2024年高考物理總復習第一部分知識點梳理第十六章近代物理第2講原子核

第2講原子核

整合教材-夯實必備知識

一、天然放射現(xiàn)象（選三第五章1、2節(jié)）

原子序及大于83的孔春，

都能發(fā)生火火放豺現(xiàn)象。

1.天然放射現(xiàn)象

⑴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

核具有復雜的結構。

⑵放射性同位素的應用與防護

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性質指

昆

②應用：消除靜電、工業(yè)探傷、用作示蹤原子等。

③防護：防止放射性對人體組織的傷害。

2.原子核的組成：原子核是由質壬和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內的質子數(shù)。

3.原子核的衰變

⑴衰變：原子核放出a粒子或B粒子，變成另一種原壬核的變化。

⑵分類

人.4234

a衰變:我一22丫+:幽，如第8U-9。Th+$He

B衰變號X》；+]Y+.]%,如鋸打2”底小

⑶實質

0Ya

②

a射線為高速氮核流,速度為光速的看；B射線為高速電子流,速度為光速的99%；Y射線為光

子（電磁波）O

半蓑期是一個統(tǒng)計規(guī)律，是好大

一…，量的原子核衰變規(guī)律的您結。

⑷半衰期：放射性元素的原子核有生數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。半衰期由原子核內部的因素決

