第十六章 第3講　原子核-2025高三總復(fù)習(xí) 物理（新高考）

第3講原子核[課標(biāo)要求]1．了解原子核的組成和核力的性質(zhì)，知道四種基本相互作用，能根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程。2．了解放射性和原子核衰變，知道半衰期及其統(tǒng)計(jì)意義，了解放射性同位素的應(yīng)用，知道射線的危害與防護(hù)。3．認(rèn)識原子核的結(jié)合能，了解核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)，關(guān)注核技術(shù)應(yīng)用對人類生活和社會發(fā)展的影響?？键c(diǎn)一原子核的衰變半衰期1．天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象。首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。放出的射線有α射線、β射線、γ射線三種。(2)放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。②應(yīng)用：工業(yè)測厚、放射治療、作為示蹤原子等。2．三種射線的比較名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力穿透能力α射線氦核eq\o\al(4,2)He2e4u最強(qiáng)較弱β射線電子eq\o\al(0,－1)e－eeq\f(1,1836)u較弱較強(qiáng)γ射線光子γ00最弱最強(qiáng)3．原子核的組成(1)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。(2)基本關(guān)系①核電荷數(shù)(Z)＝質(zhì)子數(shù)＝元素的原子序數(shù)＝中性原子的核外電子數(shù)。②質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)。4．放射性元素的衰變、半衰期(1)原子核的衰變①原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。②規(guī)律：電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。③分類α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He，例：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋eq\o\al(0,－1)e，例：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(2)半衰期①定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。②影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。③公式：N＝N0·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up8(\f(t,τ))，m余＝m0·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up8(\f(t,τ))。【高考情境鏈接】(2023·浙江1月選考·改編)宇宙射線進(jìn)入地球大氣層與大氣作用會產(chǎn)生中子，中子與大氣中的氮14會產(chǎn)生以下核反應(yīng)：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H，產(chǎn)生的eq\o\al(14,6)C能自發(fā)進(jìn)行β衰變，其半衰期為5730年，利用碳14的衰變規(guī)律可推斷古木的年代。判斷下列說法的正誤：(1)eq\o\al(14,6)C發(fā)生β衰變時新原子核質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)加1。(√)(2)發(fā)生β衰變時一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子。(√)(3)高溫高壓會引起eq\o\al(14,6)C的半衰期發(fā)生微小變化。(×)(4)經(jīng)過兩個半衰期，古木樣品的eq\o\al(14,6)C含量為活體植物的eq\f(1,4)。(√)學(xué)生用書第345頁1．確定衰變次數(shù)的方法(1)設(shè)放射性元素eq\o\al(A,Z)X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，則表示該核反應(yīng)的方程為eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e。根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(A＝A′＋4n,Z＝Z′＋2n－m))(2)因?yàn)棣滤プ儗|(zhì)量數(shù)無影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)電荷數(shù)確定β衰變的次數(shù)。2．α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e衰變實(shí)質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e勻強(qiáng)磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒考向1半衰期的有關(guān)計(jì)算放射性同位素釷eq\o\al(232,90)Th經(jīng)一系列α、β衰變后生成氡eq\o\al(220,86)Rn，以下說法正確的是()A．