量。求太阳还能用多少年？
答案：(1)2e＋4H―→He (2)3.24×10－12 J
(3)4.2×109 kg 1.5×1013年
解析：(1)根据聚变反应满足质量数、电荷数守恒得核反应方程为2e＋4H―→He。
(2)反应中的质量亏损
Δm＝2me＋4mp－mα＝(2×9.0×10－31＋4×1.67×10－27－6.645 8×10－27) kg＝3.6×10－29 kg，
由爱因斯坦质能方程可知核反应释放的能量ΔE＝Δmc2＝3.6×10－29×(3.0×108)2 J＝3.24×10－12 J。
(3)太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量Δm＝＝ kg＝4.2×109 kg，
太阳还能用t＝＝ s≈4.76×1020 s，
＝1.5×1013年。
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第五章 原子核
4．核裂变与核聚变
5．“基本”粒子
目标体系构建
1．知道核裂变反应及链式反应的条件。
2．知道裂变反应堆的工作原理，知道核电站的工作流程。
3．了解聚变反应及条件。会判断和填写核聚变方程，并能计算聚变释放的能量。
4．初步了解粒子物理学的基础知识及粒子的分类。
1．知道什么是裂变、聚变和链式反应，知道链式反应和聚变的条件。
2．会书写裂变和聚变方程，会利用质量亏损计算裂变和聚变产生的核能。
3．了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。
4．了解粒子的发现史。
5．知道粒子的分类及特点，了解夸克模型。
课前预习反馈
知识点 1
1．核裂变：重核被______轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出______的过程。
核裂变的发现
3．链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使________反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的__________。
4．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于__________或裂变物质的质量大于__________。
中子
核能
核裂变
链式反应
临界体积
临界质量
『判一判』
(1)只要铀块的体积大于临界体积，就可以发生链式反应。( )
(2)重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小。( )
×
×
『选一选』
铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( )
A．重要因素是铀块的质量，与体积无关
B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．能否发生链式反应与铀块的质量无关
答案：C
解析：要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积，或质量小于临界质量就不会产生链式反应。裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变。如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确。
知识点 2
1.核能释放的控制：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为__________。
2．慢化剂：反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有______、______和________(也叫轻水)。
3．控制棒：为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收______的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入____一些，多吸收一些______，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作________。
反应堆与核电站
核反应堆
石墨
重水
普通水
中子
深
中子
控制棒
4．能量输出：核燃料______释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外__________，把反应堆内的______传输出去，用于______。
说明：核裂变是可以控制的，如核电站的建立和应用。
『判一判』
(3)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。( )
裂变
循环流动
热量
发电
√
『选一选』
(2024·辽宁丹东二模)核电作为清洁低碳、安全高效、稳定且可大规模发展的绿色低碳能源，在推动绿色发展和助力“双碳”目标实现方面发挥着重要的作用。据统计，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列关于核反应的说法正确的是( )
A．重核裂变过程中能释放能量而轻核聚变过程中只吸收能量
答案：C
知识点 3
1.定义：两个轻核结合成__________的核，这样的核反应叫作________。
核聚变
3．条件：(1)轻核的距离要达到_____________以内。
(2)需要加热到很高的______，因此又叫__________。
4．优点：(1)轻核聚变____________。
(2)地球上__________的储量丰富。
(3)轻核聚变更为____________。
5．约束方法有________和惯性约束。
质量较大
核聚变
10－15 m
温度
热核反应
产能效率高
聚变燃料
安全、清洁
磁约束
『判一判』
(4)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。( )
(5)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。( )
(6)质子、中子不能再分。( )
(7)太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦，以电磁波的形式向外辐射核能。( )
√
√
×
√
『想一想』
万物生长靠太阳(如图)，太阳在我们日常生活中是不可替代的，它提供给地球足够的能源，如果说太阳一旦没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失。
你知道太阳的能量来源吗？
提示：来源于太阳内部的核聚变反应。
知识点 4
1.基本粒子不基本
(1)直到19世纪末，人们都认为______、电子、______和中子是基本粒子。
(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上__________组成的，并发现______、______等本身也有复杂结构。
粒子
光子
质子
基本粒子
质子
中子
2．发现新粒子
(1)新粒子：1932年发现了________,1937年发现了______，1947年发现了__________和________及以后的超子等。
(2)粒子的分类：大体可分为______、______、规范玻色子和希格斯玻色子几种类型。
(3)夸克模型的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由______构成的。
说明：反粒子最显著的特点是当它们与相应的正粒子相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子。
正电子
μ子
K介子
π介子
强子
轻子
夸克
课内互动探究
探究?
