第十五章第三节 核能及其应用
题型1 核力与四种基本相互作用 题型2 结合能与比结合能的概念及物理意义
题型3 比结合能随质量数变化的曲线 题型4 元素核子平均质量曲线
题型5 结合能（比结合）与核能的相关判断和计算 题型6 质能方程的内容和表达式
题型7 核反应前后存在质量亏损及其计算 题型8 爱因斯坦质能方程的应用
题型9 重核的裂变及反应条件 题型10 重核裂变的应用（核电站与反应堆）
题型11 链式反应的条件与控制 题型12 轻核的聚变及反应条件
题型13 核聚变的反应方程 题型14 轻核聚变的应用
▉题型1 核力与四种基本相互作用
【知识点的认识】
1．核力：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起，这种力称为核力．其特点为：
（1）核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．
（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10﹣15m之内．
（3）每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．
2.四种基本相互作用
自然界存在四种相互作用：
引力相互作用——物体与物体间的万有引力。比如重力是由引力相互作用引起的。
电磁相互作用——压力、拉力、弹力、支持力、电荷间的相互作用、磁体间的相互作用等的都是电磁相互作用。
强相互作用——使核子紧密结合在一起的作用力，叫作核力。
弱相互作用——在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因。
1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（ ）
A．核力、万有引力、库仑力
B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力
D．核力、库仑力、万有引力
【答案】D
【解答】解：核力是强力，它能将核子束缚在原子核内。万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略。
故选：D。
▉题型2 结合能与比结合能的概念及物理意义
【知识点的认识】
1.结合能和比结合能的概念：
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。这个能量也是核子结合成原子核而释放的能量。
比结合能：组成原子核的核子越多，它的结合能越大。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.比结合能的物理意义：比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
2．下面关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有（ ）
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大
D．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大
【答案】D
【解答】解：A、将原子核拆散成核子与核子结合成原子核两个过程质量的变化相等，将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量叫结合能。故A错误。
B、比结合能越大，原子核越稳定。原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，则原子核越大，它的结合能越高。故B错误。
C、重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能大，而平均结合能比较小。故C错误。
D、中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大。故D正确。
故选：D。
3．近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式推动了人类文明与进步。关于近代物理知识下列说法正确的是（ ）
A．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应
B．查德威克预言了中子的存在，卢瑟福通过实验发现了中子
C．玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念
D．钋（84218Po）是氡（86222Rn）的衰变产物之一，故钋（84218Po）的比结合能大于氡（86222Rn）的比结合能
【答案】D
【解答】解：A、氢原子从能级n＝6跃迁至n＝1时辐射的光子能量大于从n＝6跃迁至n＝2辐射的光子能量，故A错误；
B、卢瑟福预言了中子的存在，查德威克发现了中子，故B错误；
C、玻尔理论只成功解释了氢原子光谱规律，故C错误；
D、衰变产物的新核更稳定，比结合能更大，故D正确。
故选：D。
（多选）4．如图是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如O的核子平均结合能约为8MeV，He的核子平均结合能约为7MeV，根据该图像判断，下列说法正确的是（ ）
A．随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能增大
B．Fe核最稳定
C．由图像可知，两个H核结合成He核会释放出能量
D．把O分成8个质子和8个中子比把O分成4个He要多提供约112MeV的能量
【答案】BCD
【解答】解：A、由图像可知，随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能先增大后减小，故A错误；
B．Fe核的平均结合能最大，是最稳定的，故B正确；
C．两个平均结合能小的H结合成平均结合能大的He时，会释放出能量，故C正确；
D．把O分成质子和中子需要提供的能量约为：
ΔE1＝16×8MeV＝128MeV
将质子和中子结合成一个He所放出的能量约为：
ΔE2＝4×7MeV＝28MeV
则O将分为个4He需要提供的能量约为：
ΔE3＝ΔE1﹣4×ΔE2＝（128﹣4×28）MeV＝16MeV
故要多提供的能量为：
ΔE3﹣ΔE1＝（128﹣16）MeV＝112MeV，故D正确；
故选：BCD。
（多选）5．下列说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦利用自己提出的能量量子化理论解释了光电效应
B．比结合能越大的原子核，原子核越稳定
C．一个氢原子从n＝4的激发态跃迁到基态时，能辐射6种不同频率的光子
D．天然的放射性现象使人类认识到原子核内部具有复杂的结构
【答案】BD
【解答】解：A、普朗克提出的能量量子化理论，爱因斯坦解释了光电效应，故A错误；
B、比结合能越大的原子核，原子核越稳定，故B正确；
C、一个氢原子从n＝4的激发态跃迁到基态时，最多只能辐射3种不同频率的光子，故C错误；
D、天然的放射性现象产生的射线均来自原子核内部，所以天然的放射性现象使人类认识到原子核内部具有复杂的结构，故D正确。
故选：BD。
▉题型3 比结合能随质量数变化的曲线
【知识点的认识】
1.不同原子核的比结合能是不一样的，如下图是按照实际测量结果绘制的比结合能随质量数变化的曲线。
2.由图像可以看出，中等大小的核的比结合能最大，这些核最稳定。
6．原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，核子组合成原子核时（ ）
A．小质量数的原子核质量亏损最大
B．中等质量数的原子核质量亏损最大
C．大质量数的原子核质量亏损最大
D．不同质量数的原子核质量亏损相同
【答案】B
【解答】解：由图可知，中等质量的原子核的比结合能最大，
根据爱因斯坦质能方程可知，中等质量数的核子组合成原子核时质量亏损最大，故B正确，ACD错误。
故选：B。