每經(jīng)過一次α衰變原子核的質(zhì)量數(shù)會減少2B．eq\o\al(220,86)Rn的半衰期約為1分鐘，所以2分鐘后1geq\o\al(220,86)Rn原子核就將全部衰變完C．放射性元素釷eq\o\al(232,90)Th的原子核比氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的中子數(shù)少4D．釷eq\o\al(232,90)Th衰變成氡eq\o\al(220,86)Rn一共經(jīng)過3次α衰變和2次β衰變答案：D解析：每經(jīng)過一次α衰變原子核的質(zhì)量數(shù)會減少4，A錯誤；經(jīng)過兩個半衰期，eq\o\al(220,86)Rn原子核剩余的質(zhì)量m余＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up8(2)m＝eq\f(1,4)m，B錯誤；放射性元素釷eq\o\al(232,90)Th的原子核的中子數(shù)232－90＝142，氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的中子數(shù)220－86＝134，所以放射性元素釷eq\o\al(232,90)Th的原子核比氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的中子數(shù)多8，故C錯誤；釷eq\o\al(232,90)Th衰變成氡eq\o\al(220,86)Rn，可知質(zhì)量數(shù)少12，電荷數(shù)少4，因?yàn)榻?jīng)過一次α衰變，電荷數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4，經(jīng)過一次β衰變，電荷數(shù)多1，質(zhì)量數(shù)不變，可知經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變，故D正確。考向2衰變次數(shù)的確定(多選)(2023·福建5月質(zhì)檢)eq\o\al(238,92)U經(jīng)過若干次α衰變和β衰變后變?yōu)閑q\o\al(206,82)Pb，下列說法正確的是()A．α射線的穿透能力比β射線的強(qiáng)B．α射線的電離能力比β射線的弱C．eq\o\al(238,92)U比eq\o\al(206,82)Pb多22個中子D．衰變過程中共發(fā)生了8次α衰變和6次β衰變答案：CD解析：根據(jù)α、β、γ三種射線特點(diǎn)可知，α射線的電離本領(lǐng)最強(qiáng)，穿透本領(lǐng)最低，故A、B錯誤；eq\o\al(238,92)U與eq\o\al(206,82)Pb的中子數(shù)之差(238－206)－(92－82)＝22個，故C正確；在α衰變的過程中，電荷數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4，在β衰變的過程中，電荷數(shù)多1，有2m－n＝10，4m＝32，解得m＝8，n＝6，故D正確。故選D?？枷?磁場中原子核的衰變與動量守恒定律的綜合(多選)(2023·湖南郴州二模)云室中能顯示射線的徑跡，加勻強(qiáng)磁場，從帶電粒子運(yùn)動軌跡的彎曲方向和半徑大小就能判斷粒子的屬性，天然放射性元素的原子核X靜止在勻強(qiáng)磁場A點(diǎn)，發(fā)生衰變放射出粒子并變成新原子核Y，放射出的粒子與新核運(yùn)動軌跡如圖所示，測得兩外切圓的半徑之比R1∶R2＝42∶1；假設(shè)衰變釋放的能量全部轉(zhuǎn)化成粒子和新核的動能。下列說法正確的是()A．原子核X的核電荷數(shù)為86B．該衰變放出的是α粒子C．該衰變放出的是β粒子D．該核反應(yīng)過程動量守恒答案：ABD解析：原子核衰變時，除了相互作用力之外，系統(tǒng)受到的合外力為零，動量守恒。由動量守恒定律得m1v1＋m2v2＝0，所以兩新核衰變后運(yùn)動方向相反，根據(jù)軌跡外切，說明兩新核帶同種電荷，所以該衰變屬于α衰變，根據(jù)牛頓第二定律得qvB＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,qB)，所以有R1∶R2＝q2∶q1，因?yàn)棣亮Ｗ与娏枯^小，所以R1是α粒子半徑，因?yàn)棣亮Ｗ雍穗姾蓴?shù)為2，所以原子核Y的核電荷數(shù)為84，原子核X的核電荷數(shù)為86。故選ABD。學(xué)生用書第346頁考點(diǎn)二核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程1．重核裂變(1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。(2)特點(diǎn)①裂變過程中釋放出巨大能量。②裂變的同時能夠釋放出2～3(或更多)個中子。③裂變的產(chǎn)物不是唯一的。對于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比較小。(3)典型的裂變反應(yīng)方程：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。(4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程。(5)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。(6)裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。