第4、5节 核裂变和核聚变 核能的利用与环境保护
1. 现有核电站是利用核能发电，对于缓解能源危机起到了重要作用。我们现在利用核能发电主要是利用了（ ）
A.重核的裂变
B.轻核的聚变
C.两种方式共存
D.核能发电对环境污染严重
2. 下面列出的是一些核反应方程，针对核反应方程下列说法正确的是（ ）
UTh＋X
UnBaKr＋3M
BeHB＋K
NHeO＋Y
A.核反应方程①是重核裂变，X是α粒子
B.核反应方程②是重核裂变，M是中子
C.核反应方程③是太阳内部发生的核聚变，K是电子
D.核反应方程④人工核转变方程，Y是中子
3.重核裂变的一个核反应方程为Un→Sr＋xZ。则下列说法正确的是（ ）
A.该核反应方程中x＝10
B.U的中子数为92
C.Xe的中子数等于Sr的中子数
D.Z为电子
4.太阳能是一种清洁的能源，现在太阳能已广泛应用于科技和生活中。太阳能是由太阳内部激烈进行的多种核聚变反应而产生的，其中一种聚变反应是一个氘核H）和一个氚核H）聚变产生一个氦核He），下列关于太阳内部的这种核聚变反应的叙述正确的是（ ）
A.该核聚变反应的方程为HHHee
B.若氘核H）的结合能为E1，氚核H）的结合能为E2，氦核He）的结合能为E3，则这个反应中释放出的核能为ΔE＝E3－E1－E2
C.原子核聚变反应过程中释放出了核能，所以反应后原子核的质量数一定减少
D.聚变反应是核子间距离很小时，这些核子在强大的库仑力和万有引力作用下紧密结合在一起的过程
5.一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出201 MeV的能量，则1 g纯U完全发生核反应时放出的能量为（NA为阿伏伽德罗常数）（ ）
A.NA×201 MeV B.235NA×201 MeV
C.235×201 MeV D.×201 MeV
6.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1，m2，m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是（ ）
A.核反应方程是HnH＋γ B.聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3
C.辐射出的γ光子的能量E＝（m3－m1－m2）c2 D.γ光子的波长λ＝
7.100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子HeNiCuH＋X，该反应中的X是 （选填“电子”“正电子”或“中子”）。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是 （选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。
8.已知铀235核裂变时的核反应方程为U＋BaKr＋n，一个铀235核裂变时，能释放200 MeV的能量，则1 kg铀完全裂变能释放多少能量？相当于多少吨燃烧值为2.94×107 J/kg的煤所放出的能量？
9.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为HCN＋Q1HNC＋X＋Q2，方程中Q1，Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
原子核 H He He C N N
质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1
以下推断正确的是（ ）
A.X是He，Q2＞Q1 B.X是He，Q2＞Q1
C.X是He，Q2＜Q1 D.X是He，Q2＜Q1
10.（多选） “氦-3”是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”。普通水中含有质量约0.015 0 ％的“重水”（普通水H2O的两个氢中的一个被氘核取代），使两个氘核通过反应HHHen 发生聚变产生“氦-3”，已知氘核的质量是3.343 6×10－27 kg，氦-3的质量是5.006 4×10－27 kg，中子的质量是1.674 9×10－27 kg，19 g“重水”含有的氘核数目为6.02×1023个，若一天内“烧”掉1 L普通水中的所有氘核，则（ ）
A.发生聚变反应后比结合能减小 B.聚变反应前后质量守恒但能量不守恒
C.两个氘核聚变后释放的能量约为3.3 MeV D.所有氘核聚变后可获得约14.6 kW的平均功率
11.U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出能量。已知每个铀核裂变释放的平均能量为200 MeV。
（1）写出核反应方程；
（2）现在要建设发电功率为5×105 kW的核电站，用U作为核燃料，假设核裂变释放的能量的一半转化为电能，那么该核电站一天消耗U多少千克？（阿伏伽德罗常数取6.0×1023 mol－1）
12.（1）把氢核聚变简化为4个氢核H）聚变成氦核He），同时放出2个正电子e）和2个中微子（υe），请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量。
（2）研究表明，银河系的年龄约为t＝3.8×1017 s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J（P＝1×1037 J/s），现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量。（最后结果保留一位有效数字，银河系质量约为M＝3×1041 kg，原子质量单位1 u＝1.66×10－27 kg，1 u相当于1.5×10－10 J的能量，电子质量me＝0.0005 u，氦核质量mα＝4.002 6 u，氢核质量mp＝1.007 8 u，中微子υe质量为零）
第4、5节 核裂变和核聚变 核能的利用与环境保护
1.A 核能发电是利用铀原子核裂变时发出的核能来发电的，即利用了重核的裂变，故A正确，B、C、D错误。
2.B ①式代表衰变而不是重核裂变，选项A错误；②式是典型的重核裂变，由质量数和核电荷数守恒得出字母M是中子，选项B正确；太阳内部发生的核聚变方程中，字母K应该代表中子，选项C错误；由质量数和核电荷数守恒可知字母Y代表质子，选项D错误。
3.A 反应前U内的电荷数为92，生成物中Xe和Sr的电荷数之和也为92，所以Z的电荷数为0，Z为中子，根据质量数守恒可知，x＝235＋1－136－90＝10，故A正确，D错误U的质子数为92，中子数为n＝235－92＝143，故B错误Xe的中子数为n1＝136－54＝82Sr的中子数为n2＝90－38＝52Xe的中子数大于Sr的中子数，故C错误。
4.B 核反应的过程中质量数守恒，核电荷数守恒H和H发生核反应，产物应该是中子，核反应方程为H＋Hen，原子核聚变反应过程中释放出了核能，但反应前后原子核的质量数依然守恒，A、C均错误；根据爱因斯坦质能方程，释放的核能ΔE＝（mHe－m氘－m氚）c2＝mHec2－m氘c2－m氚c2＝E3－E2－E1，B正确；在核反应中，核子结合在一起靠的是强大的核力克服库仑力结合在一起，D错误。
5.D 由于1 mol的铀核质量为235 g，1 g铀235的物质的量为 mol，因此1 g铀235 释放的能量E＝×201 MeV，故D正确。
6.B 核反应方程为HnH＋γ，选项A错误；由题可知，该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3，选项B正确；根据爱因斯坦的质能方程E＝mc2得，该反应辐射出的γ光子的能量为E＝（m1＋m2－m3）c2，选项C错误；由E＝hν＝h得，λ＝，选项D错误。
7.中子 核裂变