（多选）7．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．He核的结合能约为14MeV
B．He核比Li核更稳定
C．两个H核结合成He核时释放能量
D．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大
【答案】BC
【解答】解：A、根据图象可知，He核的比结合能约为7Mev，结合能为7×4Mev＝28Mev．故A错误；
B、比结合能越大，则原子核越稳定，由图象可知，He核比Li核的比结合能大，故He核比Li核更稳定。故B正确；
C、两个H核结合成He核后，原子核中核子的比结合能增大，亏损的质量越多，故向外释放能量。故C正确；
D、由图象可知，U核中核子的平均结合能比Kr核中的小。故D错误。
故选：BC。
▉题型4 元素核子平均质量曲线
【知识点的认识】
1.以核子的平均质量为纵坐标，原子序数为纵坐标作出的曲线叫作核子平均质量曲线。如下图：
2.元素核子平均质量曲线显示，中等核的核子平均质量最小。
这一现象可以通过分析核子平均质量与原子序数的关系曲线来理解。曲线揭示了核子的平均质量随着原子序数的变化而变化，其中CF段的核子平均质量最小，表明中等核的核子平均质量最小。这一发现对于理解原子核的结构和性质具有重要意义。
进一步分析，当将原子核C、B结合成原子核A时，核子的平均质量增大，这表明需要吸收能量。相反，将原子核D、E结合成原子核F时，核子的平均质量减小，这表明存在质量亏损，并且会释放出能量。这种现象在核物理中是非常重要的，因为它涉及到核反应中能量的产生和释放机制。
此外，将原子核A分裂成B、C时，核子的比结合能会增大，而D、E合并成F时，F的质量小于D、E的总质量。这表明在核反应过程中，存在着质量的转化和能量的转换，这是核能利用的基础。
综上所述，元素核子平均质量曲线的分析为我们理解核结构、核反应以及核能的利用提供了重要的线索和依据。
8．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．甲图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量
B．乙图中，若氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时辐射出A光，只要用波长小于A光波长的光照射，都能使氢原子从n＝1跃迁到n＝2
C．丙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．丁图中，汤姆孙通过对阴极射线的研究揭示了原子核内还有复杂结构
【答案】A
【解答】解：A、图中，原子核D和E聚变成原子核F的过程属于聚变反应，是该反应的过程中要放出能量。故A正确；
B、若氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时辐射出A光，用波长小于A光波长的光照射，不能使氢原子从n＝1跃迁到n＝2．故B错误；
C、卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型。故C错误；
D、汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子，从而揭示了原子核是有复杂结构的。故D错误；
故选：A。
▉题型5 结合能（比结合）与核能的相关判断和计算
【知识点的认识】
1.原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数。
2.核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放（或吸收）的核能。
即核能＝反应物的总结核能﹣生成物的总结核能
如果结果为正，表明核反应吸收能量，如果结果为负，表明核反应释放能量。
9．2020年12月4日，我国新一代“人造太阳”装置一中国环流器二号M装置在成都建成并成功放电（如图），为本世纪中叶实现核聚变能应用的目标打下了坚实的基础。“人造太阳”装置中的核反应主要是一个氘核（H）与一个氘核（H）反应生成一个新核，同时放出一个中子，释放核能ΔE。已知真空中光速为c，下列说法正确的是（ ）
A．H核与H核是两种不同元素的原子核
B．一个H核与一个H核反应生成的新核中子数为3
C．H核的比结合能为
D．一个H核与一个H核反应过程中的质量亏损为
【答案】D
【解答】解：A、H核与H核均为氢的同位素，故A错误；
B、核反应方程为HH→Hen，新核为氦核，中子数为2，故B错误；
CD、由爱因斯坦质能方程ΔE＝mc2可知该反应得到的能量不能计算H的比结合能，只能计算该反应的质量亏损，根据可得质量亏损为Δm，故D正确，C错误。
故选：D。
10．下列说法正确的是（ ）
A．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定放出核能
B．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动速度减小
C．某一频率的光照射到某金属表面可以发生光电效应，入射光越强，光电子的最大初动能越大
D．电子显微镜比光学显微镜的分辨率更高是因为电子穿过样品时发生了更明显的衍射
【答案】A
【解答】解：A、比结合能是结合能与核子数的比值，比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定放出核能，如轻核聚变、重核裂变，故A正确；
B、氢原子辐射出一个光子后，能量减小，轨道半径减小，根据知，电子的动能增大，则电势能减小，故B错误；
C、发生光电效应时，入射光越强，光电子数目越多，而光子的最大初动能与光照强度无关，故C错误；
D、电子显微镜比光学显微镜的分辨率更高是因为电子穿过样品时发生了更不容易明显的衍射，故D错误；
故选：A。
（多选）11．关于核反应方程Th→Pa+X+ΔE（ΔE为释放出的核能，X为新生成粒子），已知Th的半衰期为T，则下列说法正确的是（ ）
A．Pa没有放射性
B．Pa比Th少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变
C．N0个Pa经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为N0ΔE（N0数值很大）
D．Pa的比结合能为
【答案】BC
【解答】解：A、原子序数大于或等于83的元素都有放射性，Pa的原子序数大于83，故A错误；
B、由质量数和电荷数守恒知X为电子，是原子核内的中子转化为质子而释放一个电子，是β衰变，故B正确；
C、经2T时间还剩余四分之一没衰变，发生上述核反应而放出的核能为N0ΔE，故C正确；
D、Pa的结合能是234个核子结合成时放出的能量，该能量不是它衰变时放出的能量ΔE，所以Pa的平均结合能不是，故D错误。
故选：BC。
▉题型6 质能方程的内容和表达式
【知识点的认识】
1.质能方程的表达式：E＝mc2。
2.质量亏损
所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成原子核的过程中以能量的形式辐射出去了，反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。总之，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系就是爱因斯坦质能方程E＝mc2。
3.对质能方程的理解
（1）质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。
（2）根据质能方程，物体的总能量与其质量成正
比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。
12．真空中的光速为c，物体的质量为m，由爱因斯坦质能方程可知，物体的能量E＝ mc2 ．物体放出核能时，质量一定 减小 （选填“增大”、“不变”或“减小”）．重核的 裂变 和轻核的 聚变 （以上两空选填“裂变”或“聚变”）都要释放巨大的核能．
【答案】mc2；减小；裂变；聚变