(7)反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、慢化劑、控制棒、防護(hù)層。2．輕核聚變(1)定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。(2)特點(diǎn)①產(chǎn)能效率高；②燃料的儲量豐富；③安全、清潔。(3)典型的聚變反應(yīng)方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。【高考情境鏈接】(2023·湖南高考·改編)2023年4月13日，中國“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，為可控核聚變的最終實(shí)現(xiàn)又向前邁出了重要的一步。判斷下列說法的正誤：(1)相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多。(√)(2)氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(0,－1)e。(×)(3)核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235。(×)(4)核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損。(×)1．核反應(yīng)過程的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n(約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素)重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV2．核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見粒子的符號是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)、中子(eq\o\al(1,0)n)、α粒子(eq\o\al(4,2)He)、β粒子(eq\o\al(0,－1)e)、正電子(eq\o\al(0,1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)等。(2)由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“→”表示反應(yīng)方向。(3)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。學(xué)生用書第347頁(多選)對四個核反應(yīng)方程(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He；(2)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋0－1e；(3)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H；(4)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV，下列說法正確的是()A．(1)(2)式核反應(yīng)沒有釋放能量B．(1)(2)(3)式均是原子核衰變方程C．(3)式是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程D．利用激光引發(fā)可控的(4)式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一答案：CD解析：方程(1)是α衰變，方程(2)是β衰變，在反應(yīng)過程中均有核能釋放，故A錯誤；方程(3)是第一次實(shí)現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變，不是衰變方程，故B錯誤，C正確；利用激光可引發(fā)方程(4)代表的核聚變，是正在嘗試的技術(shù)之一，故D正確。對點(diǎn)練1.(2023·江蘇揚(yáng)州高三聯(lián)考)下列關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型的表述正確的是()A．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n是α衰變B．eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e是β衰變C．eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是重核裂變D．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H是輕核聚變答案：B解析：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變，故A錯誤；eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e是β衰變，故B正確；eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變，故C錯誤；eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H是原子核的人工轉(zhuǎn)變，故D錯誤。故選B。對點(diǎn)練2.科學(xué)家通過輻射探測器發(fā)現(xiàn)閃電能夠引發(fā)大氣核反應(yīng)，并產(chǎn)生放射性同位素。