解析：设X的质量数为A，质子数为Z，即X，由质量数守恒得A＝4＋60－62－1＝1，由核电荷数守恒得Z＝2＋28－29－1＝0，则知X是中子；目前人类获得核能的主要方式是重核的裂变。
8.8.2×1013 J 2 789 t
解析：首先求出1 kg铀235中含有的原子核数，然后即可根据已知求解。
1 kg铀235中含有的原子核数×6.02×1023个≈2.562×1024个。一个铀核裂变能放出200 MeV的能量，则1 kg铀核裂变能释放ΔE＝2.562×1024×200 MeV＝5.124×1026MeV＝5.124×1032×1.6×10－19 J≈8.2×1013 J，设1 kg铀235 释放的能量相当于煤的质量为m，则有m＝ kg≈2.789×106 kg＝2 789 t。
9.BHCN中质量亏损为Δm1＝1.007 8 u＋12.000 0 u－13.005 7 u＝0.002 1 u。根据核电荷数守恒和质量数守恒可知HNC＋X中X的电荷数为2、质量数为4，故X为α粒子即He，质量亏损为Δm2＝1.007 8 u＋15.000 1 u－12.000 0 u－4.002 6 u＝0.005 3 u。根据爱因斯坦的质能方程可知Q1＝Δm1c2，Q2＝Δm2c2，则Q1＜Q2。选项B正确，选项A、C、D错误。
10.CD 裂变或者聚变都是放出能量，故产物的比结合能比原来的元素比结合能大，故A错误；核反应前后质量不守恒，亏损的质量以能量的形式放出，自然界任何反应后能量都是守恒的，故B错误；由E＝Δmc2可得，反应前后放出的能量为E0＝（2×3.343 6×10－27－5.006 4×10－27－1.674 9×10－27）×（3×108）2 J＝5.31×10－13 J≈3.3 MeV，故C正确；烧掉1 L普通水中所有氘核放出的能量为E＝×0.015 ％×6.02×1023× MeV≈7.84×1021 MeV≈1.26×109 J，故功率为P＝＝ W≈1.46×104 W＝14.6 kW，故D正确。
11.（1UnBaKr＋n （2）1.06 kg
解析：（1）核反应方程为
UnBaKr＋n。
（2）核电站一天发出的电能E1＝Pt ①
设每天消耗U的质量为m，核裂变释放的能量为E2＝ J②
由能量转化得E1＝ηE2 ③
由①②③式得m＝1.06 kg。
12.见解析
解析：（1）由题意可知核反应方程为
HHe＋e＋2υe
Δm＝4mp－mα－2me
ΔE＝Δmc2≈4.1×10－12 J。
（2）由氢核聚变反应生成氦的质量
m＝ mα≈6×1039 kg
氦的含量k＝×100％＝×100％＝2％。
2 / 2第4、5节 核裂变和核聚变 核能的利用与环境保护
核心素养目标 1.知道什么是核裂变，会计算重核裂变过程中释放的能量。 2.知道什么是链式反应。 3.了解聚变反应的特点及其条件，了解可控热核反应。 4.了解核电站的构造和基本原理。 5.通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系
知识点一 重核裂变 链式反应
1.重核裂变
（1）定义：用中子轰击重核，重核分裂成质量相近的两部分，并释放出 的核反应过程。
（2）铀核裂变中的典型核反应方程nUBa＋Kr＋ 。
2.链式反应
（1）定义：当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出 ，放出的 再引起其他铀核 ，且能不断地增加，形成链式反应。
（2）发生条件
①有持续不断的中子。
②达到 体积。
知识点二 轻核聚变 可控热核聚变
1.轻核聚变
（1）定义：采用轻核 成较重核引起结合能变化的方式可获得核能，这样的核反应称为轻核聚变。
（2）太阳内部氢核聚变的反应方程HH ＋ 。
（3）聚变燃料的获取：氘可从 中提取，天然的氚不存在，但可通过反应n＋ HeH得到。
2.可控热核聚变
（1）轻核聚变的条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的间距达到 作用的范围。
（2）物质第四态——等离子态：高温等离子体的密度及高温必须维持一定时间才能实现聚变。
（3）约束高温等离子体的三种方式：引力约束、磁约束、 。
知识点三 核能的利用与环境保护
1.核电站
（1）核电站就是将核反应堆释放的 转化为 的发电厂。
（2）燃料：反应堆以 为燃料。
2.原子弹和氢弹
（1）原子弹是一种 、不加控制的爆炸性链式反应装置。
（2）氢弹是一种不需人工控制而实现 的反应装置。
3.核能的优势与危害
（1）优势
① 可缓解能源危机。
②核能发电比燃煤发电对环境带来的污染小。
（2）危害
①核废料具有高辐射性。
②核泄漏产生核污染。
③核武器威力巨大，不仅能摧毁生命，而且会使 受到严重破坏。
【情景思辨】
（1）铀核的裂变是一种天然放射现象。（ ）
（2）铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变，同时放出三个中子。（ ）
（3）链式反应一旦形成无法进行人工控制。（ ）
（4）太阳发光并辐射巨大的能量，就是它的内部核聚变的结果。（ ）
（5）轻核的平均结合能大于中等质量的核的平均结合能。（ ）
（6）核能作为一种新能源，有优势，也有危害。（ ）
要点一 重核裂变和链式反应
1.裂变的解释
（1）核子受激发：当中子进入U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状。
（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，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
（3）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。一般说来，裂变时能产生几万摄氏度的高温。
2.链式反应的条件
（1）有慢中子轰击。
（2）铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量。（以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足）
3.常见的裂变方程
（1UnXeSr＋n。
（2UnBaKr＋n。
4.裂变反应中核能的计算
裂变过程中质量数守恒、核电荷数守恒。由爱因斯坦质能方程得释放的核能ΔE＝Δmc2。铀的物质的量为235 g/mol，1 mol铀含6.02×1023个铀核，1 kg铀完全裂变可释放的能量，等于各个铀核所释放能量的总和。
【典例1】 随着社会经济的发展，迫切需要大量的能源。因此，核能的应用作为第三次技术革命的标志之一，受到了人们的普遍重视。
（1）核电站中要用核反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转化为电能。
完成下列核反应方程式：
UnNd＋（ ）（ ）Zr＋n＋e＋反中微子（反中微子的质量数和核电荷数均为零）。
（2）依据上述核反应计算：1 kg铀235全部裂变产生多少千焦的能量？
[已知U核的质量为235.043 9 u，中子（n）的质量为1.008 7 u，钕（Nd）核的质量为142.909 8 u，锆（Zr）核的质量为89.904 7 u，1 u＝1.660 6×10－27 kg]
尝试解答
规律总结
（1）核能计算的关键是核反应方程书写正确，并正确求出质量亏损。
（2）求1 kg铀235 裂变产生的能量，先求出一个铀235 裂变释放出的能量，再求1 kg铀235 的原子核数，这样就可以求出1 kg铀235裂变产生的能量。
1.一个铀235吸收一个中子后的核反应是nXeSr＋1n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于（ ）