【解答】解：由爱因斯坦质能方程可知，物体的能量E＝mc2，当有核能释放时，有质量亏损，质量一定减小，重核裂变和轻核聚变都有质量亏损，都释放能量．
故答案为：mc2；减小；裂变；聚变．
▉题型7 核反应前后存在质量亏损及其计算
【知识点的认识】
1.定义：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损。
2.质量亏损＝反应物的所有的核子质量之和﹣生成物的所有的核子质量之和
13．静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po，α粒子动能为Eα．若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为（ ）
A． B．0
C． D．
【答案】C
【解答】解：设α粒子的质量为m1，反冲核的质量为m2，反冲核的速度大小为v′。
则根据动量守恒定律可得：m1v＝m2v′①
得：
α粒子动能为Eα4×v2
反冲核的动能E′218×（v）2Eα
则释放的总动能为：EαEαEα
根据能量守恒，则释放的核能EEα
根据爱因斯坦质能方程：Eα＝Δmc2
得：Δm；
故选：C。
14．一个静止的原子核X经α衰变放出一个α粒子并生成一个新核，α粒子的动能为E0．设衰变时产生的能量全部变成α粒子和新核的动能，则在此衰变过程中的质量亏损为（ ）
A． B．
C． D．
【答案】D
【解答】解：根据质量数与质子数守恒，可知，Y核质量数为a﹣4，核电荷数为b﹣2，
由动量守恒定律可知，mYvY+mava＝0；
两粒子动量p大小相等，则α粒子动能E0；
Y核的动能EY
那么；
衰变过程中放出总能量为ΔE＝EY+E0E0；
又由质能方程ΔE＝Δmc2可得亏损的质量为：Δm，故D正确，ABC错误；
故选：D。
15．核动力航母利用可控核裂变释放核能获得动力．核反应是若干核反应的一种，其中X为待求粒子，y为X的个数，则X是 中子 （选填“质子”、“中子”、“电子”），y＝ 3 ．若反应过程中释放的核能为E，光在真空中的传播速度为c，则核反应的质量亏损表达式为 ．
【答案】中子；3；
【解答】解：根据电荷数守恒、质量数守恒得，yX的总电荷数为0，总质量数为3，知X为中子（），y等于3．
根据爱因斯坦质能方程E＝Δmc2
则．
故答案为：中子，3，；
▉题型8 爱因斯坦质能方程的应用
【知识点的认识】
1．爱因斯坦质能方程为E＝mc2，若核反应中的质量亏损为△m，释放的核能△E＝△mc2．
16．氦核作用能将恒星中的氦转换成重元素，其中α粒子融合到O核中的核反应方程为HeO→Ne+γ。已知α粒子的结合能为2.84×107eV，O核的结合能为1.28×108eV，释放的能量为4.73×106eV，则Ne的比结合能约为（ ）
A．8.06×106eV B．7.58×106eV
C．2.30×105eV D．6.40×106eV
【答案】A
【解答】解：轻核聚变时由于质量亏损会释放出大量的核能，释放出的核能等于生成物的结合能与反应物的结合能的差值
设Ne的结合能为E，则E＝2.84×107eV+1.28×108eV+4.73×106eV＝161.13×106eV
故比结合能为：E'
代入数据解得：E'＝8.06×106eV，故A正确，BCD错误。
故选：A。
17．热核聚变反应之一是氘核（H）和氚核（H）聚变反应生成氦核（He）和中子。已知H的静止质量为2.0136u，H的静止质量为3.0150u，He的静止质量为4.0015u，中子的静止质量为1.0087u。又有1u相当于931.5MeV．则反应中释放的核能约为（ ）
A．4684.1MeV B．4667.0MeV C．17.1MeV D．939.6MeV
【答案】C
【解答】解：氘核和氚核的核聚变方程为HH→Hen，
根据质能方程可得：ΔE＝Δmc2＝（2.0136u+3.0150u﹣4.0015u﹣1.0087u）×931.5MeV＝17.1MeV，故C正确，ABD错误。
故选：C。
18．卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。发现质子的核反应为：NHe→OH．已知氮核质量为mN＝14.00753u，氧核的质量为mO＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子（氢核）质量为mp＝1.00815u。（已知：1uc2＝931MeV，结果保留2位有效数字）求：
（1）这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应？相应的能量变化为多少？
（2）若入射氦核以v0＝3×107m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核。反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1：50．求氧核的速度大小。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）、这一核反应中，质量亏损：Δm＝mN+mHe﹣mO﹣mp＝14.00753+4.00387﹣17.00454﹣1.00815＝﹣0.00129u
由质能方程，则有ΔE＝Δm c2＝﹣0.00129×931＝﹣1.2MeV
故这一核反应是吸收能量的反应，其能量为1.20MeV
（2）、根据动量守恒定律，则有：mHe v0＝mH vH+mOvO
又：vO：vH＝1：50
解得：vO＝1.8×106m/s
答：（1）这一核反应是吸收能量，相应的能量变化为1.2MeV；
（2）氧核的速度大小1.8×106m/s。
▉题型9 重核的裂变及反应条件
【知识点的认识】
1.定义：重核在中子轰击下分裂成中等质量的原子核并释放出核能的反应叫作核裂变。
2.条件：
①重元素：只有一些质量非常大的原子核（如铀、钚等）才能发生核裂变。
②中子轰击：这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和巨大的能量。
③链式反应：如果铀﹣235核裂变产生的中子又去轰击其余的铀﹣235，将再引起新的裂变，如此不断地持续进行下去，就是裂变的链式反应。
这种链式裂变反应能够维持下去的条件是至少有一个中子而且不多于一个中子从每一次裂变到达另一次裂变，这种状态称为“临界状态“。通常把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。
19．下列核反应中，表示核裂变的是（ ）
A．U→ThHe
B．nU→BaKr+3n
C．P→Sie
D．HeBe→Cn
【答案】B
【解答】解：A.核反应方程表示的是α衰变，故A错误；
B.核反应方程表示的是裂变反应，故B正确；
C.放射性同位素的原子核将一个中子转化为一个质子同时释放出一个高速电子的现象称为β衰变，故C错误；
D.两个质量较小的核结合成一个质量较大的核的核反应叫核聚变，故D错误。
故选：B。
20．2010年7月25日早7时，美国“乔治 华盛顿”号核航母驶离韩南部釜山港赴东部海域参加军演，标志此次代号为“不屈的意志”的美韩联合军演正式开始．在现代兵器体系中，潜艇和航母几乎算得上是一对天生的冤家对头，整个二战期间，潜艇共击沉航母17艘，占全部沉没航母数量的40.5%．中国有亚洲最大的潜艇部队，拥有自行开发的宋级柴电动力潜艇和汉级核动力潜艇，核动力潜艇中核反应堆释放的核能被转化成动能和电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量的核能．U+n→BaKr+aX以上方程是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则（ ）
A．X为质子 a＝3 B．X为质子 a＝2
C．X为中子 a＝2 D．X为中子 a＝3
【答案】D
【解答】解：由核电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子；由质量数守恒知a＝3，故D正确。
故选：D。
（多选）21．一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为Un→XSr+2n，则下列说法正确的是（ ）
