中子的能量大，C错误。中子数会减少，故B正确。重核裂变的产物是多种多样的，故A错误，D正确。

2．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( ) A．使用浓缩铀

B．改变铀块的临界体积

C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数 D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度

解析：选C 控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，其有效方法是用吸收中子能力很强的镉棒插入铀燃料周围，镉棒插入的深度不同，就会控制中子的数目，达到控制核反应的目的，C正确。

3．贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染。人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病。下列叙述错误的是( )

2344

A．铀238的衰变方程式：238 92U→ 90Th＋2He

238

B. 23592U和 92U互为同位素

C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变 D．贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性

解析：选D 铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确。铀238和铀235质子数相同，互为同位素，B正确。核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确。贫铀弹的穿甲力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D错。

4．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．铀块的质量是重要因素，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 解析：选C 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。

5．我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于 23592U的裂变，现有四种说法：

①235 92U原子核中有92个质子，143个中子； 2351139951② 92U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核反应方程为 23592 U＋0n→ 54Xe＋38Sr＋20n； ③235 92U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短；

－11

④一个 235 J。 92U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10以上说法中完全正确的是( ) A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④

235

解析：选D 由 92U的质量数和电荷数关系易知①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知

－－

②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；因为200 MeV＝200×106×1.6×1019 J＝3.2×1011 J，所以④正确，故答案为D。

1901

6．(多选)下面是铀核裂变反应中的一个： 235→ 13692U＋0n―54Xe＋38Sr＋100n

已知铀235的质量为235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中( )

A．质量亏损为Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－89.907 7 u－135.907 2 u

B．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u

C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2J D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV 解析：选BD 计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错，B对；质量单位为“u”时，可直接用“1 u的亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量，故D对；对质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错。

7．2011年3月11日日本福岛核电站发生核泄漏，使居住在附近的人都遭受到了不同程度的影响，在

234

核泄漏后，该地区存在着各种不同的放射性射线。假设其中有一种是由铀核238并释放一种 92U衰变成 90Th，粒子产生的。

234

(1)写出238 92U衰变为 90Th的方程式；

－－

(2)已知铀核质量为3.853 131×1025 kg，钍核的质量为3.786 567×1025 kg，α粒子的质量为6.646 －

72×1027 kg，求衰变释放的能量。

2344

解析：(1)反应方程为238 92U→ 90Th＋2He。

－

(2)ΔE＝Δmc2＝(mU－mTh－mα)c2，代入数据得ΔE＝8.7×1013 J。

－132344

答案：(1) 238 J 92 U→ 90Th＋2He (2)8.7×10

14489

8. 23592U受中子轰击时会发生裂变，产生 56Ba和36Kr，同时放出200兆电子伏特的能量。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的质量为多大？(阿伏加德罗常数取6.02×1023个/摩尔)

解析：核电站每一天的发电量为E＝Pt＝50×104×103×24×3 600 J＝4.32×1013 J。

据题意知，核电站一天的发电量就等于发电站在一天时间内铀235裂变所释放的总能量，故核电站每天所消耗的铀235核的个数为

E

n＝ －6200×10×1.6×1019 J4.32×101324＝－11＝1.35×10(个)。 3.2×10

故发电站每一天需要的纯铀235的质量为

1.35×1024n－3

m＝·M＝23×235×10 kg＝0.527 kg。 NA6.02×10答案：0.527 kg

课时跟踪检测（十七） 核聚变 粒子和宇宙

1．关于粒子，下列说法正确的是( )

A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B．强子都是带电的粒子

C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论 D．夸克模型说明电子不再是电荷的最小单位

解析：选D 由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、B错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分

21

别为＋e和－e，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故C错误，D正确。

33

2．20世纪30年代以来，人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现了一些新的粒子，K介子和π介子

－－－－－

就是科学家在1947年发现的。K介子的衰变方程为K→π0＋π，其中K介子和π介子带负电，电荷量

－

等于元电荷的电荷量，π0 介子不带电。如图所示，一个K介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其

－－

轨迹为图中的圆弧虚线，K介子衰变后，π0介子和π介子的轨迹可能是( )

解析：选A π介子不带电，在磁场中不偏转，π介子带负电，在磁场中洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，再根据动量守恒判定知A正确。