其中一種典型的核反應(yīng)如圖所示，閃電產(chǎn)生的高能γ射線把14N原子核里的中子移除出去，產(chǎn)生不穩(wěn)定的原子核a，a再衰變成中微子(質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零)、正電子和穩(wěn)定的原子核b。則()A．a(chǎn)是eq\o\al(15,7)N，b是eq\o\al(14,6)CB．a(chǎn)是eq\o\al(13,6)C，b是eq\o\al(14,6)CC．a(chǎn)是eq\o\al(13,7)N，b是eq\o\al(13,6)CD．a(chǎn)是eq\o\al(13,7)N，b是eq\o\al(12,6)C答案：C解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，閃電產(chǎn)生的高能γ射線把14N原子核里的中子移除出去，質(zhì)量數(shù)減少，電荷數(shù)不變，所以a是eq\o\al(13,7)N，a再衰變成中微子、正電子和穩(wěn)定的原子核b，新核b的質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)減少，即b是eq\o\al(13,6)C。故選C。對點(diǎn)練3．(多選)能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一，下列關(guān)于核反應(yīng)方程的說法正確的是()A．衰變方程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋X中X是電子B．衰變方程eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋Y中Y是電子C．核聚變反應(yīng)方程eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋aeq\o\al(1,0)n中a＝2D．核裂變反應(yīng)方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋beq\o\al(1,0)n中b＝3答案：BD解析：根據(jù)電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒可知：X是氦核，故A錯誤；Y是電子，故B正確；a＝1，故C錯誤；b＝3，故D正確?？键c(diǎn)三質(zhì)量虧損及核能的計(jì)算1．核力(1)概念：原子核內(nèi)部，核子所特有的相互作用力。(2)特點(diǎn)：核力是強(qiáng)相互作用力、短程力，只發(fā)生在相鄰的核子間。2．結(jié)合能(1)結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開需要的能量，叫作原子的結(jié)合能。(2)比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，叫作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。3．核能(1)質(zhì)能關(guān)系：E＝mc2。(2)核能的釋放：核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其釋放的能量ΔE＝Δmc2。(3)核能的吸收：原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2?！靖呖记榫虫溄印?2023·浙江6月選考·改編)“玉兔二號”裝有核電池，不懼漫長寒冷的月夜。核電池將eq\o\al(238,94)Pu衰變釋放的核能一部分轉(zhuǎn)換成電能。eq\o\al(238,94)Pu的衰變方程為eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(X,92)U＋eq\o\al(4,2)He判斷下列說法的正誤：(1)eq\o\al(238,94)Pu中任何兩個核子之間均存在核力。(×)(2)生成物eq\o\al(X,92)U更穩(wěn)定，比eq\o\al(238,94)Pu的比結(jié)合能更大。(√)(3)質(zhì)能方程表明eq\o\al(238,94)Pu損失的一部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。(√)核能的計(jì)算方法書寫核反應(yīng)方程→計(jì)算質(zhì)量虧損Δm→利用ΔE＝Δmc2，計(jì)算釋放的核能學(xué)生用書第348頁1．根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，計(jì)算時Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。2．根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV/u計(jì)算。因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，所以計(jì)算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。一個靜止的鈾核eq\o\al(232,92)U(質(zhì)量為232.0372u)放出一個α粒子(質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核eq\o\al(228,90)Th(質(zhì)量為228.0287u)。已知1u相當(dāng)于931MeV的能量。下列說法正確的是()A．該核衰變反應(yīng)方程為eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB．該核衰變反應(yīng)中釋放出的核能為0.059MeVC．該反應(yīng)產(chǎn)生的釷核和α粒子的動量相同D．