A．X是原子核中含有86个中子
B．X是原子核中含有141个核子
C．因为裂变释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加
D．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量减少
【答案】AD
【解答】解：A、设X的原子核中含有x个质子，质量数为y，根据电荷数和质量数守恒有：92＝x+38，235+1＝y+94+2，解得x＝54，y＝140，所以X的中子数为：y﹣x＝86，故A正确；
B、根据A选项的论述可知X含义质量数为140，即核子数为140，故B错误；
C、裂变反应过程中质量数守恒，质量数不会增加，裂变过程存在质量有亏损，质量不守恒，故C错误；
D、因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量减少，故D正确。
故选：AD。
▉题型10 重核裂变的应用（核电站与反应堆）
【知识点的认识】
1.原子弹：原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短时间内能够放出大量核能，发生猛烈爆炸。
2.反应堆与核电站
①用人工的方法控制核裂变链式反应速度获得核能的装置，叫做反应堆．反应堆主要由核燃料棒、减速剂、控制棒、冷却系统和防护层等构成．
②通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数，以形成所谓的自持链反应（self﹣sustaining chain reaction）．
③核电站就是利用核反应堆来发电的。
22．核反应堆是人工控制链式反应速度、并获得核能的装置．它是由以下几个主要部件构成：（1）铀棒；（2）控制棒；（3）减速剂；（4）冷却剂．关于控制棒的主要作用，下面说法正确的是（ ）
A．使快中子减速，维持链式反应的进行
B．吸收中子，控制链式反应的速度
C．冷却降温，控制核反应堆的温度不要持续升高
D．控制铀的体积不要超过临界体积
【答案】B
【解答】解：控制棒是用含有金属铪、铟、银、镉等材料做成的；可以有效吸收反应堆中的中子；
中子越多，核反应越剧烈；故核反应堆就像一堆火一样，要想让核燃料的“火势”减弱或加强，可通过调整控制棒在核反应堆里的高度来实现，插入得越深，“吃”掉的中子越多，拔出的越高，产生的中子越多；要想关闭核反应堆，只需把足够量的控制棒插入到核反应堆里即可；
故选：B。
23．发展核电既是中国发展突破能源、交通、环保瓶颈的上策，也符合国家关于“节能减排”的号召，下列关于核电站的说法中正确的是（ ）
A．核反应方程可能是：U→BaKr+2n
B．核反应过程中质量和质量数都发生了亏损
C．在核反应堆中利用控制棒吸收中子从而减小中子对环境的影响
D．核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能
【答案】D
【解答】解：A、铀核裂变是用一个中子轰击铀核，产生3个中子，核反应方程两端的中子不能约去，故A错误。
B、在核反应中质量发生亏损，但质量数守恒，故B错误。
C、在核反应堆中利用控制棒吸收中子从而控制核反应的速度，故C错误。
D、根据核反应堆利用的过程可知，核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能，故D正确。
故选：D。
24．现已建成的核电站的能量来自于（ ）
A．天然放射性元素衰变放出的能量
B．人工放射性同位素放出的能量
C．重核裂变放出的能量
D．化学反应放出的能量
【答案】C
【解答】解：重核裂变过程中有质量亏损，伴随着巨大能量放出，目前核电站均是采用了重核裂变放出的能量进行的，故ABD错误，C正确。
故选：C。
25．在核反应堆中，为了使快中子的速度减慢，可选用作为中子减速剂的物质是（ ）
A．水 B．镉 C．氧 D．氢
【答案】A
【解答】解：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减速剂，故A正确。
故选：A。
▉题型11 链式反应的条件与控制
【知识点的认识】
1.链式反应的定义：由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。
2.链式反应的特点：利用一个中子轰击一个轴核，使轴核发生裂变，在反应中还放出2个中子，中子对未反应的轴核再进行轰击，从而使核反应出现连锁反应，使在短时间内出现积累效应．
3.链式反应的条件：能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量．
4.链式反应的控制：通过核反应堆进行控制。
核反应堆的工作原理为：
①热中子反应堆中铀棒是核反应的燃料。
②在铀棒周围要放“慢化剂”，快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子能量减少，变为慢中子。常用的慢化剂有石墨，重水和普通水（也叫轻水）。
③为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒。镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些。这种镉棒叫作控制棒。
④在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。
26．如图是原子物理史上几个著名的实验，关于这些实验，下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福α粒子散射实验否定了原子结构的枣糕模型，提出原子的核式结构模型
B．放射线在磁场中偏转，中间没有偏转的为γ射线，电离能力最强
C．电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
D．铀235只要俘获中子就能进行链式反应
【答案】A
【解答】解：A、卢瑟福通过α粒子散射实验否定了原子的“枣糕模型”结构，提出了原子的“核式结构模型”，故A正确；
B、中间没有偏转的为γ粒子，电离能力最弱，而穿透能力最强，故B错误；
C、由图可知，光照越强，光电流越大，但遏止电压是一样，说明遏止电压与光的强度无关，故C错误；
D、铀235只有达到临界体积时，俘获一个中子就可以进行链式反应，故D错误；
故选：A。
（多选）27．以下说法中正确的是（ ）
A．在核电站中利用石墨、重水和普通水来控制链式反应速度
B．中等大小的核的比结合能最大，因此这些核最稳定
C．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性
D．物质波是一种概率波，在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动
【答案】BD
【解答】解：A、在核电站中，通过控制棒（一般用石墨棒）吸收中子多少来控制反应速度，故A错误
B、比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。中等大小的核的比结合能最大，所以这些核是最稳定的，故B正确；
C、宏观物体的物质波波长非常小，很难观察到它的波动性，故C错误；
D、物质波是概率波，不可预知其某时刻的位置，故在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动，故D正确；
故选：BD。
▉题型12 轻核的聚变及反应条件
【知识点的认识】
1.定义：两个轻核结合成质量较大的核、这样的核反应叫作核聚变。
2.条件：在超高温条件下才能发生，所以核聚变反应又叫热核反应。
3.太阳辐射的能量来自核聚变。
28．核聚变过程的核反应方程为HH→Hen，反应原料氘（H）富存于海水中，氚（H）可以从中子轰击锂核（Li）的人工转变中得到。下列说法正确的是（ ）
A．中子轰击锂核（Li）得到氚（H）的核反应方程为Lin→HeH
B．核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，故核聚变过程不能释放出核能