重核的裂变及链式反应
要点提炼
1.铀核的裂变
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形式。
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能。
(3)常见的裂变方程：
2．链式反应的条件
(1)要有足够浓度的235U。
(2)要有足够数量的慢中子。
(3)铀块的体积要大于临界体积。
3．裂变反应的能量
铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。
典例剖析
1．(多选)关于铀核裂变，下列说法正确的是( )
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀235而不用铀238
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
答案：BC
解析：铀核裂变成两块的情况居多，也有裂变成多块的情形；每个铀核裂变会放出2～3个中子，故A错误，B正确；铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只能俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的概率小，故C正确；要引起链式反应，需使铀块体积大于或等于临界体积，故D错误。
关于重核的裂变，以下说法正确的是( )
A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应
C．重核裂变释放出大量能量，产生质量亏损，所以核子数要减少
D．重核的核子的平均质量大于中等质量核的核子的平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
答案：D
对点训练
解析：铀核俘获中子而裂变，裂变时释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量，故A错误；链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于临界体积，且中子速度也有要求，故B错误；重核裂变为中等质量的核时，发生质量亏损，放出核能，但核子数守恒，故C错误，D正确。
探究?
核电站
要点提炼
1.核电站的主要组成
核电站的核心设施是核反应堆 ，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：
部件名称 慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层
采用的
材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液态钠 很厚的水泥外壳
作用 降低中子速度，便于铀235吸收 吸收中子，控制反应速度 把反应堆内的热量传输出去 屏蔽射线，防止放射性污染
2.反应堆工作原理
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨、重水或普通水为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围。
反应堆示意图
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。
发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。
3．核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少。
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。
(3)对环境的污染要比火力发电小。
典例剖析
2．(多选)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容易吸收快中子发生裂变反应
B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．若要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
答案：BC
解析：根据铀235的特点，它更容易吸收慢中子而发生裂变，A错误；在反应堆中慢化剂的作用就是减少快中子能量从而更易让铀235吸收裂变，B正确；链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数，镉控制棒可以吸收中子，因而可以控制核反应的快慢，即插入的深，吸收的多，反应将变慢，反之将加快，C正确，D错误。
答案：BD
对点训练
探究?
氢核的聚变
要点提炼
1.轻核聚变是放能反应
从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
2．聚变发生的条件
要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，但是原子核是带正电的，要使它们接近10－15 m就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能。方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温。
3．核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。
4．核聚变的应用
(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。
(2)可控热核反应：目前处于探索阶段。
典例剖析
3．太阳能源于其内部的聚变反应，太阳质量也随之不断减少。设每次聚变反应可看作4个氢核结合成1个氦核，太阳每秒钟辐射的能量约为4.0×1026 J，下列说法正确的是( )
A．该聚变反应在常温下也容易发生
B．太阳每秒钟减少的质量约为4.4×109 kg
D．目前核电站采用的核燃料主要是氢核
答案：B
一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量mτ＝3.018 0 u。1 u相当于931.5 MeV的能量。
(1)写出聚变方程。
(2)释放出的核能为多大？
(3)平均每个核子释放的能量是多大？
对点训练
解析：(1)聚变方程
(2)质量亏损：Δm＝mH＋2mn－mT＝(1.007 3＋2×1.008 7－ 3.018 0)u＝0.006 7 u，释放的核能ΔE＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV。
要点提炼
1.新粒子的发现及特点
探究?