A.（M－m1－m2）c2
B.（M＋m－m1－m2）c2
C.（M－m1－m2－9m）c2
D.（m1＋m2＋9m－M）c2
2.核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电U是核电站常用的核燃料U受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分，并产生 个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要 （选填“大于”或“小于”）它的临界体积。
要点二 核聚变
1.聚变发生的条件
要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能，要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。
2.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。
3.聚变方程HHHen＋γ。
4.轻核聚变是放能反应：从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
5.重核裂变与轻核聚变的区别
重核裂变 轻核聚变
放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍
核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多
【典例2】 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m＝3.018 0 u（1 u＝931 MeV/c2，结果小数点后保留两位小数）。求：
（1）写出聚变方程；
（2）释放出的核能多大；
（3）平均每个核子释放的能量是多大。
尝试解答
1.以下说法正确的是（ ）
A.聚变是裂变的逆反应
B.如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量
C.将反应物加热至数百万度高温聚变才能发生，显然聚变反应是吸收能量
D.裂变与聚变均可释放巨大能量
2.已知氘核的质量为2.013 6 u，中子的质量为1.008 7 u，He的质量为3.015 0 u。
（1）试写出两个氘核聚变生成He的核反应方程。
（2）计算上述反应中释放的核能。
（3）若两个氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成He核和中子的动能各是多少？
要点三 核能的利用与环境保护
1.核能利用
核原料提供的能量巨大，1 kg铀释放的全部能量大约相当于2 700 t标准煤完全燃烧放出的能量。地球上的常规能源一般都无法跟核能相比。除铀外，钍也是一种裂变材料，它比铀更丰富，如果能把钍利用起来，核电的发展前景将更为广阔。热核反应所需的氘更是储量丰富，核原料的运输和储存方便。
2.核电站
（1）核反应堆能实现核能的稳定输出并转化为其他形式的能量。核电站是将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂。
（2）核电站的工作原理
将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸汽驱动汽轮发电机组发电，实现核能向电能的转化。
（3）核电站的燃料
核电站的反应堆使用浓缩铀作为核燃料，目前一般将浓缩铀（铀235占3％～4％）制成铀棒。
3.核能的优势与危害
（1）核能优势
①核原料提供的能量巨大，是常规材料无与伦比的。
②核燃料（铀、钍等）在地球上的可采储量丰富。
③合理利用对环境的污染小。
（2）核能的危害
核能作为一种新能源，它是一把双刃剑，既有很多优势，也存在一些危害。
①核燃料使用后，核废料具有高放射性。
②核能利用的装置一旦在运行中发生事故，产生核泄漏，就会产生严重的后果。
③核武器的使用会使生态环境受到严重破坏。
【典例3】 （多选）为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风电和再生能源的政策，在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容量达到4 000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是（ ）
A.核能发电对环境的污染比火力发电要小
B.所有核电站都只利用重核裂变释放大量的核能
C.所有核电站既有重核裂变，又有轻核聚变释放大量的核能
D.如果核电站能实现可控轻核聚变发电，其核废料处理更简单，对环境污染更小
尝试解答
1.（多选）核电站与火电站相比较，其优势有（ ）
A.核燃料释放出的能量远大于相等质量的煤放出的能量
B.就可采储量来说，地球上核燃料所能提供的能量远多于煤炭所能提供的能量
C.核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站
D.核电站比火电站更容易建造
2.（多选）能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程，表述正确的有（ ）
A.HHHen是核聚变反应
BHHHen是β衰变
CUnBaKr＋n是核裂变反应
DUnXeSr＋n是α衰变
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，最好用纯铀235
D.铀块的体积对产生链式反应无影响
2.（2024·广西桂林高二期末）2023年4月12日，中国“人造太阳”实现稳态运行403 s的纪录，位列世界之首。“人造太阳”其核反应方程为H＋He＋X，则下列说法正确的是（ ）
A.核反应方程中的X是电子
B.核反应方程中的X是中子
C.核反应方程中的X是质子
D.该核反应为裂变核反应
3.（多选）我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1 亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。核聚变的主要原料氘，在海水中含量极其丰富。已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是（ ）
A.两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子
B.两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子
C.两个氘核聚变成一个He所释放的核能为（2m1－m3－m4）c2
D.两个氘核聚变成一个He所释放的核能为（2m1－m3－m2）c2
4. 下列有关说法正确的是（ ）
A.U衰变成Pb的核反应方程为
UPb＋He＋e
BU的平均结合能大于Pb的平均结合能
C.天然放射现象中产生的α射线的速度与光速相当，穿透能力很强
D.将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，不会改变放射性元素的半衰期
5.太阳能是由太阳内部的热核反应释放出的光能、热能及辐射能量组成。它每年辐射到地球上的能量达1 813亿吨标准煤，相当于全世界年需要能量总和的5 000倍。太阳的热核反应有很多种，其中一种是由氘核H和氚核H结合成氦核He。
（1）写出该核反应方程式；
（2）若反应放出17.6 MeV的能量，则核反应生成物的总质量与核反应前物质的总质量相比变化了多少？（结果保留两位有效数字）
第4、5节 核裂变和核聚变 核能的利用与环境保护
【基础知识·准落实】
知识点一
1.（1）能量 （2）n
2.（1）2～3个中子 中子 裂变 （2）②临界