C．核反应生成物中的α粒子虽具有很强的穿透能力，但电离本领较弱
D．在中子轰击锂核（Li）发生的核反应生成物中有α粒子，故属于α衰变
【答案】A
【解答】解：A、根据题意以及质量数守恒和电荷数守恒可得中子轰击锂核的人工转变方程程为Lin→HeH，故A正确；
B、反应中释放的核能来源于核反应过程中的质量亏损，与核反应的条件无关，故B错误；
C、核反应生成物中α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱，故C错误；
D、中子轰击锂核（Li）发生的核反应是原子核的人工转变，故D错误。
故选：A。
29．关于对下列核反应方程式的描述，正确的是（ ）
A．HeN→UH是人工转变
B．U→BaKr+2n为铀核裂变的一种方式
C．HH→Hen为α衰变
D．HN→CHe为轻核聚变
【答案】A
【解答】解：A．HeN→UH是人工转变，故A正确；
B．铀核裂变中反应物应该有中子参与，故B错误；
C．HH→Hen为轻核聚变，故C错误；
D.HN→CHe是人工转变，故D错误。
故选：A。
30．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风。下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是（ ）
①NHe→OH
②Un→SrXe+10n
③U→ThHe
④HH→Hen
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
【答案】C
【解答】解：“两弹”是指原子弹和氢弹，原子弹是铀核裂变：②Un→SrXe+10n，氢弹是轻核聚变：④HH→Hen．故ABD错误，C正确。
故选：C。
▉题型13 核聚变的反应方程
【知识点的认识】
1.核聚变的定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应．
2.核聚变反应方程举例：：HH→Hen+17.6MeV。
31．关于核反应的类型，下列表述正确的是（ ）
A．U→ThHe是α衰变
B．NHe→OH是β衰变
C．HeAl→Pn是核聚变
D．Se→Kr+2e是核裂变
【答案】A
【解答】解：A、U→ThHe 是α衰变，故A正确；
B、NHe→OH是原子核的人工转变，不是β衰变，故B错误；
C、HeAl→Pn，是原子核的人工转变，不是核聚变，故C错误；
D、Se→Kr+2e，生成了电子，可知是β衰变，不是核裂变，故D错误；
故选：A。
（多选）32．下列说法正确的是（ ）
A．HH→Hen是轻核聚变
B．Un→XeSr+2n是重核裂变
C．Ra→RnHe是α衰变
D．Na→Mge是核裂变
【答案】ABC
【解答】解：A、HH→Hen是质量较轻的核转化为质量较大的核，是轻核聚变；故A正确；
B、Un→XeSr+2n是质量较重的核裂变为质量中等的核，是重核裂变。故B正确；
C、Ra→RnHe该反应的过程中有α粒子放出，是α衰变。故C正确；
D、Na→Mge该反应的过程中有电子放出，是β衰变，不是裂变。故D错误
故选：ABC。
▉题型14 轻核聚变的应用
【知识点的认识】
1.目前轻核的聚变主要应用在核武器上，氢弹的原理图如下，首先由化学炸药引爆原子弹，再由晕啊子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
2.核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。这构成了实现可控核聚变的主要困难。为了解决这个难题，科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。
①磁约束 带电粒子运动时，在匀强磁场中会由于洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质，这就是磁约束。环流器（即tokamak，音译为托卡马克）是目前性能最好的一种磁约束装置。“人造太阳”即是以此为基础进行开发设计的。
②惯性约束 利用核聚变物质的惯性进行约束。在惯性约束下，可以用高能量密度的激光或X射线从各个方向照射参加反应物质，使它们“挤”在一起发生反应。由于核聚变反应的时间非常短，被“挤”在一起的核聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在我国，中国工程物理研究院等单位建造了“神光Ⅲ”激光约束核聚变研究装置。
总的来说，实现受控核聚变还有一段很长的路要走。
33．据央视报道，中科院等离子体物理研究所经过八年的艰苦努力，终于率先建成了世界上第一个全超导的托克马克试验装置并调试成功，这种装置被称为“人造太阳”（如图），它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源．在下列核反应方程中有可能是该装置内部所进行的核反应的是（ ）
A．NHe→OH
B．HH→Hen
C．U→ThHe
D．Un→BaKrn
【答案】B
【解答】解：轻核聚变释放较大的能量，释放的能量比重核裂变释放的能量大得多，该装置承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量，内部进行的是轻核聚变，故B正确，A、C、D错误。
故选：B。
34．近日，中央广播电视总台发布2021年度国内十大科技新闻，中国“人造太阳”创亿度百秒世界新纪录位列之首，人造太阳基于核聚变的原理，则下列说法正确的是（ ）
A．核聚变又叫热核反应，反应一旦发生，不再需要外界能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去
B．目前核能发电是利用核聚变
C．是一种核聚变反应
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加
【答案】A
【解答】解：A、轻核聚变的过程是在高温下合成的新原子核，我们把核聚变称为热核反应，核反应产生的热会使用热核反应持续下去，故A正确；
B、由于重核裂变容易控制，所以目前核能发电是利用核裂变，故B错误；
C、是人工核转变的核反应方程式，故C错误；
D、由于聚变反应中释放出巨大能量，则平均结合能一定增加，反应后质量亏损，故D错误。
故选：A。
35．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置﹣﹣中国环流器二号M装置（HL﹣2M）在成都建成并实现首次放电，一个D（氘）核和T（氚）核发生聚变反应会产生一个中子，下列说法正确的是（ ）
A．该核反应方程式为HH→Hen
B．该核反应能够吸收大量能量
C．该反应能够在常温下进行
D．反应前平均核子质量比反应后小
【答案】A
【解答】解：A.根据电荷数守恒、质量数守恒可知，新核的电荷数为：1+1﹣0＝2，质量数为：2+3﹣1＝4，新核为He，此反应属于轻核的聚变，故A正确；
B.此反应属于轻核的聚变，该核反应能够放出大量能量，故B错误；
C.此核聚变发生反应的条件，需要超高的压力和超高温度，因此该反应不能在常温下进行，故C错误；
D.因反应放出核能，反应后核子的平均质量减小，故D错误。
故选：A。第十五章第三节 核能及其应用
题型1 核力与四种基本相互作用 题型2 结合能与比结合能的概念及物理意义
题型3 比结合能随质量数变化的曲线 题型4 元素核子平均质量曲线
题型5 结合能（比结合）与核能的相关判断和计算 题型6 质能方程的内容和表达式
题型7 核反应前后存在质量亏损及其计算 题型8 爱因斯坦质能方程的应用
题型9 重核的裂变及反应条件 题型10 重核裂变的应用（核电站与反应堆）
题型11 链式反应的条件与控制 题型12 轻核的聚变及反应条件
题型13 核聚变的反应方程 题型14 轻核聚变的应用
▉题型1 核力与四种基本相互作用
【知识点的认识】
1．核力：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起，这种力称为核力．其特点为：
（1）核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．
