第4节 核裂变与核聚变 课件-2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册（57页PPT）

(共57张PPT)
第五章 原子核
第4节 核裂变与核聚变
图解课标要点
学思用·典例详解
例1-1 [教科版教材习题改编](2025·江西省丰城中学开学考试)
2023年山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站正式投入商业运行，标志着我国第四代核
电技术达到世界领先水平。电站以气体为冷却剂，由热中子引发链式反应，关于该
电站的核反应，下列说法正确的是( )
C
A.核反应方程为：
B.任意大小的铀块都可以发生链式反应
C.中子的速度与热运动的速度相当时最适于引发核裂变
D.裂变后与裂变前相比，各原子核总质量数增加
【解析】
选项 分析 正误
A
B 铀核裂变时，只有达到临界体积的铀块才能发生链式反应。
C 中子的速度与热运动的速度相当时，中子速度较小，容易被铀核捕 捉，发生核反应的概率大，因此最适于引发核裂变。 √
D 裂变不改变原子核的总质量数，裂变前后总质量数不变。
【想一想丨问题驱动】
什么是慢中子？
提示 速度与热运动速度相当的中子最适于引发核裂变，这样的中子就是“热中子”，
或称慢中子。
图5-4-3
例2-2 如图5-4-3是核反应堆的示意图，对于核反应堆的认识，
下列说法正确的是( )
D
A.铀棒是核燃料，核心物质是铀238
B.石墨起到吸收中子的作用
C.镉棒起到使中子减速的作用
D.水泥防护层的作用是阻隔各种射线，避免放射性危害
【解析】核反应堆采用的核燃料为铀235，故A错误；石墨的作用是使中子减速，故
B错误；镉棒的作用是吸收中子，故C错误；水泥防护层的作用是阻隔各种射线，避
免放射性危害，故D正确。
例2-3 某反应堆功率是，用的核燃料是含 铀235的浓缩铀，已知每
个铀核裂变时释放的能量为 ，则这个反应堆一昼夜要消耗多少克核燃料？
【答案】
【解析】反应堆一天发出的电能
设每天消耗的质量为
核裂变释放的能量
联立解得
则这个反应堆一昼夜要消耗核燃料的质量 。
【想一想丨问题驱动】
为什么说核聚变是最理想的能源？
提示 轻核聚变产能效率高；地球上核聚变燃料氘储量丰富，而氚可以利用锂来制
取；轻核聚变更为安全、清洁。
例3-4 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 ”，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( )
B
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
【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
确的应为 。
例4-5 以下说法正确的是( )
D
A.聚变是裂变的逆反应
B.若裂变释放能量，则聚变必定吸收能量
C.聚变需将反应物加热至数百万摄氏度的高温，显然吸收能量
D.裂变与聚变均可释放巨大的能量
【解析】从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反
应物和生成物完全不同。裂变是重核分裂成中等质量的核的反应，而聚变则是轻核
聚合成为质量较大的核的反应，二者并非互为逆反应,A错误。既然裂变与聚变不是
互为逆反应，则在能量流向上也不必相反，B错误。要实现聚变反应，必须使参加反
应的轻核充分接近，需要数百万摄氏度的高温提供能量，但聚变反应一旦实现，所
释放的能量远大于所吸收的能量。因此，总的来说，聚变反应还是释放能量，故C错
误，D正确。
【学会了吗丨变式题】
1.核能发电被视为人类解决能源问题的终极方案，目前我国在核能发电应用和研究
方面都处于国际一流水平，以下关于轻核聚变和重核裂变的说法正确的是( )
C
A.经轻核聚变过程后核子的平均质量增大
B.经重核裂变过程后原子核的比结合能减小
C.经轻核聚变过程后原子核的比结合能增大
D.目前我国核电站主要利用轻核聚变释放的能量来发电
【解析】轻核聚变和重核裂变时，核子的平均质量都将减小，故A错误；轻核聚变
和重核裂变都是从比结合能小的原子核向比结合能大的原子核方向反应，有质量亏
损，释放核能，故B错误，C正确；目前我国核电站主要利用重核裂变释放的能量来
发电，故D错误。
方法帮 解题课丨关键能力构建
题型1 核反应类型的判断
例6 [鲁科版教材习题改编](2025·天津市第一中学期末，多选)对以下四个核反应方程，
下列说法正确的是( )
CD
A. 是核裂变反应，这种核反应会释放能量
B.是 衰变，会释放出阴极射线
C. 是人类第一次实现原子核人工转变的方程
D. 是核聚变，利用激光引发可控的核聚变是正在尝
试的技术之一
【解析】
【学会了吗丨变式题】
2.现有三个核反应方程： ；
； 。下列说法正确的是
( )
C
A.①是裂变，②是 衰变，③是聚变 B.①是聚变，②是裂变，③是 衰变
