第一部分 第四章 第五节
基础达标
1．(2019年山西四模)下列关于核反应方程的描述正确的是( )
A．H＋H→He＋n是α衰变方程
B．U→Xe＋Sr＋n是核聚变方程
C．He＋Al→P＋n是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程
D．N＋He→O＋H是α衰变方程
【答案】C
【解析】A项是聚变反应；B项是核裂变方程；C是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程；D是卢瑟福发现质子的方程．故C正确，A、B、D错误．
2．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
H＋C―→N＋Q1 H＋N―→C＋X＋Q2
方程式中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
下列说法正确的是( )
A．X是He，Q2＞Q1
B．X是He，Q2＞Q1
C．X是He，Q2＜Q1
D．X是He，Q2＜Q1
【答案】B
【解析】根据核反应过程中质量数守恒和核电荷数守恒可知X的核电荷数为2，质量数为4，故X是He.
质量亏损Δm1＝(1.007 8 u＋12.000 0 u)－13.005 7 u＝0.002 1 u；Δm2＝(1.007 8 u＋15.000 1 u)－(12.000 0 u＋4.002 6 u)＝0.005 3 u．又Q1＝Δm1c2，Q2＝Δm2c2，故Q2>Q1，B正确．
3．现有三个核反应：
①Na→Mg＋e
②U＋n→Ba＋Kr＋3n
③H＋H→He＋n
下列说法正确的是( )
A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变
B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变
D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变
【答案】C
【解析】原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变，衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的核反应①；原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下变成新的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反应②；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反应③.综上所述，C项正确．
4．(2019年遂宁模拟)下列对核反应的说法正确的是( )
A．核反应方程N＋He→O＋H是属于α衰变
B．发生核反应H＋H→He＋n需要吸收能量
C．核反应U＋n→Kr＋Ba＋3n是属于裂变
D．发生β衰变实质是质子向中子转变
【答案】C
【解析】A是原子核的人工转变，不属于α衰变；B是原子核的轻核聚变，放出大量的核能；C是属于重核裂变；D发生β衰变实质是原子核内的一个中子转变为一个质子和一个电子．故C正确，A、B、D错误．
5．(2019年昌平二模)太阳能是一种绿色可再生能源，人们正大力推广和使用太阳能．太阳的巨大能量是由于太阳内部所发生的一系列核聚变反应形成的．太阳内部所发生的核反应可能是( )
A．4H→He＋2e
B．N＋He→O＋H
C．U＋n→Ba＋Kr＋3n
D．U→Th＋He
【答案】A
【解析】聚变反应是质量较轻的核聚变生成质量较大的核，由题目知A正确．B是人工核转变反应，C是裂变反应，D是衰变反应．
6．(多选)下列说法中正确的是( )
A．聚变反应中有质量亏损，所以必向外界放出能量
B．使核发生聚变反应必须使核之间的距离接近到1×10－15 m，也就是接近到核力能够发生作用的范围内
C．要使核发生聚变反应，必须克服核力做功
D．热核反应只有在人工控制下才能发生
【答案】AB
【解析】由质能方程可知A正确．轻核结合成质量较大核，必须使轻核间的距离达到能发生核力的范围，才能使它们紧密地结合起来，B正确、C错误．热核反应必须在很高的温度下才能发生，不一定要人工控制，D错误．
7．(多选)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)又获得重要进展．科研人员在超高温大电流引线中获得了通过90千安电流的成果，是目前世界的最高纪录．下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )
A．“人造太阳”的核反应方程是H＋H→He＋n
B．“人造太阳”的核反应方程是U＋n→Ba＋
Kr＋3n
C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2
D．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝mc2
【答案】AC
【解析】“人造太阳”是全超导核聚变实验装置，核反应是核聚变反应而不是裂变，故A正确，B错．轻核聚变释放的核能由质能方程ΔE＝Δmc2计算，故C正确、D错误．
8．(多选)我国新一代核聚变装置“EAST”顺利完成了超导托卡马克物理实验．在长达四个月的实验期间，自主创新能力得到较大提高、获得多项重大成果，标志着我国在稳态高约束等离子体研究方面走在国际前列．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．核聚变的主要原料是氘，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m2，He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．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性
【答案】BD
【解析】由核反应方程知2H→He＋X，X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚变反应的污染非常小．而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C错误，B、D正确．
能力提升
9．我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是( )
A．H＋H→He＋n
B．N＋He→O＋H
C．He＋Al→P＋n
D．U＋n→Ba＋Kr＋3n
【答案】A
【解析】核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下(如超高温和高压)，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式，由此可知，核反应方程H＋H→He＋n是原子核的聚变反应；B与C属于原子核的人工核转变；D属于裂变反应．故A正确，B、C、D错误．
10．静止在匀强磁场中的Li核俘获一个速度v0＝7.7×104 m/s的中子而发生核反应：Li＋n→H＋He，若已知He的速度v2＝2.0×104 m/s，其方向与反应前中子速度方向相同，如图所示，试求：
(1)H的速度大小和方向；
(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比；
(3)当He旋转3周时，粒子H旋转几周？
【答案】(1)10×103 m/s，方向与初速度v0反向
(2)3∶40 (3)2周
【解析】(1)反应前后动量守恒：m0v0＝m1v1＋m2v2(v1为氚核速度，v2为α粒子速度，m0、m1、m2分别代表中子、氚核、氦核质量)．
代入数值可解得：v1＝－1.0×103 m/s，方向与v0反向．
(2)H和He在磁场中均受洛伦兹力F，做匀速圆周运动的半径之比r1∶r2＝∶＝3∶40.