（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10﹣15m之内．
（3）每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．
2.四种基本相互作用
自然界存在四种相互作用：
引力相互作用——物体与物体间的万有引力。比如重力是由引力相互作用引起的。
电磁相互作用——压力、拉力、弹力、支持力、电荷间的相互作用、磁体间的相互作用等的都是电磁相互作用。
强相互作用——使核子紧密结合在一起的作用力，叫作核力。
弱相互作用——在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因。
1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（ ）
A．核力、万有引力、库仑力
B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力
D．核力、库仑力、万有引力
▉题型2 结合能与比结合能的概念及物理意义
【知识点的认识】
1.结合能和比结合能的概念：
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。这个能量也是核子结合成原子核而释放的能量。
比结合能：组成原子核的核子越多，它的结合能越大。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.比结合能的物理意义：比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
2．下面关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有（ ）
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大
D．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大
3．近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式推动了人类文明与进步。关于近代物理知识下列说法正确的是（ ）
A．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应
B．查德威克预言了中子的存在，卢瑟福通过实验发现了中子
C．玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念
D．钋（84218Po）是氡（86222Rn）的衰变产物之一，故钋（84218Po）的比结合能大于氡（86222Rn）的比结合能
（多选）4．如图是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如O的核子平均结合能约为8MeV，He的核子平均结合能约为7MeV，根据该图像判断，下列说法正确的是（ ）
A．随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能增大
B．Fe核最稳定
C．由图像可知，两个H核结合成He核会释放出能量
D．把O分成8个质子和8个中子比把O分成4个He要多提供约112MeV的能量
（多选）5．下列说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦利用自己提出的能量量子化理论解释了光电效应
B．比结合能越大的原子核，原子核越稳定
C．一个氢原子从n＝4的激发态跃迁到基态时，能辐射6种不同频率的光子
D．天然的放射性现象使人类认识到原子核内部具有复杂的结构
▉题型3 比结合能随质量数变化的曲线
【知识点的认识】
1.不同原子核的比结合能是不一样的，如下图是按照实际测量结果绘制的比结合能随质量数变化的曲线。
2.由图像可以看出，中等大小的核的比结合能最大，这些核最稳定。
6．原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，核子组合成原子核时（ ）
A．小质量数的原子核质量亏损最大
B．中等质量数的原子核质量亏损最大
C．大质量数的原子核质量亏损最大
D．不同质量数的原子核质量亏损相同
（多选）7．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．He核的结合能约为14MeV
B．He核比Li核更稳定
C．两个H核结合成He核时释放能量
D．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大
▉题型4 元素核子平均质量曲线
【知识点的认识】
1.以核子的平均质量为纵坐标，原子序数为纵坐标作出的曲线叫作核子平均质量曲线。如下图：
2.元素核子平均质量曲线显示，中等核的核子平均质量最小。
这一现象可以通过分析核子平均质量与原子序数的关系曲线来理解。曲线揭示了核子的平均质量随着原子序数的变化而变化，其中CF段的核子平均质量最小，表明中等核的核子平均质量最小。这一发现对于理解原子核的结构和性质具有重要意义。
进一步分析，当将原子核C、B结合成原子核A时，核子的平均质量增大，这表明需要吸收能量。相反，将原子核D、E结合成原子核F时，核子的平均质量减小，这表明存在质量亏损，并且会释放出能量。这种现象在核物理中是非常重要的，因为它涉及到核反应中能量的产生和释放机制。
此外，将原子核A分裂成B、C时，核子的比结合能会增大，而D、E合并成F时，F的质量小于D、E的总质量。这表明在核反应过程中，存在着质量的转化和能量的转换，这是核能利用的基础。
综上所述，元素核子平均质量曲线的分析为我们理解核结构、核反应以及核能的利用提供了重要的线索和依据。
8．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．甲图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量
B．乙图中，若氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时辐射出A光，只要用波长小于A光波长的光照射，都能使氢原子从n＝1跃迁到n＝2
C．丙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．丁图中，汤姆孙通过对阴极射线的研究揭示了原子核内还有复杂结构
▉题型5 结合能（比结合）与核能的相关判断和计算
【知识点的认识】
1.原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数。
2.核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放（或吸收）的核能。
即核能＝反应物的总结核能﹣生成物的总结核能
如果结果为正，表明核反应吸收能量，如果结果为负，表明核反应释放能量。
9．2020年12月4日，我国新一代“人造太阳”装置一中国环流器二号M装置在成都建成并成功放电（如图），为本世纪中叶实现核聚变能应用的目标打下了坚实的基础。“人造太阳”装置中的核反应主要是一个氘核（H）与一个氘核（H）反应生成一个新核，同时放出一个中子，释放核能ΔE。已知真空中光速为c，下列说法正确的是（ ）
A．H核与H核是两种不同元素的原子核
B．一个H核与一个H核反应生成的新核中子数为3
C．H核的比结合能为
D．一个H核与一个H核反应过程中的质量亏损为
10．下列说法正确的是（ ）
A．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定放出核能
B．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动速度减小
C．某一频率的光照射到某金属表面可以发生光电效应，入射光越强，光电子的最大初动能越大
D．电子显微镜比光学显微镜的分辨率更高是因为电子穿过样品时发生了更明显的衍射
（多选）11．关于核反应方程Th→Pa+X+ΔE（ΔE为释放出的核能，X为新生成粒子），已知Th的半衰期为T，则下列说法正确的是（ ）