知识点二
1.（1）聚变 （2Hen （3）海洋Li
2.（1）核力 （3）惯性约束
知识点三
1.（1）核能 电能 （2U
2.（1）没有减速剂 （2）核聚变
3.（1）①核能发电 （2）③生态环境
情景思辨
（1）× （2）× （3）× （4）√ （5）× （6）√
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【典例1】 （1）见解析 （2）8.11×1010 kJ
解析：（1）根据质量数和核电荷数守恒可知，核反应方程应为UnNdZr＋n＋e＋反中微子。
（2）核反应前的质量m1＝235.043 9 u＋1.008 7 u＝236.052 6 u
核反应后的质量m2＝142.909 8 u＋89.904 7 u＋3×1.008 7 u＝235.840 6 u
核反应前后的质量亏损Δm＝m1－m2＝236.052 6 u－235.840 6 u＝0.212 u
根据1 u＝1.660 6×10－27 kg得Δm＝0.212×1.660 6×10－27 kg≈0.352×10－27 kg
1 kg铀235含有原子核的个数N＝×NA≈2.56×1024，故1 kg铀235裂变产生的能量ΔE＝N×Δmc2＝2.56×1024×0.352×10－27×（3×108）2 J≈8.11×1013 J＝8.11×1010 kJ。
素养训练
1.C 铀235裂变时的质量亏损Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m。由质能方程可得ΔE＝Δmc2＝（M－m1－m2－9m）c2，故选项C正确。
2.3 大于
解析：由质量数和核电荷数守恒可知，核反应方程为n BaKr＋n，可见产生了3个中子，链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积。
要点二
知识精研
【典例2】 （1H＋nH （2）6.24 MeV
（3）2.08 MeV
解析：（1）根据核电荷数守恒、质量数守恒可知，核反应方程式为H＋nH。
（2）该核反应中质量亏损Δm＝1.007 3 u＋2×1.008 7 u－3.018 0 u＝0.006 7 u，则释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931 MeV≈6.24 MeV。
（3）平均每个核子释放的能量为 ＝2.08 MeV。
素养训练
1.D 聚变是轻核聚合成较大质量的核，裂变是重核分裂成中等质量的核，二者无直接关系，故A错误；裂变和聚变都是放出大量的核能，故B错误，D正确；核聚变反应是热核反应，需数百万度的高温，但聚变反应一旦开始所释放的能量就远大于所吸收的能量，因此聚变反应还是释放能量的，故C错误。
2.（1HHHen
（2）3.26 MeV （3）0.99 MeV 2.97 MeV
解析：（1HHHen。
（2）核反应中质量亏损
Δm＝2.013 6 u×2－（3.015 0 u＋1.008 7 u）＝0.003 5 u释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.003 5 ×931.5 MeV≈3.26 MeV。
（3）设He核和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得
m1v1－m2v2＝0，Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE，Ek1＝，Ek2＝
解方程组可得
Ek1＝×（2Ek0＋ΔE）＝×（2×0.35＋3.26）MeV＝0.99 MeV
Ek2＝×（2Ek0＋ΔE）＝×（2×0.35＋3.26）MeV＝2.97 MeV。
要点三
知识精研
【典例3】 ABD 目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核能是比较清洁的能源，故A、B正确，C错误；如果核电站能实现可控轻核聚变发电，其核废料处理起来比铀核裂变废料更容易，对环境污染也更小，故D正确。
素养训练
1.ABC 核电站与火电站相比，相等质量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多，地球上可采核燃料所能提供的能量远多于煤炭所能提供的能量，只要措施得当，核电站造成的污染很小，核能属于清洁能源，A、B、C正确；核电站的建造难度较大，D错误。
2.ACHHHen是核聚变反应，A正确，B错误；C、D选项中都是核裂变反应，C正确，D错误。
【教学效果·勤检测】
1.BC 铀核裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两个核的情况较多，也会分裂成多个核，并放出2～3个中子，A错误，B正确。铀235被中子轰击时，裂变的几率大，且可以俘获各种能量的中子引起裂变，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能发生裂变，且裂变的机率小，所以为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235，故C正确；要引起链式反应，必须使铀块的体积大于临界体积，故D错误。
2.B 根据电荷数守恒和质量数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，所以X为中子，A、C错误，B正确；该反应为核聚变反应，D错误。
3.BD 由核反应方程HHeX知，X应为中子，释放的核能应为ΔE＝（2m1－m3－m2）c2，故A、C错误，B、D正确。
4.D 裂变反应要有多个中子参与，且在书写裂变反应方程时，两边的中子不能消掉，选项A错误；裂变反应要放出大量的能量，且生成的新物质更稳定，平均结合能更大，则U的平均结合能小于Pb的平均结合能，选项B错误；天然放射现象中产生的γ射线的速度与光速相当，穿透能力很强，选项C错误；将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，不会改变放射性元素的半衰期，选项D正确。
5.（1HHHen （2）3.1×10－29 kg
解析：（1）由质量数和核电荷数守恒可得，核反应方程为HHen。
（2）根据ΔE＝Δmc2得
Δm＝＝ kg≈3.1×10－29 kg。
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第4、5节 核裂变和核聚变
核能的利用与环境保护
核心
素养
目标 1.知道什么是核裂变，会计算重核裂变过程中释放的能量。
2.知道什么是链式反应。
3.了解聚变反应的特点及其条件，了解可控热核反应。
4.了解核电站的构造和基本原理。
5.通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一 重核裂变 链式反应
1. 重核裂变
（1）定义：用中子轰击重核，重核分裂成质量相近的两部分，并
释放出 的核反应过程。
（2）铀核裂变中的典型核反应方程nUBa＋Kr
＋ 。
能量
n
（1）定义：当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出
，放出的 再引起其他铀核 ，且能不断
地增加，形成链式反应。
（2）发生条件
①有持续不断的中子。
②达到 体积。
2～3个中
子
中子
裂变
临界
2. 链式反应
知识点二 轻核聚变 可控热核聚变
1. 轻核聚变
（1）定义：采用轻核 成较重核引起结合能变化的方式可
获得核能，这样的核反应称为轻核聚变。
（2）太阳内部氢核聚变的反应方程HH
＋ 。
（3）聚变燃料的获取：氘可从 中提取，天然的氚不存
在，但可通过反应n＋ HeH得到。
聚变