C.①是 衰变，②是裂变，③是聚变 D.①是 衰变，②是聚变，③是裂变
【解析】
分析 判断
①
② 裂变是重核变为中等质量的核。 裂变
③ 聚变是质量较小的核结合成质量较大的核。 聚变
题型2 裂变反应和聚变反应中核能的计算
例7 现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是
。
（1）核反应方程中的是中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆 的
电荷数与质量数。
【答案】40; 90
【解析】锆的电荷数，质量数 。
（2）已知铀核质量为，中子质量为，钕 核质量为
，锆核质量为；又知质量亏损释放的核能为 ,试计
算铀235完全裂变时大约能产生的能量。 不考虑电子和中微子的质量，阿伏加
德罗常数取
【答案】
【解析】铀235的铀核数为个 个。一个铀核
参与反应，质量亏损为。因此 铀
235完全裂变产生的能量约为
。
思路点拨 计算裂变反应产生能量的关键是计算裂变前后的质量亏损。
例8 两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核（氦的同位素）。已知氘核质量
，氦核质量，中子质量 。
（1）写出聚变方程并算出释放的核能；已知质量亏损释放的核能为
【答案】
【解析】核反应方程为
该反应的质量亏损
则释放的核能为
。
（2）若反应前两氘核的动能均为 。它们正面对撞发生聚变，且反应
后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
【答案】;
【解析】将两个氘核作为一个系统，由动量守恒定律有
由于,则
又由能量守恒定律有
代入数据可得， 。
思路点拨 注意认真审题，特别是核反应中应用动量和能量守恒定律时不要出错。
【学会了吗丨变式题】
3.受中子轰击时会发生裂变，可能产生和，同时放出 的能量，
现要建设发电能力是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料。假设核裂变
（均为题述反应）释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多
少？阿伏加德罗常数取
【答案】
【解析】由题意知，铀235释放的能量等于一天发电的电能，计算出发电功率为50万
千瓦的核电站一天发出的电能，也就是一天所需的铀235释放的核能，进而求得铀
235的质量。根据发电功率计算出每天应发电能的总量
要得到这么多能量需要裂变的铀原子核数目 个 个
则对应的纯铀235的质量 。
高考帮 考试课丨核心素养聚焦
考情揭秘 素养点击
基本考 查点 核裂变和核聚变的规律和应用。 1.了解核裂变、核聚变的反应原
理及应用，了解原子弹、氢弹及
核电站的原理，形成全面、科学
的相互作用观念和能量观念，关
注原子核技术的应用与发展。
2.掌握典型的核裂变和核聚变方
程，能计算核反应中释放的核
能。
热点及 难点 核反应类型的判别，核裂变、核聚变中 核能的计算。 题型及 难度 常以选择题形式考查，难度中等偏易。 高考中 地位 核反应的重要内容，经常结合其他知识 综合考查。 考向1 考查对核反应类型的判别
例9 (浙江高考题，多选)对四个核反应方程：（1） ；（2）
；（3） ；（4）
。
下列说法正确的是( )
CD
A. 式核反应没有释放能量
B. 式均是原子核衰变方程
C.（3）式是人类第一次实现原子核转变的方程
D.利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试的技术之一
【解析】（1）式是 衰变方程，（2）式是 衰变方程，均有能量放出，选项A错
误；（3）式是人类第一次实现原子核转变的方程，是人工转变核反应方程，选项B
错误，C正确；核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量
的过程，利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试的技术之一，选项D正确。
素养探 源 核心素 养 考查途径
物理观 念 通过对核反应类型进行判别，考查考生对物理基本知识的识记、
提炼和分类能力。
得分探 源 【类题链接丨变式题】
类题1 (广东高考题，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中表述正确的有 ( )
AC
A. 是核聚变反应
B.是 衰变
C. 是核裂变反应
D.是 衰变
【解析】放射性元素的原子核自发地放出某种粒子后变成新的原子核的变化叫衰变。
轻核结合成质量较大的核的过程叫核聚变。一个重核分裂成两个中等质量的核的反
应过程叫裂变。根据以上规律，B选项是聚变，D选项是裂变。A、C正确。
类题2 (全国卷Ⅱ高考题)在下列描述核过程的方程中，属于 衰变的是___，属于
衰变的是____，属于裂变的是___，属于聚变的是___。（填正确答案标号）
A.
B.
C.
D.
E.
F.