A．Pa没有放射性
B．Pa比Th少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变
C．N0个Pa经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为N0ΔE（N0数值很大）
D．Pa的比结合能为
▉题型6 质能方程的内容和表达式
【知识点的认识】
1.质能方程的表达式：E＝mc2。
2.质量亏损
所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成原子核的过程中以能量的形式辐射出去了，反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。总之，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系就是爱因斯坦质能方程E＝mc2。
3.对质能方程的理解
（1）质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。
（2）根据质能方程，物体的总能量与其质量成正
比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。
12．真空中的光速为c，物体的质量为m，由爱因斯坦质能方程可知，物体的能量E＝ ．物体放出核能时，质量一定 （选填“增大”、“不变”或“减小”）．重核的 和轻核的 （以上两空选填“裂变”或“聚变”）都要释放巨大的核能．
▉题型7 核反应前后存在质量亏损及其计算
【知识点的认识】
1.定义：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损。
2.质量亏损＝反应物的所有的核子质量之和﹣生成物的所有的核子质量之和
13．静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po，α粒子动能为Eα．若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为（ ）
A． B．0
C． D．
14．一个静止的原子核X经α衰变放出一个α粒子并生成一个新核，α粒子的动能为E0．设衰变时产生的能量全部变成α粒子和新核的动能，则在此衰变过程中的质量亏损为（ ）
A． B．
C． D．
15．核动力航母利用可控核裂变释放核能获得动力．核反应是若干核反应的一种，其中X为待求粒子，y为X的个数，则X是 （选填“质子”、“中子”、“电子”），y＝ ．若反应过程中释放的核能为E，光在真空中的传播速度为c，则核反应的质量亏损表达式为 ．
▉题型8 爱因斯坦质能方程的应用
【知识点的认识】
1．爱因斯坦质能方程为E＝mc2，若核反应中的质量亏损为△m，释放的核能△E＝△mc2．
16．氦核作用能将恒星中的氦转换成重元素，其中α粒子融合到O核中的核反应方程为HeO→Ne+γ。已知α粒子的结合能为2.84×107eV，O核的结合能为1.28×108eV，释放的能量为4.73×106eV，则Ne的比结合能约为（ ）
A．8.06×106eV B．7.58×106eV
C．2.30×105eV D．6.40×106eV
17．热核聚变反应之一是氘核（H）和氚核（H）聚变反应生成氦核（He）和中子。已知H的静止质量为2.0136u，H的静止质量为3.0150u，He的静止质量为4.0015u，中子的静止质量为1.0087u。又有1u相当于931.5MeV．则反应中释放的核能约为（ ）
A．4684.1MeV B．4667.0MeV C．17.1MeV D．939.6MeV
18．卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。发现质子的核反应为：NHe→OH．已知氮核质量为mN＝14.00753u，氧核的质量为mO＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子（氢核）质量为mp＝1.00815u。（已知：1uc2＝931MeV，结果保留2位有效数字）求：
（1）这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应？相应的能量变化为多少？
（2）若入射氦核以v0＝3×107m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核。反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1：50．求氧核的速度大小。
▉题型9 重核的裂变及反应条件
【知识点的认识】
1.定义：重核在中子轰击下分裂成中等质量的原子核并释放出核能的反应叫作核裂变。
2.条件：
①重元素：只有一些质量非常大的原子核（如铀、钚等）才能发生核裂变。
②中子轰击：这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和巨大的能量。
③链式反应：如果铀﹣235核裂变产生的中子又去轰击其余的铀﹣235，将再引起新的裂变，如此不断地持续进行下去，就是裂变的链式反应。
这种链式裂变反应能够维持下去的条件是至少有一个中子而且不多于一个中子从每一次裂变到达另一次裂变，这种状态称为“临界状态“。通常把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。
19．下列核反应中，表示核裂变的是（ ）
A．U→ThHe
B．nU→BaKr+3n
C．P→Sie
D．HeBe→Cn
20．2010年7月25日早7时，美国“乔治 华盛顿”号核航母驶离韩南部釜山港赴东部海域参加军演，标志此次代号为“不屈的意志”的美韩联合军演正式开始．在现代兵器体系中，潜艇和航母几乎算得上是一对天生的冤家对头，整个二战期间，潜艇共击沉航母17艘，占全部沉没航母数量的40.5%．中国有亚洲最大的潜艇部队，拥有自行开发的宋级柴电动力潜艇和汉级核动力潜艇，核动力潜艇中核反应堆释放的核能被转化成动能和电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量的核能．U+n→BaKr+aX以上方程是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则（ ）
A．X为质子 a＝3 B．X为质子 a＝2
C．X为中子 a＝2 D．X为中子 a＝3
（多选）21．一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为Un→XSr+2n，则下列说法正确的是（ ）
A．X是原子核中含有86个中子
B．X是原子核中含有141个核子
C．因为裂变释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加
D．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量减少
▉题型10 重核裂变的应用（核电站与反应堆）
【知识点的认识】
1.原子弹：原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短时间内能够放出大量核能，发生猛烈爆炸。
2.反应堆与核电站
①用人工的方法控制核裂变链式反应速度获得核能的装置，叫做反应堆．反应堆主要由核燃料棒、减速剂、控制棒、冷却系统和防护层等构成．
②通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数，以形成所谓的自持链反应（self﹣sustaining chain reaction）．
③核电站就是利用核反应堆来发电的。
22．核反应堆是人工控制链式反应速度、并获得核能的装置．它是由以下几个主要部件构成：（1）铀棒；（2）控制棒；（3）减速剂；（4）冷却剂．关于控制棒的主要作用，下面说法正确的是（ ）
A．使快中子减速，维持链式反应的进行
B．吸收中子，控制链式反应的速度
C．冷却降温，控制核反应堆的温度不要持续升高