He
n
海洋
Li
2. 可控热核聚变
（1）轻核聚变的条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的间距达
到 作用的范围。
（2）物质第四态——等离子态：高温等离子体的密度及高温必须
维持一定时间才能实现聚变。
（3）约束高温等离子体的三种方式：引力约束、磁约束、
。
核力
惯性
约束
知识点三 核能的利用与环境保护
1. 核电站
（1）核电站就是将核反应堆释放的 转化为 的发
电厂。
2. 原子弹和氢弹
（1）原子弹是一种 、不加控制的爆炸性链式反应
装置。
（2）氢弹是一种不需人工控制而实现 的反应装置。
核能
电能
U
没有减速剂
核聚变
（1）优势
① 可缓解能源危机。
②核能发电比燃煤发电对环境带来的污染小。
核能发电
3. 核能的优势与危害
（2）危害
①核废料具有高辐射性。
②核泄漏产生核污染。
③核武器威力巨大，不仅能摧毁生命，而且会使
受到严重破坏。
生态环
境
【情景思辨】
（1）铀核的裂变是一种天然放射现象。 （ × ）
（2）铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变，同时放出三个中子。
（ × ）
（3）链式反应一旦形成无法进行人工控制。 （ × ）
（4）太阳发光并辐射巨大的能量，就是它的内部核聚变的结果。
（ √ ）
（5）轻核的平均结合能大于中等质量的核的平均结合能。
（ × ）
（6）核能作为一种新能源，有优势，也有危害。 （ √ ）
×
×
×
√
×
√
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一 重核裂变和链式反应
1. 裂变的解释
（1）核子受激发：当中子进入U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
的形状。
（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
地进行下去，释放出越来越多的核能。
（3）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。一般说来，裂变时能产生几万摄氏度的高温。
2. 链式反应的条件
（1）有慢中子轰击。
（2）铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量。
（以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足）
3. 常见的裂变方程
（1UnXeSr＋n。
（2UnBaKr＋n。
4. 裂变反应中核能的计算
裂变过程中质量数守恒、核电荷数守恒。由爱因斯坦质能方程得释
放的核能ΔE＝Δmc2。铀的物质的量为235 g/mol，1 mol铀含
6.02×1023个铀核，1 kg铀完全裂变可释放的能量，等于各个铀核
所释放能量的总和。
【典例1】 随着社会经济的发展，迫切需要大量的能源。因此，核
能的应用作为第三次技术革命的标志之一，受到了人们的普遍重视。
（1）核电站中要用核反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转化
为电能。
完成下列核反应方程式：
UnNd＋（ ）（ ）Zr＋n＋e＋反中
微子（反中微子的质量数和核电荷数均为零）。
答案： 见解析
解析：根据质量数和核电荷数守恒可知，核反应方程应为
UnNdZr＋n＋e＋反中微子。
（2）依据上述核反应计算：1 kg铀235全部裂变产生多少千焦的
能量？
[已知U核的质量为235.043 9 u，中子（n）的质量为1.008
7 u，钕（Nd）核的质量为142.909 8 u，锆（Zr）核的质量为
89.904 7 u，1 u＝1.660 6×10－27 kg]
答案： 8.11×1010 kJ
解析：核反应前的质量m1＝235.043 9 u＋1.008 7 u＝236.052 6 u
核反应后的质量m2＝142.909 8 u＋89.904 7 u＋3×1.008 7 u＝
235.840 6 u
核反应前后的质量亏损Δm＝m1－m2＝236.052 6 u－235.840 6 u
＝0.212 u
根据1 u＝1.660 6×10－27 kg得Δm＝0.212×1.660 6×10－27
kg≈0.352×10－27 kg
1 kg铀235含有原子核的个数N＝×NA≈2.56×1024，故1 kg
铀235裂变产生的能量ΔE＝N×Δmc2＝2.56×1024×0.352×10－
27×（3×108）2 J≈8.11×1013 J＝8.11×1010 kJ。
规律总结
（1）核能计算的关键是核反应方程书写正确，并正确求出质量亏
损。
（2）求1 kg铀235 裂变产生的能量，先求出一个铀235 裂变释放出的
能量，再求1 kg铀235 的原子核数，这样就可以求出1 kg铀235裂
变产生的能量。
1. 一个铀235吸收一个中子后的核反应是U＋nXeSr
＋1n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，
氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释
放的能量E等于（ ）
A. （M－m1－m2）c2 B. （M＋m－m1－m2）c2
C. （M－m1－m2－9m）c2 D. （m1＋m2＋9m－M）c2
解析： 铀235裂变时的质量亏损Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M
－m1－m2－9m。由质能方程可得ΔE＝Δmc2＝（M－m1－m2－9m）
c2，故选项C正确。
2. 核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电U是核
电站常用的核燃料U受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr
两部分，并产生 个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体
积要 （选填“大于”或“小于”）它的临界体积。
解析：由质量数和核电荷数守恒可知，核反应方程为U
n BaKr＋n，可见产生了3个中子，链式反应的一
个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积。
3
大于
要点二 核聚变
1. 聚变发生的条件
要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这
要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能，要
使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万
开尔文的高温。
2. 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。
3. 聚变方程HHHen＋γ。
4. 轻核聚变是放能反应：从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结
合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
重核裂变 轻核聚变
放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较
大的原子核，放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍 核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多 5. 重核裂变与轻核聚变的区别