定，跟原子所處的物理、化學狀態(tài)無關。

二、核力和核能（選三第五章3、4節(jié)）

1.核能

⑴結合能：核子結合為原子核時放出的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，也稱核能。

⑵比結合能

①定義：原子核的結合能與蚯數(shù)之比，也叫平均結合能。

②物理意義：不同原子核的比結合能不同，原子核的比結合能越太，表示原子核中核子結合得

越牢固，原子核越穩(wěn)定。

⑶質能方程、質量虧損：愛因斯坦質能方程后醒,原子核的質量必然比組成它的核子的質量

和要小△/〃，這就是質量虧損。由質量虧損可求出釋放的核能△層A虛。

2.獲得核能的途徑

⑴重核裂變

①定義：鈾核在被中子轟擊后分裂成質量差不多的兩部分的核反應。

②特點：裂變過程中能夠放出巨大的能量；同時放出2々（或更多）個中子；裂變的產物不是唯一

89

的。典型的裂變方程啜51；+柄->36奸+第41^+3色。

⑵輕核聚變

①定義：兩個輕核結合成質量較大的核的核反應。輕核聚變反應必須在通溫下進行，因此又叫

熱核反應。

②優(yōu)點:a.產能效率高；b.聚變材料的儲量豐富;C.更為安全、清潔。

③典型的聚變方程：

204r

1H+?H->2He+Jn+17.6MeV,

【質疑辨析】

角度1天然放射現(xiàn)象

⑴貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，說明原子核具有復雜結構。（V）

⑵B衰變和光電效應中產生的電子，都來源于核外電子。（X）

⑶Y射線本質是光子，是伴隨著a衰變或B衰變產生的。（V）

⑷如果某放射性元素的原子核有1000個，經過一個半衰期后還剩500個。（X）

⑸將某放射性元素由地球轉移到月球上，其半衰期可能變化。（X）

角度2核反應和核能

⑹質能方程表明在一定條件下，質量可以轉化為能量。（X）

⑺原子核的比結合能隨著原子序數(shù)的增大而增大。（X）

⑻重核裂變和輕核聚變是兩個典型釋放核能的反應。（V）

精研考點-提升關鍵能力

考點一原子核的衰變及半衰期（核心共研）

【核心要點】

1.三種射線

名稱構成符號電荷量質量電離作用穿透能力

最弱（在空氣中只能前

a射線氮核卯e+2e4u最輕

進幾厘米）

1較強（能穿透幾毫米厚

0---u

B射線電子.1e-e較強

1836的鋁板）

最強（能穿透幾厘米厚

Y射線光子Y00最弱

的鉛板）

2.衰變規(guī)律

衰變類型a衰變B衰變

AA?4AAn

衰變方程"、2丫+血2z+產.1e

2個質子和2個中子結合成一個整體1個中子轉化為1個質子和1個電

衰變實質射出子

2；H+2§nf：He

aj—

為強磁場中軌跡

分布01

兩圓外切，a粒子運動半徑較大兩圓內切，B粒子運動半徑較大

衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒、動量守恒

3.對半衰期的理解：

⑴半衰期是大量原子核衰變時遵循的統(tǒng)計規(guī)律,對個別或少量原子核，無半衰期可言。

⑵根據半衰期的概念，可總結出公式慶/〃j原（芋。式中川原、/〃源表示衰變前的放

射性元素的原子數(shù)和質量，八4、/〃余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質量，E

A.%8,/T=6B.ZZT=6,n=S

C.nr=4,n=10D./n=2,n=12

【解析】選A。衰變過程滿足質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，則有238=206+4〃汁〃X0,92=82+2〃L〃,

聯(lián)立解得〃尸8,ZF6,故選Ao

角度3衰變與力學綜合問題

［典例3］（多選）（2024?寧德瑛擬）靜止在。點的14C原子核發(fā)生衰變的同時，空間中加入如圖

所示的勻強電場。之后衰變產物48兩粒子的運動軌跡如如圖中虛線所示，不計重力和

兩粒子間的相互作用，下列說法正確的是（）

A.A、4兩粒子均帶正電

B.KC原子核發(fā)生的是。衰變

C4粒子為我Be

D.衰變后瞬間4夕粒子速度比為5：2

【解析】選A、B、Co根據48兩粒子的運動軌跡，可知其所受電場力均與電場方向相同，4

6兩粒子均帶正電2氣原子核發(fā)生的是。衰變，故A、B正確；根據從8兩粒子的運動軌跡，該

10

核反應方程為段Cf4Be+eHe,衰變過程動量守恒有例匕-/如療0,可知質量越大，速度越小出Be

的初速度小于卯e的初速度，粒子在磁場中做類平拋運動，則有尸爪尸黑/，解得產黑，可

知當兩粒子豎直方向的位移相等時,：°Be粒子的水平位移較小,4粒子為：°Be,故C正確。衰變

過程動量守恒有如匕-皈所0,可得衰變后瞬間4、8粒子速度比為匕?：療2:5,D錯誤。

【備選例題】

（多選）（2023?贛州模擬）某空間為真空環(huán)境，存在磁感應強度大小為反方向豎直向下的

足夠大的勻強磁場區(qū)域，一缽核/9Pli靜止在磁場中的0點，某時發(fā)生衰變，生成新核登句和a

粒子，其中質量為4勿、電荷量為2。的a粒子以動量大外2沿水平向右運動，若衰變釋放的核

能全部轉化為兩種粒子的動能，且兩粒子運動中只受勻強磁場的洛倫茲力作用，下列說法正確

的是（）

O

B

235

A.缽衰變時的核反應方程式為器9PU->92U+和e

B.衰變過程中質量虧損約為《J

184mc2

C.新核和a粒子的運動半徑之比約為46：1

D.新核的5U與a粒子做勻速圓周運動的周期之比約為235：184

【解析】選A、Do根據后量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知缽衰變時的核反應方程式為

235

卷叩口-92U+和e,A正確；根據動量守恒可知新核與a粒子動量大小均為.利用動量和動能

之間的關系可知瓦蕓?惹,凡4?；,根據質能方程可知虧損的質量△爐里?二離錯

2235m24mc21880mc2

誤;根據行叱，可得片等胃，由于新核與Q粒子動量大小均為p,因此八：r.=2q:92</=1:

rqBqB

235m

46,C錯誤；根據可知新核能5U與a粒子做勻速圓周運動的周期之比詈二等魯,D正確。

考點二核反應及核反應類型（基礎自悟）

【核心要點】

1.核反應的四種類型

類型可控性核反應方程典例

衰a衰變自發(fā)筍U-：飛+抽

90N

234o

變B衰變自發(fā)品Th-91Pa+_1e

17

/N+和。一只O0+犯（盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子）

和e+邪e-：c+M（查德威克發(fā)現(xiàn)中子）

人工轉變人工控制

卷A1+卯ef猾P+/約里奧?居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同

得P-：：Si+把位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子

比較容易第5u+/f"Ba+羽Kr+3新（核電站提供核能的原理）

重核裂變

控制才U+E；：Xe+密r+10M

輕核聚變（熱4

ALA很難控制汨+在一,Hc+新（太陽通過熱核反應向外釋放能量）

核反應）

2.核反應方程式的書寫：

⑴熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應方程的基礎。如質子（犯）、中子Gn）、。粒

子（eHe）、B粒子C「e）、正電子（褪）、笊核（犯）、盆核。H）等。

⑵核反應過程遵循兩個守恒：

①質量數(shù)守恒;②電荷數(shù)守恒。

⑶由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“一”表示反應方向，而不能用“二二

【題點全練】

角度1核反應的類型

L（2023?天津和平區(qū)模擬）新中國成立后，我國無數(shù)科技工作者以全世界獨一無二的熱情及艱

苦奮斗的精神投入核武器的研制工作之中，終于在1964年、1967年分別成功爆炸我國第一顆

原子彈和第一顆氫彈。下列核反應方程可表示氫彈的爆炸原理的是（）

A.WHef：0+；H

235

C

B.>2U+0n->38Sr+546Xe+100n

234

c238u

S2

9oTh

4

D.?H+?H-2He+Jn

【解析】選D。A項是發(fā)現(xiàn)質子的核反應方程，不符合題意;B項是重核裂變方程，對應原子彈

爆炸的核反應方程，不符合題意;C項是原子核衰變方程，不符合題意;D項是氫核聚變方程，對

應氫彈爆炸的核反應方程，故D符合題意。

2.重核裂變和輕核聚變是人類獲得核能的兩種主要途徑，關于裂變和聚變，下列敘述正確的是

（）

A.裂變過程有質量虧損，聚變過程無質量虧損

4

B.核聚變反應方程在1+小-2呢+*中,X表示電子

C.裂變釋放能量，聚變吸收能量

D.氫彈的核反應屬于聚變，原子彈的核反應屬于裂變

【解析】選Do裂變和聚變熬釋放出巨大能量，都伴隨著質量的虧損，故A、C錯誤;核聚變反

4

應方程包+汨-2也+和中，X表示中子,B錯誤；原子彈的核反應屬于裂變，氫彈的核反應屬于

聚變，故D正確。

【加固訓練】

（多選）核反應是指入射粒子（或原子核）與原子核（稱靶核）碰撞導致原子核狀態(tài)發(fā)生變化

或形成新核的過程?？茖W家發(fā)現(xiàn)，核反應3gHe-;）+7.27MeV,將氮核?He）轉化為碳核（記。，

下列說法正確的是（）

A.該核反應前后有質量虧損

B.該核反應前后的核子數(shù)減少

C.氮核的比結合能大于碳核的比結合能

D.—個碳核的中子數(shù)為6

【解析】選A、Do該核反應有能量放出，根據質能方程可知該核反應前后質量有虧損,A正確;

根據質量數(shù)守恒可知，核反應中的核子數(shù)保持不變，B錯誤；該核反應釋放能量，表明生成核比

反應核更加穩(wěn)定，而比結合能越大，原子核越穩(wěn)定，因此碳核的比結合能大于氨核的比結合

能,C錯誤；一個碳核的中子數(shù)為12-6二6用正確。

角度2核反應方程的書寫

3.（2022?湖北選擇考）上世紀四十年代初，我國科學家王澄昌先生首先提出證明中微子存在的

實驗方案：如果靜止原子核部e俘獲核外K層電子e,可生成一個新原子核X,并放出中微子v

。，即犯。+°^°e->X+gveo根據核反應后原子核X的動能和動量，可以間接測量中微子的能量

和動量，進而確定中微子的存在。下列說法正確的是（）

A.原子核X是

B.核反應前后的總質子數(shù)不變

C.核反應前后總質量數(shù)不同

D.中微子V,的電荷量與電子的相同

【解析】選A。根據質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有，X的質量數(shù)為7,電荷數(shù)為3,可知原子核X是

pi,A正確、C錯誤；由選項A可知，原子核X是復i,則核反應方程為部2+°皆e-：Li+gv

e,則反應前的總質子數(shù)為4,反應后的總質子數(shù)為3,B錯吳；中微子不帶電，則中微子V。的電荷

量與電子的不相同，D錯誤。

角度3重核裂變和輕核聚變

4.（2023?湖南選擇考）2023年4月13日，中國“人造太陽”反應堆中科院環(huán)流器裝置（EAST）

創(chuàng)下新紀錄，實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運行，為可控核聚變的最終實現(xiàn)又向前