假設(shè)反應(yīng)中釋放出的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和α粒子的動能，則釷核獲得的動能約為0.017MeV【審題指導(dǎo)】(1)算出核反應(yīng)質(zhì)量虧損，然后根據(jù)“1u相當(dāng)于931MeV的能量”計(jì)算釋放的核能。(2)核反應(yīng)過程滿足動量守恒和能量守恒。答案：A解析：由題意可知，該核衰變反應(yīng)方程為eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，故A正確；質(zhì)量虧損Δm＝(232.0372－4.0026－228.0287)u＝0.0059u，釋放出的核能ΔE＝Δm×931MeV＝0.0059×931MeV≈5.49MeV，故B錯誤；由該核衰變反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒，可知反應(yīng)后的釷核和α粒子的動量大小相等、方向相反，即pTh＝－pα，EkTh＝eq\f(peq\o\al(2,Th),2mTh)，Ekα＝eq\f(peq\o\al(2,α),2mα)，EkTh＋Ekα＝ΔE，所以釷核獲得的動能EkTh＝eq\f(mα,mα＋mTh)×ΔE≈eq\f(4,4＋228)×5.49MeV≈0.095MeV，故C、D錯誤。對點(diǎn)練1.(2023·河南省大聯(lián)考)我國科學(xué)家通過研究“嫦娥五號”帶回的月球樣品，發(fā)現(xiàn)其中含有豐富的eq\o\al(3,2)He。eq\o\al(3,2)He可通過核反應(yīng)eq\o\al(3,2)He＋X→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,1)H釋放能量ΔE。已知eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0160u，eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量為4.0026u，eq\o\al(1,1)H的質(zhì)量為1.0078u，eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0141u，1u相當(dāng)于931.5MeV的能量。下列說法正確的是()A．X為eq\o\al(2,1)H，ΔE＝920.42MeVB．X為eq\o\al(2,1)H，ΔE＝18.35MeVC．X為eq\o\al(3,2)He，ΔE＝951.62MeVD．X為eq\o\al(3,2)He，ΔE＝12.85MeV答案：D解析：根據(jù)核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒得，X的質(zhì)量數(shù)為4＋2－3＝3，核電荷數(shù)為2＋2－2＝2，所以X是eq\o\al(3,2)He，反應(yīng)前質(zhì)量為m1＝3.0160u＋3.0160u＝6.0320u，反應(yīng)后質(zhì)量為m2＝4.0026u＋2×1.0078u＝6.0182u，反應(yīng)過程質(zhì)量虧損為Δm＝m1－m2＝0.0138u，則ΔE＝0.0138×931.5MeV≈12.85MeV，故選D。對點(diǎn)練2.(2023·重慶萬州聯(lián)考)核電站利用鈾核裂變釋放出能量，其主要核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，如圖為原子核的平均結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系圖線，下列說法正確的是()A．為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，核反應(yīng)堆中需要在鈾棒之間插進(jìn)一些石墨。當(dāng)反應(yīng)過于劇烈時，將石墨棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些B．通常把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最大體積叫作它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量C．兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時釋放的能量約為28MeVD．eq\o\al(4,2)He核的平均核子質(zhì)量大于eq\o\al(6,3)Li核的平均核子質(zhì)量答案：C解析：為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，核反應(yīng)堆中需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，當(dāng)反應(yīng)過于劇烈時，將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，故A錯誤；通常把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量，故B錯誤；根據(jù)題圖可知eq\o\al(4,2)He平均結(jié)合能約為7MeV，所以兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時釋放的能量約為E＝4×7MeV＝28MeV，故C正確；eq\o\al(4,2)He核的比結(jié)合能大于eq\o\al(6,3)Li核的比結(jié)合能，所以eq\o\al(4,2)He核的平均核子質(zhì)量小于eq\o\al(6,3)Li核的平均核子質(zhì)量，故D錯誤。