【典例2】 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m＝3.018 0 u（1 u＝
931 MeV/c2，结果小数点后保留两位小数）。求：
（1）写出聚变方程；
答案： H＋nH
解析： 根据核电荷数守恒、质量数守恒可知，核反应方程
式为H＋nH。
解析：该核反应中质量亏损Δm＝1.007 3 u＋2×1.008 7 u－
3.018 0 u＝0.006 7 u，则释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931
MeV≈6.24 MeV。
（3）平均每个核子释放的能量是多大。
答案：2.08 MeV
解析：平均每个核子释放的能量为 ＝2.08 MeV。
（2）释放出的核能多大；
答案：6.24 MeV
1. 以下说法正确的是（ ）
A. 聚变是裂变的逆反应
B. 如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量
C. 将反应物加热至数百万度高温聚变才能发生，显然聚变反应是吸
收能量
D. 裂变与聚变均可释放巨大能量
解析： 聚变是轻核聚合成较大质量的核，裂变是重核分裂成中
等质量的核，二者无直接关系，故A错误；裂变和聚变都是放出大
量的核能，故B错误，D正确；核聚变反应是热核反应，需数百万
度的高温，但聚变反应一旦开始所释放的能量就远大于所吸收的能
量，因此聚变反应还是释放能量的，故C错误。
2. 已知氘核的质量为2.013 6 u，中子的质量为1.008 7 u，He的质量
为3.015 0 u。
（1）试写出两个氘核聚变生成He的核反应方程。
（2）计算上述反应中释放的核能。
（3）若两个氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述
核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成
He核和中子的动能各是多少？
答案：（1HHHen
（2）3.26 MeV （3）0.99 MeV 2.97 MeV
解析：（1HHHen。
（2）核反应中质量亏损
Δm＝2.013 6 u×2－（3.015 0 u＋1.008 7 u）＝0.003 5 u释
放的核能ΔE＝Δmc2＝0.003 5 ×931.5 MeV≈3.26 MeV。
（3）设He核和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、
v2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得
m1v1－m2v2＝0，Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE，Ek1＝，Ek2＝
解方程组可得
Ek1＝×（2Ek0＋ΔE）＝×（2×0.35＋3.26）MeV＝0.99
MeV
Ek2＝×（2Ek0＋ΔE）＝×（2×0.35＋3.26）MeV＝2.97
MeV。
要点三 核能的利用与环境保护
1. 核能利用
核原料提供的能量巨大，1 kg铀释放的全部能量大约相当于2 700 t
标准煤完全燃烧放出的能量。地球上的常规能源一般都无法跟核能
相比。除铀外，钍也是一种裂变材料，它比铀更丰富，如果能把钍
利用起来，核电的发展前景将更为广阔。热核反应所需的氘更是储
量丰富，核原料的运输和储存方便。
2. 核电站
（1）核反应堆能实现核能的稳定输出并转化为其他形式的能量。
核电站是将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂。
（2）核电站的工作原理
将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸汽驱动汽
轮发电机组发电，实现核能向电能的转化。
（3）核电站的燃料
核电站的反应堆使用浓缩铀作为核燃料，目前一般将浓缩铀
（铀235占3％～4％）制成铀棒。
（1）核能优势
①核原料提供的能量巨大，是常规材料无与伦比的。
②核燃料（铀、钍等）在地球上的可采储量丰富。
③合理利用对环境的污染小。
3. 核能的优势与危害
（2）核能的危害
核能作为一种新能源，它是一把双刃剑，既有很多优势，也
存在一些危害。
①核燃料使用后，核废料具有高放射性。
②核能利用的装置一旦在运行中发生事故，产生核泄漏，就
会产生严重的后果。
③核武器的使用会使生态环境受到严重破坏。
【典例3】 （多选）为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能
源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风电和再生能源
的政策，在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容
量达到4 000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正
确的是（ ）
A. 核能发电对环境的污染比火力发电要小
B. 所有核电站都只利用重核裂变释放大量的核能
C. 所有核电站既有重核裂变，又有轻核聚变释放大量的核能
D. 如果核电站能实现可控轻核聚变发电，其核废料处理更简单，对
环境污染更小
解析：目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核能是比较清洁
的能源，故A、B正确，C错误；如果核电站能实现可控轻核聚变
发电，其核废料处理起来比铀核裂变废料更容易，对环境污染也
更小，故D正确。
1. （多选）核电站与火电站相比较，其优势有（ ）
A. 核燃料释放出的能量远大于相等质量的煤放出的能量
B. 就可采储量来说，地球上核燃料所能提供的能量远多于煤炭所能
提供的能量
C. 核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站
D. 核电站比火电站更容易建造
解析：核电站与火电站相比，相等质量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多，地球上可采核燃料所能提供的能量远多于煤炭所能提供的能量，只要措施得当，核电站造成的污染很小，核能属于清洁能源，A、B、C正确；核电站的建造难度较大，D错误。
2. （多选）能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径
之一。下列释放核能的反应方程，表述正确的有（ ）
解析：HHHen是核聚变反应，A正确，B错误；
C、D选项中都是核裂变反应，C正确，D错误。
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
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，最好用纯铀235
D. 铀块的体积对产生链式反应无影响
解析： 铀核裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，
但裂变成两个核的情况较多，也会分裂成多个核，并放出2～3个中
子，A错误，B正确。铀235被中子轰击时，裂变的几率大，且可以
俘获各种能量的中子引起裂变，而铀238只有俘获能量在1 MeV以
上的中子才能发生裂变，且裂变的机率小，所以为了使裂变的链式
反应容易进行，最好用纯铀235，故C正确；要引起链式反应，必
须使铀块的体积大于临界体积，故D错误。
2. （2024·广西桂林高二期末）2023年4月12日，中国“人造太阳”实