C
【解析】一个原子核自发地放出一个 粒子，生成一个新核的过程是 衰变，因此
C项是 衰变；一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程
是重核的裂变，因此 项是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成较重的原子核的过
程是轻核的聚变，因此项是轻核的聚变；另外，A、B项是 衰变，D项是人工转
变核反应。
考向2 考查核反应与能量的综合应用
例10 (2025·福建卷，多选)某核反应方程为 ，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，发生该核反应，设反应释放
的能量（远大于碰前氘核和氚核的动能）全部转化为与 的动能，则( )
AC
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 D.获得的动能约为
本题以核聚变方程为背景命题，考查核反应、动量、能量等知识点，要求考生掌握
核裂变与核聚变的区别，并能运用动量、能量相关知识点解决与核能相关的问题，
体现了高考对物理观念和科学思维的考查。
【解析】
选项 分析 正误
A 题中核反应释放能量，由爱因斯坦质能方程可知，该反应有质量亏 损。 √
B 题中核反应为两个轻核结合成质量较大的核，所以该反应为核聚变。
选项 分析 正误
C √
D
续表
【类题链接丨变式题】
类题3 (2024·浙江1月卷)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( )
D
A.核反应方程式为
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
【解析】
选项 分析 正误
A
B 核反应过程中生成物比反应物要稳定，比结合能越大，原子核 越稳定，故氘核的比结合能比氦核的小。
C
选项 分析 正误
D √
续表
练习帮 习题课丨学业质量测评
A 基础练丨知识测评
建议时间：15分钟
1.(湖北高考题)20世纪60年代，我国以国防为主的尖端科技取得了突破性的发展。
1964年，我国第一颗原子弹试爆成功；1967年，我国第一颗氢弹试爆成功。关于原
子弹和氢弹，下列说法正确的是( )
C
A.原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研制的
B.原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研制的
C.原子弹是根据核裂变原理研制的，氢弹是根据核聚变原理研制的
D.原子弹是根据核聚变原理研制的，氢弹是根据核裂变原理研制的
【解析】原子弹是利用重核裂变的链式反应能在极短时间内释放出巨大能量的原理
制成的，氢弹是利用轻核的聚变制成的，故A、B、D错误，C正确。
2.[教科版教材习题改编](2025·河北衡水期末)2025春季核能可持续发展国际论坛在京
召开，论坛上发布了《中国核能发展报告（2025）》蓝皮书。蓝皮书称，全球核能
发展迎来全面复兴，按照当前的建设速度和节奏，2030年前中国运行核电规模将成
为世界第一。关于核反应堆，下列说法正确的是( )
C
A.反应堆中镉棒的作用是释放中子，加快反应速度
B.反应堆中核燃料的体积只有小于临界体积时，核反应才能顺利进行
C.我国新一代人造太阳“中国环流三号”是可控核聚变科学装置
D.我国正在运行的核反应堆中发生的核反应是核聚变
【解析】
选项 分析 正误
A 镉棒的作用是吸收中子以控制反应速度，而非释放中子。
B 核燃料需达到或超过临界体积才能维持链式反应。
C “中国环流三号”是研究可控核聚变的装置。 √
D 当前运行的核反应堆是核裂变，核聚变尚未商用。
3.核动力潜艇是潜艇的一种类型，指以核反应堆为动力来源设计的潜艇。在核反应
中有一种是 原子核在中子的轰击下发生的一种可能的裂变反应，其裂变方程为
，则下列叙述正确的是 ( )
A
A. 原子核中含有54个质子
B. 原子核中含有53个中子
C.裂变时释放能量，但总质量没有改变
D.裂变时释放能量，出现质量亏损，质量数不守恒
【解析】由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知， 原子核中含有54个质子，
78个中子，故A正确，B、D错误；核裂变反应中有质量亏损，亏损的质量以能量的
形式释放，C错误。
4.下列核反应方程中，属于重核裂变的是( )
D
A.卢瑟福发现质子的核反应方程：
B.贝克勒尔发现天然放射现象，其中的一种核反应方程：
C.太阳中发生的热核反应，一种典型的核反应方程：
D.核电站可控的链式反应中，一种典型的核反应方程：
【解析】A选项中的方程是人工转变核反应方程，故A错误；B选项中的方程是 衰
变方程，故B错误；C选项中的方程是轻核聚变方程，故C错误；裂变是质量较大的
核分裂成较轻的核，可知D选项中的方程为重核裂变方程，故D正确。
5.[鲁科版教材习题改编](2025·四川成都石室中学诊断)关于核反应与核能，下列说法
正确的是( )
A
A. 是原子核的人工转变
B. 是太阳内部发生的核反应之一
C.一重核发生 衰变后，衰变产物的结合能之和一定小于原来重核的结合能
D.由于衰变时要释放巨大的能量，根据 ，衰变过程总质量会增加
【解析】
6.［鲁科版教材习题］4个氢核（质子）聚变成1个氦核，同时放出2个正电子
（质量忽略不计）。写出这个过程的核反应方程，并计算释放了多少能量。若 氢
完全聚变，能释放多少能量 （氢核的质量为，氦核的质量为，
相当于，阿伏加德罗常数取 ）
【答案】
【解析】由质量数与电荷数守恒可知，核反应方程为
正电子质量忽略不计，所以聚变反应的质量亏损为
释放的能量
氢含有的氢核数为个 个
氢完全聚变释放的能量为
。
B 综合练丨选考通关
建议时间：20分钟
7.我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的问题，研制了一种小型核
能电池，将核反应释放的核能转变为电能，需要的功率并不大，并且便于防护其产
生的核辐射。请据此猜测“玉兔号”所用的核能电池有可能发生的核反应方程是
( )