故選C。對點(diǎn)練3．(多選)一個鈹原子核(eq\o\al(7,4)Be)從最靠近核的K層電子軌道上俘獲一個電子后發(fā)生衰變，生成一個鋰核(eq\o\al(7,3)Li)，并放出一個不帶電的質(zhì)量接近零(質(zhì)量可視為零)的中微子νe，人們把這種衰變叫“K俘獲”。靜止的鈹核俘獲電子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(7,4)Be＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(7,3)Li＋νe，已知鈹原子質(zhì)量為MBe＝7.016929u，鋰原子質(zhì)量為MLi＝7.016004u。已知1u的質(zhì)量對應(yīng)的能量約為9.3×102MeV。下列說法中正確的是()A．衰變后的鋰核與衰變前的鈹核相比，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)減少1B．衰變后的鋰核與衰變前的鈹核相比，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)不變C．中微子所獲得的能量E＝0.86MeVD．鋰核所獲得的動量pLi≈0答案：ACD解析：根據(jù)eq\o\al(7,4)Be＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(7,3)Li＋νe，可知衰變后的鋰核與衰變前的鈹核相比，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)減少1，故A正確，B錯誤；在該核反應(yīng)中質(zhì)量虧損為ΔE＝(MBe－MLi)×9.3×102MeV/u≈0.86MeV，所以中微子所獲得的能量E≈0.86MeV，故C正確；根據(jù)動量守恒可知鋰核所獲得的動量pLi≈0，故D正確。課時測評76原子核eq\f(對應(yīng)學(xué)生,用書P499)(時間：45分鐘滿分：60分)(本欄目內(nèi)容，在學(xué)生用書中以獨(dú)立形式分冊裝訂！)(選擇題每題4分，共60分)1．(2023·海南高考)釷元素衰變時會放出β粒子，其中β粒子是()A．中子B．質(zhì)子C．電子D．光子答案：C解析：β粒子是電子，C正確。2．(2023·全國甲卷)在下列兩個核反應(yīng)方程中X＋eq\o\al(14,7)N→Y＋eq\o\al(17,8)O、Y＋eq\o\al(7,3)Li→2X，X和Y代表兩種不同的原子核，以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，則()A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4答案：D解析：設(shè)Y電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為m和n，根據(jù)核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，第一個核反應(yīng)方程的核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二個核反應(yīng)方程的核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，聯(lián)立解得Z＝2，A＝4，故選D。3．(2023·重慶高考)原子核eq\o\al(235,92)U可以經(jīng)過多次α和β衰變成為穩(wěn)定的原子核eq\o\al(207,82)Pb，在該過程中，可能發(fā)生的β衰變是()A．eq\o\al(223,87)Fr→eq\o\al(223,88)Ra＋eq\o\al(0,－1)eB．eq\o\al(213,83)Bi→eq\o\al(213,84)Po＋eq\o\al(0,－1)eC．eq\o\al(225,88)Ra→eq\o\al(225,89)Ac＋eq\o\al(0,－1)eD．eq\o\al(218,84)Po→eq\o\al(218,85)At＋eq\o\al(0,－1)e答案：A解析：原子核eq\o\al(235,92)U衰變成為穩(wěn)定的原子核eq\o\al(207,82)Pb質(zhì)量數(shù)減小了28，則經(jīng)過了7次α衰變，中間生成的新核的質(zhì)量數(shù)可能為231、227、223、219、215、211，則發(fā)生β衰變的原子核的質(zhì)量數(shù)為上述各數(shù)，則B、C、D都不可能，根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，選項(xiàng)A正確。故選A。4．(2023·遼寧大連一模)對于質(zhì)量為m0的放射性元素p，經(jīng)過時間t后剩余p的質(zhì)量為m，其圖線如圖所示，從圖中可以得到p的半衰期為()A．0.6d B．2.2dC．3.0d D．3.6d答案：C解析：由題圖可知，放射性元素的質(zhì)量從eq\f(2,3)m0變?yōu)閑q\f(1,3)m0，剛好衰變了一半的放射性元素，經(jīng)歷的時間為一個半衰期，則有T＝5.5d－2.5d＝3.0d，故選C。5．(2023·湖南彬州三模)下列說法正確的是()A．結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定B．eq\o\al(238,92)U衰變?yōu)閑q\o\al(222,86)Rn經(jīng)過4次α衰變、2次β衰變C．原子核發(fā)生β衰變過程中所放出的電子來自原子的外層電子D．