现稳态运行403 s的纪录，位列世界之首。“人造太阳”其核反应
方程为H＋He＋X，则下列说法正确的是（ ）
A. 核反应方程中的X是电子 B. 核反应方程中的X是中子
C. 核反应方程中的X是质子 D. 该核反应为裂变核反应
解析： 根据电荷数守恒和质量数守恒可知，X的质量数为1，电
荷数为0，所以X为中子，A、C错误，B正确；该反应为核聚变反
应，D错误。
3. （多选）我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放
电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束
时间达1 000 s，温度超过1 亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变
研究进入国际先进水平。合肥也成为世界上第一个建成此类全超导
非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。核聚变的主要原料
氘，在海水中含量极其丰富。已知氘核的质量为m1，中子的质量
为m2He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是
（ ）
解析： 由核反应方程HHeX知，X应为中子，
释放的核能应为ΔE＝（2m1－m3－m2）c2，故A、C错误，B、
D正确。
4. 下列有关说法正确的是（ ）
C. 天然放射现象中产生的α射线的速度与光速相当，穿透能力很强
D. 将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，不会改变放射性元
素的半衰期
解析： 裂变反应要有多个中子参与，且在书写裂变反应方程
时，两边的中子不能消掉，选项A错误；裂变反应要放出大量的能
量，且生成的新物质更稳定，平均结合能更大，则U的平均结
合能小于Pb的平均结合能，选项B错误；天然放射现象中产生
的γ射线的速度与光速相当，穿透能力很强，选项C错误；将由放
射性元素组成的化合物进行高温分解，不会改变放射性元素的半衰
期，选项D正确。
5. 太阳能是由太阳内部的热核反应释放出的光能、热能及辐射能量组
成。它每年辐射到地球上的能量达1 813亿吨标准煤，相当于全世
界年需要能量总和的5 000倍。太阳的热核反应有很多种，其中一
种是由氘核H和氚核H结合成氦核He。
（1）写出该核反应方程式；
答案：HHHen
解析： 由质量数和核电荷数守恒可得，核反应方程为
HHHen。
（2）若反应放出17.6 MeV的能量，则核反应生成物的总质量与核
反应前物质的总质量相比变化了多少？（结果保留两位有效
数字）
答案：3.1×10－29 kg
解析： 根据ΔE＝Δmc2得
Δm＝＝ kg≈3.1×10－29 kg。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
1. 现有核电站是利用核能发电，对于缓解能源危机起到了重要作用。
我们现在利用核能发电主要是利用了（ ）
A. 重核的裂变
B. 轻核的聚变
C. 两种方式共存
D. 核能发电对环境污染严重
解析： 核能发电是利用铀原子核裂变时发出的核能来发电的，
即利用了重核的裂变，故A正确，B、C、D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2. 下面列出的是一些核反应方程，针对核反应方程下列说法正确的是
（ ）
UTh＋XUnBaKr＋3M
BeHB＋KNHeO＋Y
A. 核反应方程①是重核裂变，X是α粒子
B. 核反应方程②是重核裂变，M是中子
C. 核反应方程③是太阳内部发生的核聚变，K是电子
D. 核反应方程④人工核转变方程，Y是中子
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析： ①式代表衰变而不是重核裂变，选项A错误；②式是典
型的重核裂变，由质量数和核电荷数守恒得出字母M是中子，选项
B正确；太阳内部发生的核聚变方程中，字母K应该代表中子，选
项C错误；由质量数和核电荷数守恒可知字母Y代表质子，选项D
错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
3. 重核裂变的一个核反应方程为Un→Sr＋xZ。则下
列说法正确的是（ ）
A. 该核反应方程中x＝10
D. Z为电子
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析： 反应前U内的电荷数为92，生成物中Xe和Sr的
电荷数之和也为92，所以Z的电荷数为0，Z为中子，根据质量数守
恒可知，x＝235＋1－136－90＝10，故A正确，D错误U的质
子数为92，中子数为n＝235－92＝143，故B错误Xe的中子数
为n1＝136－54＝82Sr的中子数为n2＝90－38＝52Xe的中
子数大于Sr的中子数，故C错误。
1
2
3
4
5
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4. 太阳能是一种清洁的能源，现在太阳能已广泛应用于科技和生活中。太阳能是由太阳内部激烈进行的多种核聚变反应而产生的，其中一种聚变反应是一个氘核H）和一个氚核H）聚变产生一个氦核He），下列关于太阳内部的这种核聚变反应的叙述正确的是（ ）
C. 原子核聚变反应过程中释放出了核能，所以反应后原子核的质量
数一定减少
D. 聚变反应是核子间距离很小时，这些核子在强大的库仑力和万有
引力作用下紧密结合在一起的过程
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解析：核反应的过程中质量数守恒，核电荷数守恒H和H
发生核反应，产物应该是中子，核反应方程为HHHe
n，原子核聚变反应过程中释放出了核能，但反应前后原子核的质量数依然守恒，A、C均错误；根据爱因斯坦质能方程，释放的核能ΔE＝（mHe－m氘－m氚）c2＝mHec2－m氘c2－m氚c2＝E3－E2－E1，B正确；在核反应中，核子结合在一起靠的是强大的核力克服库仑力结合在一起，D错误。
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5. 一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出201 MeV的能量，
则1 g纯U完全发生核反应时放出的能量为（NA为阿伏伽德罗常
数）（ ）
A. NA×201 MeV B. 235NA×201 MeV
C. 235×201 MeV
解析： 由于1 mol的铀核质量为235 g，1 g铀235的物质的量为
mol，因此1 g铀235 释放的能量E＝×201 MeV，故D正确。
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6. 一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。
已知质子、中子、氘核的质量分别为m1，m2，m3，普朗克常量为
h，真空中的光速为c。下列说法正确的是（ ）
B. 聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3
C. 辐射出的γ光子的能量E＝（m3－m1－m2）c2
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解析： 核反应方程为HnH＋γ，选项A错误；由题可
知，该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3，选项B正确；根据爱
因斯坦的质能方程E＝mc2得，该反应辐射出的γ光子的能量为E＝