3．(多选)关于轻核聚变，下列说法正确的是( ) A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时要吸收能量

B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多 C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积 D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能

0

－

解析：选BD 根据比结合能图线可知，聚变后比结合能增加，因此聚变反应中会释放能量，故A错误；聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变反应中每个核子放出的能量大3～4倍，故B正确；裂变

－

反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应时，要使轻核之间的距离达到1015 m以内，这需要原子核有很大的动能才可以实现聚变反应，故C错误，D正确。

4．(多选)下列说法正确的是( )

1124

A.15 7N＋1H→ 6C＋2He是α衰变方程

23

B.11H＋1H→2He＋γ是核聚变反应方程

2344

C.238 92U→ 90Th＋2He是核裂变反应方程

27301

D.42He＋13Al→15P＋0n是原子核的人工转变方程

解析：选BD 衰变是在没有粒子轰击的情况下，原子核自发地放出α粒子或β粒子的反应， 157N在

123

质子的轰击下发生的核反应属于人工转变，A错；→2He＋γ是两个质量较轻的核结合成了质量较1H＋1H―

2382344

重的核，是核聚变反应，B对； 92U→ 90Th＋2He是α衰变，裂变必须形成两个中等质量的核，C错；用α粒子去轰击原子核，产生新原子核并放出一个粒子，这是原子核的人工转变，D对。

5．(多选)下列关于聚变的说法中，正确的是( ) A．要使聚变产生，必须克服核力做功

B．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫做热核反应

C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应 D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应

－

解析：选BCD 轻核聚变时，要使轻核之间距离达到1015 m，所以必须克服库仑斥力做功，达到核力作用的范围，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万开尔文的高温下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应，D正确。

6．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”。

8

(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：42He＋________→4Be＋γ。

－16－16

(2)8s。一定质量的8s后所剩84Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×104Be，经7.8×104Be占开始时的________。

48

解析：(1)根据质量数和电荷数守恒可知42He＋2He→4Be＋γ。

－16

t7.8×10?1?3＝1。 (2)经历半衰期的次数n＝τ＝－16＝3，故剩余的占开始时的?2?82.6×1014

答案：(1)2He(或α) (2)(或12.5%)

8

7．正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质。1997年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步。你推测反氢原子的结构是( )

A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成 B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成 C．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成 D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成

解析：选B 反氢原子的结构应该是反质子与反电子组成，即一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成。

8．如下一系列核反应是恒星内部发生的。

＋1313

p＋ 12→136C→ 7N 7N― 6C＋e＋ν

1414

p＋ 13→ 156C→ 7N p＋ 7N―8O

＋15151512

8O→ 7N＋e＋ν p＋ 7N→ 6C＋α

＋－

其中p为质子，α为α粒子，e为正电子，ν为一种中微子。已知质子的质量为mp＝1.672 648×10

－－27

kg，α粒子的质量为mα＝6.644 929×1027 kg，正电子的质量为me＝9.11×1031 kg，中微子的质量可忽略不计。真空中的光速c＝3.00×108 m/s，试计算该系列反应完成后释放的能量。

解析：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为

＋

4p→α＋2e＋2ν

设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得

4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q 代入数值可得

－

Q＝3.95×1012 J。

－

答案：3.95×1012 J

9．有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子。求： (1)该聚变反应释放多少能量？

(2)若1 g氢完全聚变，能释放多少能量？

(3)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的燃烧值q＝3.36×107 J/kg，氢核质量为1.008 142 u，氦核质量为4.001 509 u，电子的质量为0.000 549 u)

40

解析：(1)核反应方程为：411H→2He＋21e，所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008 142 u－4.001 509 u－2×0.000 549 u＝0.029 961 u

－

ΔE＝Δmc2＝0.029 961 uc2＝0.029 961×931.5 MeV＝27.91 MeV＝4.47×1012 J。 (2)1 g氢完全聚变释放的能量为

1－

E＝×6.02×1023×4.47×1012 J＝6.73×1011 J。

4

(3)相当于煤完全燃烧的质量为：

6.73×10114m＝7 kg＝2.00×10 kg。 3.36×10

－

答案：(1)4.47×1012 J (2)6.73×1011 J (3)2.00×104 kg