根據(jù)玻爾原子理論可知，一個氫原子核外電子從n＝4能級向低能級躍遷最多可輻射6種不同頻率的光子答案：B解析：比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故A錯誤；設(shè)eq\o\al(238,92)U衰變?yōu)閑q\o\al(222,86)Rn經(jīng)過m次α衰變、n次β衰變，根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得92＝86＋m×2＋n×(－1)，238＝222＋m×4＋n×0，聯(lián)立解得m＝4，n＝2，故B正確；原子核發(fā)生β衰變過程中所放出的電子來自中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，故C錯誤；根據(jù)玻爾原子理論可知，一個氫原子核外電子從n＝4能級向低能級躍遷最多可輻射3種不同頻率的光子，故D錯誤。故選B。6．(多選)(2024·安徽高三聯(lián)考)盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，產(chǎn)生了氧的一種核素X和一個質(zhì)子，這是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變。已知α粒子、氮原子核eq\o\al(14,7)N、氧的核素X、質(zhì)子的質(zhì)量分別為4.0026u、14.0073u、17.0045u、1.0078u，核反應(yīng)時質(zhì)量虧損1u釋放的核能約為931MeV。則下列說法正確的是()A．該轟擊過程遵循動量守恒B．核反應(yīng)中吸收的能量約為2.23MeVC．氧的核素X的核子數(shù)為16D．該質(zhì)子是He核或者N核中的一個中子轉(zhuǎn)變而來的答案：AB解析：核轟擊過程類似碰撞，遵循動量守恒，A正確；反應(yīng)物的質(zhì)量為m1＝4.0026u＋14.0073u＝18.0099u，生成物的質(zhì)量為m2＝17.0045u＋1.0078u＝18.0123u，核反應(yīng)中質(zhì)量增加，屬于吸能核反應(yīng)，吸收的能量為ΔE＝(m2－m1)×931MeV/u≈2.23MeV，故B正確；根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，可知氧的核素X的核子數(shù)為A＝14＋4－1＝17，故C錯誤；中子轉(zhuǎn)變成一個質(zhì)子和一個電子是發(fā)生在β衰變中的，故D錯誤。故選AB。7．(2023·廣東湛江一模)實(shí)現(xiàn)核能電池的小型化、安全可控化一直是人們的目標(biāo)。現(xiàn)在有一種“氚電池”，它的體積比一元硬幣還要小，有的心臟起搏器就是使用“氚電池”供電，使用壽命長達(dá)20年。已知氚核的衰變方程為eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(A,Z)He＋eq\o\al(0,－1)e＋eq\x\to(ν)e，其中eq\x\to(ν)e是質(zhì)量可忽略不計(jì)的中性粒子，氚核的半衰期為12.5年。設(shè)反應(yīng)前eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量為m1，反應(yīng)后eq\o\al(A,Z)He的質(zhì)量為m2，eq\o\al(0,－1)e的質(zhì)量為m3，光在真空中的傳播速度為c。下列說法正確的是()A．Z＝2，A＝3，原子核衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒B．100個eq\o\al(3,1)H經(jīng)過25年后一定還剩余25個C．eq\o\al(3,1)H發(fā)生的是β衰變，β射線的穿透能力最強(qiáng)D．該衰變過程釋放的能量為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m2＋m3－m1))c2答案：A解析：根據(jù)原子核衰變時質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒可得3＝0＋A，1＝Z－1，解得A＝3，Z＝2，由此可知eq\o\al(3,1)H發(fā)生的衰變?yōu)棣滤プ儯律渚€的穿透能力不是最強(qiáng)的，故A正確，C錯誤；由于半衰期是一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少量的原子核不適用，故B錯誤；根據(jù)ΔE＝Δmc2可知，該衰變過程釋放的能量為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1－m2－m3))c2，故D錯誤。8．(2023·河南周口高三聯(lián)考)核動力電池也叫做放射性同位素電池，它將放射性同位素衰變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，能量密度大，可以為地質(zhì)勘測、特殊探險行業(yè)等提供強(qiáng)大的電源支持，也會讓很多行業(yè)的后勤保障得到很大的提升。某種核動力電池利用了eq\o\al(238,94)Pu的衰變，衰變方程為eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋Y，下列說法正確的是()A．eq\o\al(238,)94Pu發(fā)生的是β衰變B．一個eq\o\al(238,94)Pu衰變?yōu)閑q\o\al(234,92)U釋放的核能為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mPu－mU))c2C．新核eq\o\al(234,92)U的比結(jié)合能比eq\o\al(238,94)Pu的大D．