(3)H和He做匀速圆周运动的周期之比
T1∶T2＝∶＝3∶2，
所以它们的旋转周数之比n1∶n2＝T2∶T1＝2∶3，即He转3周，H转2周．
课件32张PPT。第五节 裂变和聚变1．(2019年启东期末)下列说法正确的是( )
A．结合能越大原子核一定越稳定
B．比结合能越大的原子核越稳定
C．核力存在于原子核内任意两个核子之间
D．比结合能越大的原子核结合或分解成比结合能小的原子核时释放核能
【答案】B
【解析】比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核越稳定，故A错误，B正确；核力是短程力，只存在于邻近的核子之间，故C错误；比结合能小的原子核结合或分解成比结合能大的原子核时释放核能，故D错误．3．原子核质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的核子结合为质量为M的原子核时释放出的能量是( )
A．(M－m1－m2)c2 B．(m1＋m2－M)×931.5 J
C．(m1＋m2－M)c2 D．(m1＋m2－M)×931.5 MeV
【答案】C
【解析】在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算．如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C正确．A、B、D错误．一、核裂变与链式反应
1．核裂变：________分裂为两个或两个以上的较轻质量的核的反应．
2．链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变的过程能________进行下去，源源不断地将________释放出来．重核 自发 核能 3．铀235与铀238比较
(1)天然铀储量：铀238占99.3%，铀235占0.7%.
(2)与中子的作用特点
①铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变，而且俘获能量低的中子发生裂变的几率________．
②铀238只有俘获能量________1 MeV的中子才可能发生裂变，并且几率________，俘获能量低于1 MeV的中子时，不发生裂变，而变为铀239.
③为使链式反应容易发生，最好选用________．较小 大于 很小 铀235 最小 较大的 热核反应 增加 释放 10－15 动能
5．特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变__________的能量．热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠_____________就会使反应继续下去．
6．受控热核反应：如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应．释放更多 自身产生的热
7．实现受控热核反应的条件
(1)要把热核燃料加热到非常高的温度；
(2)要使聚变反应维持下去并能加以控制以提供可用的能量；
(3)使热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的能量，这个条件称为“点火”条件．核聚变为什么需要在超高温条件下才能发生？
【答案】使核发生聚变反应，必须使它们接近到10－15 m．由于原子核带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服电荷之间的很大的斥力作用，这就要使核具有很大的动能才行．当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，原子核核外电子已经完全和原子脱离，成为等离子体，这时小部分原子核就有足够的动能克服电荷相互间的库仑斥力，在相互碰撞中接近到可发生聚变反应的距离而发生核反应．1．裂变：用中子轰击某些重核(如铀核)时，发现重核分裂成质量相近的两部分，并释放出能量，这种核反应过程叫做核裂变．
2．核能：核裂变释放出的能量称为裂变能，也称核能或原子能．重核的裂变 例1 关于重核的裂变，下列说法正确的是( )
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的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少
D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能质量亏损为Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝0.151 0 u．可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会减少的，因此选项A、B、C错误．重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，还会再发生质量亏损，从而释放出核能．
综上所述，选项D正确．
答案：D
【题后反思】理解和掌握重核能够裂变的条件和能够放出核能的原因．轻核的聚变(2)在高温下，原子已完全电离，形成物质第四态——等离子态，等离子体的密度及维持时间达到一定值时，才能实现聚变．
3．热核反应
(1)热核反应的两种方式
①爆炸式热核反应；
②受控式热核反应，目前正处于探索、实验阶段．(2)热核反应的优点(与裂变相比)
①产生的能量大；
②反应后生成的放射性物质易处理；
③热核反应的燃料在地球上储量丰富．
(3)实现核聚变的难点
地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．为解决这个难题，目前有三种方法对等离子体进行约束，即引力约束、磁约束和惯性约束． 例2 下列说法正确的是( )
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．聚变须将反应物加热至数百万度以上高温，显然要吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大能量解析：A选项，从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为两者的反应物与生成物全然不同．裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应．
B选项，既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量的流向上也不必相反．
C选项，要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万度高温．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，总的说来，聚变反应还是释放热量．故D正确．
答案：D
【题后反思】聚变就是使原先相距“较远”的核能克服库仑斥力而结合为一个“稳定”的新核，因此事先须让两核获得较大的初动能，常采用加热的方法．
【答案】C
【解析】A是原子核的人工转变；B是α衰变；C是轻核聚变；D是重核的裂变．