粒子的分类及夸克模型
发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪60年代后
新粒子 反粒子 μ子 K介子与π介子 超子
基本
特点 质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反 比质子的质量小 质量介于电子与核子之间 其质量比质子大
2.粒子的分类
分类 参与的相互作用 发现的粒子 说明
强子 参与强相互作用 质子、中子、介子、超子等 强子有内部结构
轻子
(六种) 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 轻子都有反粒子
未发现轻子有内部结构
分类 参与的相互作用 发现的粒子 说明
规范
玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用
希格斯
玻色子 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量 希格斯玻色子 2012发现的，是希格斯场的量子激发
3.夸克模型
(1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。
(2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。
(4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。
典例剖析
4．关于粒子，下列说法中正确的是( )
A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子
B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用
C．强子、轻子、媒介子都由更基本的粒子夸克组成
D．许多粒子都存在反粒子
答案：D
解析：质子、中子本身也有复杂结构，故A错误；τ子的质量比核子的质量大，它属于轻子，不参与强相互作用，故B错误；目前为止还没有发现轻子的内部结构，故C错误；许多粒子都存在反粒子，故D正确。
某中微子观测站揭示了中微子失踪的原因，即观测到的中微子数目比理论上的少是因为部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。关于上述研究有以下说法，正确的是( )
A．若发现μ子和中微子运动方向一致，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相反
B．若发现μ子和中微子运动方向一致，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相同
C．若发现μ子和中微子运动方向相反，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相同
D．若发现μ子和中微子运动方向相反，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相反
对点训练
答案：C
解析：中微子转化为一个μ子和一个τ子的过程中动量守恒，设中微子运动方向为正方向，有m中v中＝mμvμ＋mτvτ，若μ子和中微子运动方向一致，则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子运动方向与中微子运动方向可能相同，也可能相反，A、B错误；若μ子和中微子运动方向相反，则m中v中－mμvμ＝mτvτ，由v中大于0，vμ小于0可知，vτ一定大于0，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相同，C正确，D错误。
核心素养提升
区分核反应的四种类型
说明：重核裂变和轻核聚变都有质量亏损而释放能量，相同质量的核燃料，轻核聚变反应比重核裂变反应放出的能量更多，主要原因有以下两个方面：
(1)聚变反应平均每个核子放能较多，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3～4倍。如一个氚核和一个氘核结合成一个氦核时放出能量17.6 MeV，平均每个核子放出能量约3.5 MeV；而铀235裂变时，平均每个核子放出能量约0.85 MeV。
(2)同样质量的情况下，轻核的原子核个数多。
下列说法正确的是( )
案例
答案：B
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一、核裂变的发现
1．我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇，1946年在法国巴黎发现了铀的三分裂和四分裂，这是我国科学家在核物理研究中做出的贡献，这是将中子打入铀核后所发生的核反应，它属于( )
A．人工核转变 B．重核的裂变
C．铀核的衰变 D．轻核的聚变
答案：B
解析：核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，中子打入铀核后所发生的核反应是重核裂变反应，故B正确。
A．Z＝10，A＝20
B．γ射线具有很强的穿透本领
C．该反应属于核裂变
D．该反应一定释放能量
答案：C
解析：根据反应过程中满足质量数和电荷数守恒可知Z＝12－2×1＝10，A＝22－2×1＝20，故A正确；γ射线具有很强的穿透本领，故B正确；核裂变是在中子的轰击下一个大核变成两个中核和多个中子，该反应不属于核裂变，故C错误；该反应存在质量亏损，一定释放能量，故D正确。
二、反应堆与核电站
3．2020年11月27日，华龙一号全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功，标志着中国正式进入核电技术先进国家行列。核电站的产热核心是放射性重元素，通常为铀235。以下关于华龙一号的说法正确的是( )
A．华龙一号中发生的是核聚变
C．核反应堆中可采用重水、石墨作为慢化剂
D．核反应过程中遵循质量守恒定律
答案：C
三、核聚变
B．轻核聚变和重核裂变都没有放射性危害
C．17.6 MeV是轻核聚变过程释放的核能
D．要实现核聚变，需要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能才能克服核力作用而结合在一起
答案：AC
5．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应多
C．聚变反应中粒子的比结合能变小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增大
答案：B
解析：在一次聚变反应中释放的能量不一定比一次裂变反应多，但平均每个核子释放的平均能量一定比裂变反应多，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放出巨大的能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，C、D错误。
四、基本粒子
6．以下说法正确的是( )
A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子
B．质子、中子、介子和超子都属于强子
C．现代实验发现强子、轻子都有内部结构
D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子
答案：B
解析：最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，故A错误；强子有内部结构，由夸克组成，现代实验还没有发现轻子的内部结构，故C错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，故B正确，D错误。