（m1＋m2－m3）c2，选项C错误；由E＝hν＝h得，λ＝
，选项D错误。
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7. 100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒
子轰击Ni核也打出了质子HeNiCuH＋X，该
反应中的X是 （选填“电子”“正电子”或“中子”）。
此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类
获得核能的主要方式是 （选填“核衰变”“核裂变”或
“核聚变”）。
解析：设X的质量数为A，质子数为Z，即X，由质量数守恒得A＝
4＋60－62－1＝1，由核电荷数守恒得Z＝2＋28－29－1＝0，则知
X是中子；目前人类获得核能的主要方式是重核的裂变。
中子
核裂变
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8. 已知铀235核裂变时的核反应方程为U＋BaKr＋
n，一个铀235核裂变时，能释放200 MeV的能量，则1 kg铀完全
裂变能释放多少能量？相当于多少吨燃烧值为2.94×107 J/kg的煤
所放出的能量？
答案：8.2×1013 J 2 789 t
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解析：首先求出1 kg铀235中含有的原子核数，然后即可根据已知
求解。
1 kg铀235中含有的原子核数×6.02×1023个≈2.562×1024个。
一个铀核裂变能放出200 MeV的能量，则1 kg铀核裂变能释放ΔE＝
2.562×1024×200 MeV＝5.124×1026MeV＝5.124×1032×1.6×10
－19 J≈8.2×1013 J，设1 kg铀235 释放的能量相当于煤的质量为m，
则有m＝ kg≈2.789×106 kg＝2 789 t。
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9. 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应
方程为HCN＋Q1，NC＋X＋Q2，方程
中Q1，Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
原子核
质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1
以下推断正确的是（ ）
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解析：HCN中质量亏损为Δm1＝1.007 8 u＋
12.000 0 u－13.005 7 u＝0.002 1 u。根据核电荷数守恒和质量数守
恒可知H＋C＋X中X的电荷数为2、质量数为4，故X为
α粒子即He，质量亏损为Δm2＝1.007 8 u＋15.000 1 u－12.000 0
u－4.002 6 u＝0.005 3 u。根据爱因斯坦的质能方程可知Q1＝
Δm1c2，Q2＝Δm2c2，则Q1＜Q2。选项B正确，选项A、C、D错误。
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10. （多选） “氦-3”是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚
变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”。普通水中含有质量
约0.015 0 ％的“重水”（普通水H2O的两个氢中的一个被氘核取
代），使两个氘核通过反应HHHen 发生聚变产生
“氦-3”，已知氘核的质量是3.343 6×10－27 kg，氦-3的质量是
5.006 4×10－27 kg，中子的质量是1.674 9×10－27 kg，19 g“重
水”含有的氘核数目为6.02×1023个，若一天内“烧”掉1 L普通
水中的所有氘核，则（ ）
A. 发生聚变反应后比结合能减小
B. 聚变反应前后质量守恒但能量不守恒
C. 两个氘核聚变后释放的能量约为3.3 MeV
D. 所有氘核聚变后可获得约14.6 kW的平均功率
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解析： 裂变或者聚变都是放出能量，故产物的比结合能比原
来的元素比结合能大，故A错误；核反应前后质量不守恒，亏损
的质量以能量的形式放出，自然界任何反应后能量都是守恒的，
故B错误；由E＝Δmc2可得，反应前后放出的能量为E0＝
（2×3.343 6×10－27－5.006 4×10－27－1.674 9×10－27）×
（3×108）2 J＝5.31×10－13 J≈3.3 MeV，故C正确；烧掉1 L普
通水中所有氘核放出的能量为E＝×0.015 ％
×6.02×1023× MeV≈7.84×1021 MeV≈1.26×109 J，故功率
为P＝＝ W≈1.46×104 W＝14.6 kW，故D正确。
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11. U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出能
量。已知每个铀核裂变释放的平均能量为200 MeV。
（1）写出核反应方程；
答案：UnBaKr＋n
解析：核反应方程为
UnBaKr＋n。
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（2）现在要建设发电功率为5×105 kW的核电站，用U作为核
燃料，假设核裂变释放的能量的一半转化为电能，那么该核
电站一天消耗U多少千克？（阿伏伽德罗常数取
6.0×1023 mol－1）
答案： 1.06 kg
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解析： 核电站一天发出的电能E1＝Pt ①
设每天消耗U的质量为m，核裂变释放的能量为E2＝
J ②
由能量转化得E1＝ηE2 ③
由①②③式得m＝1.06 kg。
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12. （1）把氢核聚变简化为4个氢核H）聚变成氦核He），同
时放出2个正电子e）和2个中微子（υe），请写出该氢核聚变
反应的方程，并计算一次反应释放的能量。
答案：见解析
解析：由题意可知核反应方程为
HHe＋e＋2υe
Δm＝4mp－mα－2me
ΔE＝Δmc2≈4.1×10－12 J。
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（2）研究表明，银河系的年龄约为t＝3.8×1017 s，每秒钟银河
系产生的能量约为1×1037 J（P＝1×1037 J/s），现假定该能
量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量。
（最后结果保留一位有效数字，银河系质量约为M＝3×1041
kg，原子质量单位1 u＝1.66×10－27 kg，1 u相当于1.5×10
－10 J的能量，电子质量me＝0.0005 u，氦核质量mα＝4.002
6 u，氢核质量mp＝1.007 8 u，中微子υe质量为零）
解析： 由氢核聚变反应生成氦的质量
m＝ mα≈6×1039 kg
氦的含量k＝×100％＝×100％＝2％。
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谢谢观看!