D．控制铀的体积不要超过临界体积
23．发展核电既是中国发展突破能源、交通、环保瓶颈的上策，也符合国家关于“节能减排”的号召，下列关于核电站的说法中正确的是（ ）
A．核反应方程可能是：U→BaKr+2n
B．核反应过程中质量和质量数都发生了亏损
C．在核反应堆中利用控制棒吸收中子从而减小中子对环境的影响
D．核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能
24．现已建成的核电站的能量来自于（ ）
A．天然放射性元素衰变放出的能量
B．人工放射性同位素放出的能量
C．重核裂变放出的能量
D．化学反应放出的能量
25．在核反应堆中，为了使快中子的速度减慢，可选用作为中子减速剂的物质是（ ）
A．水 B．镉 C．氧 D．氢
▉题型11 链式反应的条件与控制
【知识点的认识】
1.链式反应的定义：由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。
2.链式反应的特点：利用一个中子轰击一个轴核，使轴核发生裂变，在反应中还放出2个中子，中子对未反应的轴核再进行轰击，从而使核反应出现连锁反应，使在短时间内出现积累效应．
3.链式反应的条件：能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量．
4.链式反应的控制：通过核反应堆进行控制。
核反应堆的工作原理为：
①热中子反应堆中铀棒是核反应的燃料。
②在铀棒周围要放“慢化剂”，快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子能量减少，变为慢中子。常用的慢化剂有石墨，重水和普通水（也叫轻水）。
③为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒。镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些。这种镉棒叫作控制棒。
④在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。
26．如图是原子物理史上几个著名的实验，关于这些实验，下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福α粒子散射实验否定了原子结构的枣糕模型，提出原子的核式结构模型
B．放射线在磁场中偏转，中间没有偏转的为γ射线，电离能力最强
C．电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
D．铀235只要俘获中子就能进行链式反应
（多选）27．以下说法中正确的是（ ）
A．在核电站中利用石墨、重水和普通水来控制链式反应速度
B．中等大小的核的比结合能最大，因此这些核最稳定
C．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性
D．物质波是一种概率波，在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动
▉题型12 轻核的聚变及反应条件
【知识点的认识】
1.定义：两个轻核结合成质量较大的核、这样的核反应叫作核聚变。
2.条件：在超高温条件下才能发生，所以核聚变反应又叫热核反应。
3.太阳辐射的能量来自核聚变。
28．核聚变过程的核反应方程为HH→Hen，反应原料氘（H）富存于海水中，氚（H）可以从中子轰击锂核（Li）的人工转变中得到。下列说法正确的是（ ）
A．中子轰击锂核（Li）得到氚（H）的核反应方程为Lin→HeH
B．核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，故核聚变过程不能释放出核能
C．核反应生成物中的α粒子虽具有很强的穿透能力，但电离本领较弱
D．在中子轰击锂核（Li）发生的核反应生成物中有α粒子，故属于α衰变
29．关于对下列核反应方程式的描述，正确的是（ ）
A．HeN→UH是人工转变
B．U→BaKr+2n为铀核裂变的一种方式
C．HH→Hen为α衰变
D．HN→CHe为轻核聚变
30．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风。下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是（ ）
①NHe→OH
②Un→SrXe+10n
③U→ThHe
④HH→Hen
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
▉题型13 核聚变的反应方程
【知识点的认识】
1.核聚变的定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应．
2.核聚变反应方程举例：：HH→Hen+17.6MeV。
31．关于核反应的类型，下列表述正确的是（ ）
A．U→ThHe是α衰变
B．NHe→OH是β衰变
C．HeAl→Pn是核聚变
D．Se→Kr+2e是核裂变
（多选）32．下列说法正确的是（ ）
A．HH→Hen是轻核聚变
B．Un→XeSr+2n是重核裂变
C．Ra→RnHe是α衰变
D．Na→Mge是核裂变
▉题型14 轻核聚变的应用
【知识点的认识】
1.目前轻核的聚变主要应用在核武器上，氢弹的原理图如下，首先由化学炸药引爆原子弹，再由晕啊子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
2.核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。这构成了实现可控核聚变的主要困难。为了解决这个难题，科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。
①磁约束 带电粒子运动时，在匀强磁场中会由于洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质，这就是磁约束。环流器（即tokamak，音译为托卡马克）是目前性能最好的一种磁约束装置。“人造太阳”即是以此为基础进行开发设计的。
②惯性约束 利用核聚变物质的惯性进行约束。在惯性约束下，可以用高能量密度的激光或X射线从各个方向照射参加反应物质，使它们“挤”在一起发生反应。由于核聚变反应的时间非常短，被“挤”在一起的核聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在我国，中国工程物理研究院等单位建造了“神光Ⅲ”激光约束核聚变研究装置。
总的来说，实现受控核聚变还有一段很长的路要走。
33．据央视报道，中科院等离子体物理研究所经过八年的艰苦努力，终于率先建成了世界上第一个全超导的托克马克试验装置并调试成功，这种装置被称为“人造太阳”（如图），它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源．在下列核反应方程中有可能是该装置内部所进行的核反应的是（ ）
A．NHe→OH
B．HH→Hen
C．U→ThHe
D．Un→BaKrn
34．近日，中央广播电视总台发布2021年度国内十大科技新闻，中国“人造太阳”创亿度百秒世界新纪录位列之首，人造太阳基于核聚变的原理，则下列说法正确的是（ ）
A．核聚变又叫热核反应，反应一旦发生，不再需要外界能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去
B．目前核能发电是利用核聚变
C．是一种核聚变反应
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加
35．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置﹣﹣中国环流器二号M装置（HL﹣2M）在成都建成并实现首次放电，一个D（氘）核和T（氚）核发生聚变反应会产生一个中子，下列说法正确的是（ ）
A．该核反应方程式为HH→Hen
B．该核反应能够吸收大量能量
C．该反应能够在常温下进行
D．反应前平均核子质量比反应后小