衰變過程釋放的能量為eq\o\al(238,94)Pu的結(jié)合能答案：C解析：由衰變方程的電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知Y為eq\o\al(4,2)He，不是β衰變，A錯誤；一個eq\o\al(238,94)Pu衰變?yōu)閑q\o\al(234,92)U釋放的核能為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mPu－mU－mHe))c2，B錯誤；新核eq\o\al(234,92)U的比結(jié)合能比eq\o\al(238,94)Pu的大，衰變過程釋放的能量為反應(yīng)后eq\o\al(234,92)U、eq\o\al(4,2)He結(jié)合能的和與反應(yīng)前eq\o\al(238,94)Pu結(jié)合能的差值，D錯誤，C正確。故選C。9．(2024·安徽安慶聯(lián)考)我國自主研發(fā)的聚變—裂變混合反應(yīng)堆的主體部分由“聚變堆芯”和“裂變包層”等組成，“聚變堆芯”中氘、氚燃料發(fā)生可控?zé)岷司圩兎磻?yīng)，輸出大量高能中子，“裂變包層”中的eq\o\al(238,92)U在高能中子的作用下可轉(zhuǎn)變?yōu)閑q\o\al(239,92)U，eq\o\al(239,92)U經(jīng)過兩次衰變后可變成eq\o\al(239,94)Pu，eq\o\al(239,94)Pu發(fā)生裂變反應(yīng)能夠穩(wěn)定、可控地輸出巨大的能量。1個eq\o\al(239,94)Pu核“捕捉”一個中子發(fā)生裂變反應(yīng)，可產(chǎn)生兩個新核X1、X2，同時產(chǎn)生x個中子。已知eq\o\al(239,94)Pu核、X1核、X2核和中子的質(zhì)量分別為m、m1、m2和mn，光在真空中的傳播速度為c，下列說法正確的是()A．“聚變堆芯”中發(fā)生的核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．eq\o\al(239,92)U衰變?yōu)閑q\o\al(239,94)Pu發(fā)生了2次α衰變C．新核X1的比結(jié)合能小于eq\o\al(239,94)Pu核的比結(jié)合能D．1個eq\o\al(239,94)Pu核發(fā)生裂變反應(yīng)釋放的能量ΔE＝eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(m－m1－m2－（x－1）mn))c2答案：D解析：核反應(yīng)方程兩邊質(zhì)量數(shù)不相等，故A錯誤；eq\o\al(239,92)U衰變?yōu)閑q\o\al(239,94)Pu，衰變前后質(zhì)量數(shù)沒有變化，質(zhì)子數(shù)增加了2，所以是發(fā)生了2次β衰變，故B錯誤；1個eq\o\al(239,94)Pu核“捕捉”一個中子發(fā)生裂變反應(yīng)，可產(chǎn)生兩個中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)后新核的比結(jié)合能都比eq\o\al(239,94)Pu大，故C錯誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可知ΔE＝eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(m－m1－m2－（x－1）mn))c2，故D正確。故選D。10．(2024·遼寧省聯(lián)考)核電站利用核反應(yīng)堆工作時釋放出的熱能使水汽化以推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。核反應(yīng)堆中的“燃料”是eq\o\al(235,92)U，核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋xeq\o\al(1,0)n，以下正確的是()A．核反應(yīng)方程式中x＝9B．eq\o\al(235,92)U的中子數(shù)比eq\o\al(136,54)Xe的多91個C．eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能比eq\o\al(136,54)Xe的大D．eq\o\al(235,92)U的結(jié)合能比eq\o\al(90,38)Sr的大答案：D解析：核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，可得x＝10，故A錯誤；eq\o\al(235,92)U的中子數(shù)為143，eq\o\al(136,54)Xe中子數(shù)為82，中子數(shù)相差61，故B錯誤；重核裂變生成物的原子核更穩(wěn)定，比結(jié)合能變大，故C錯誤；核子數(shù)多，結(jié)合能大，故eq\o\al(235,92)U的結(jié)合能比eq\o\al(90,38)Sr的大，故D正確。11．(多選)靜止的eq\o\al(211,83)Bi原子核在磁場中發(fā)生衰變后運(yùn)動軌跡如圖所示，大、小圓半徑分別為R1、R2。則下列關(guān)于此核衰變方程和兩圓軌跡半徑比值的判斷中正確的是()A．eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)e B．eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(207,81)Tl＋eq\o\al(4,2)HeC．R1∶R2＝84∶1 D．R1∶R2＝81∶2答案：AC解析：由左手定則可知此核衰變?yōu)棣滤プ儯蔄正確，B錯誤；由qvB＝meq\f(v2,R)可知R＝eq\f(mv,qB)，由動量守恒定律知，衰變后兩粒子的動量mv大小相同，所以R1∶R2＝q