C
A. B.
C. D.
【解析】A选项中的方程所对应的核反应是轻核聚变反应，反应剧烈，至今可控聚
变反应还处于实验研究阶段，所以不宜采用，故A错误；B选项中的方程所对应的核
反应是重核裂变反应，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高,还不能小
型化，故B错误；C选项中的方程所对应的核反应是人工放射性同位素的衰变反应，
是小型核能电池主要采用的反应方式，故C正确；D选项中的方程所对应的核反应是
人工转变核反应，需要高能 粒子，在月球车上不易实现，故D错误。
8.氘核 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式
表示。海水中富含氘，已知 中含有的
氘核约为个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为 的标准煤完
全燃烧时释放的热量相等；已知标准煤完全燃烧释放的热量约为 ,
,则 约为( )
C
A. B. C. D.
【解析】结合核反应方程知， 中的氘核全部发生聚变反应放出的能量
，根据题意得
，选项C正确。
9.（多选）太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反
应可以看作是4个氢核 结合成1个氦核同时放出2个正电子。下表中列出了部分粒
子的质量（取 ），以下说法正确的是( )
粒子名称
ACD
A.核反应方程为
B.4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为
C.4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为
D.4个氢核结合成1个氦核的聚变反应过程中释放的能量约为
【解析】太阳的能量来源是轻核的聚变，方程式为 ，故A正确；4个
氢核结合成1个氦核时的质量亏损为
，
故B错误,C正确；4个氢核聚变成1个氦核的聚变反应过程中释放的能量约为
，故D正确。
10.（多选）中国自主三代核电“华龙一号”示范工程第2台机组福清核电6号机组于
2022年3月25日投入商业运行，至此“华龙一号”示范工程全面建成投运。“华龙一号”
利用铀核裂变释放能量，原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线如图所示，
两台机组每年总发电量约200亿千瓦·时。下列说法正确的是( )
CD
A.铀核裂变的一个重要核反应方程是
B.“华龙一号”两台机组发电一年需消耗的
铀核质量约为
C.核的平均核子质量小于 核的平均
核子质量
D.三个中子和三个质子结合成 核时释放
的能量约为
【解析】铀核裂变的一个重要核反应方程为 ，左右两
侧的中子不能约去，故选项A错误；根据质能方程 可知，“华龙一号”两台
机组的年总发电量200亿千瓦·时对应的质量亏损
，所以其参与反应的铀核质量大于 ,选
项B错误；由题图可知，核的平均结合能大于 核的平均结合能，平均结合能越
大，平均核子质量越小，所以核的平均核子质量小于 核的平均核子质量，选
项C正确；核子结合成原子核时，存在质量亏损，释放核能，由题图可知 核的平
均结合能约为,所以其释放的核能约为 ，选项D正确。
11.［粤教版教材习题］天文学家测得银河系中氦的含量约为 。有关研究表明，
宇宙中氦生成的途径有两条:一是在宇宙诞生后2分钟左右生成的;二是在宇宙演化到
恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的。
（1）若把氢核聚变反应简化为4个氢核聚变成氦核 ，同时放出2个正电子
和2个中微子 ，请写出该氢核聚变反应的方程，并计算该氢核聚变反应释放的
能量。
【答案】
【解析】
质量亏损为
释放的能量为 。
（2）研究表明，银河系的年龄约为 ，每秒银河系产生的能量约为
（即 ）。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。（结果保留一位有效数字）
【答案】
【解析】氦的总质量为
氦的含量为 。
（3）根据估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断。
（可能用到的数据:银河系质量约为 ,原子质量单位
，相当于的能量，电子质量 ，氦
核质量,氢核质量，中微子 的质量为零。 ）
【答案】见解析
【解析】由估算结果可知，,远小于 的实际值，所以银河系中的氦主要是
宇宙诞生后2分钟左右生成的。
C 培优练丨能力提升
建议时间：10分钟
12.在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作慢化剂。中子
在重水中可与核碰撞减速，在石墨中与 核碰撞减速。上述碰撞可简化为弹性碰
撞模型。某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次
碰撞考虑，用重水和石墨作慢化剂，哪种减速效果更好？
【解析】设中子的质量为，靶核质量为
由动量守恒定律得
由能量守恒定律得
解得
在重水中靶核质量
解得
在石墨中靶核的质量
与重水靶核碰撞后中子速度较小，故重水减速效果更好。