邁出了重要的一步。下列關于核反應的說法正確的是（）

A.相同質量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多

B.笊瓶核聚變的核反應方程為包+汨一到c+.Jc

C.核聚變的核反應燃料主要是鈾235

D.核聚變反應過程中沒有質量虧損

【解析】選A。對于相同質量的核燃料，輕核聚變產生的核能比重核裂變產生的核能更多，A正

確;根據質量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知，笊京核聚變的核反應方程為tHe+Jn.B錯

誤;核聚變的核反應燃料主要是笊核和氤核,C錯誤;核聚變反應過程中放出大量能量，有質量

虧損，D錯誤。故選A。

【加固訓練】

235

在如圖所示的核反應堆中，用中子轟擊92生成更穩(wěn)定的黑Kr、56Ba和粒子X,可實現(xiàn)

可控的鏈式反應以釋放核能，鎘棒能很好地吸收熱中子。下列說法正確的是（）

小棒

石！

鎘露

防護層

核反應堆結構

A.粒子X為質子

B.該核反應與太陽上主要進行的核反應相同

C.該核反應為重核的裂變

D.115U的質量比弱Kr與劈Ba的總質量小

OQ

【解析】選Co我們寫出核反應方程為/+的5[Jf"Kr+公，Ba+X,根據電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守

恒，可以計算出X的電荷數(shù)為0,質量數(shù)為3,是3個中子，故A錯誤;該反應為核裂變，而太陽上

主要進行的是輕核聚變，不是同種核反應,B錯誤,C正確；裂變過程會釋放出核能,有質量虧損,

故D錯誤。

考點三質量虧損及核能計算（核心共研）

【核心要點】

1.愛因斯坦質能方程反映的是質量虧損和釋放出核能這兩種現(xiàn)象之間的聯(lián)系，并不表示質量

和能量之間的轉變關系。以下幾點要明確：

⑴物體的質量包括靜止質量和運動質量，質量虧損指的是靜止質量的減少，減少的靜止質量

轉化為和輻射能量有關的運動質量。

⑵在核反應中仍然遵守質量守恒和能量守恒定律。

⑶質量只是物體具有能量多少及能量轉化多少的一種量度。

2.核能計算的方法

⑴根據計算時,△力的單位是“kg”，。的單位是Q/s”,△夕的單位是“J”。

⑵根據A層△=X931.5MeV計算時，△加的單位是“u”，△夕的單位是“MeV”。

⑶根據核子比結合能來計算核能：原子核的結合能二核子比結合能X核子數(shù)。

（4）應用阿伏加德羅常數(shù)計算核能：根據物體的質量力和摩爾質量"由爐求出物質的量，并求

出原子核的個數(shù):「忙N爐風m由題設條件求出一個原子核與另一個原子核反應放日或吸收的

能量笈（或直接從題目中找出瑜;再根據尼A瓦求出總能量。

【典例剖析】

角度1結合能和比結合能

［典例4］硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術。硼核（”B）進入癌細胞后，吸收中子轉變成鋰核

和a粒子。已知質子的質量為外，中子的質量為偏,鋰核的質量為M真空中的光速為c。則鋰

原子核的比結合能為（）

/、,（3縱+4圈一.防c

4

B.；（3縱+4卬「奶c~

C」（加3幽廠4偏）c~

4

D.，加3偏-4加c

【解析】選Bo根據質量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可知硼核吸收中子發(fā)生的核反應方程為

7

Ji+罰e,鋰核［Li）分解成3個質子和4個中子，吸收的能量△后△

?3

〃心2二（3得+4〃仁助占鋰（'i）原子共有7個核子，故鋰原子核的比結合能為一二33偏+4偏-防片故

選B。

角度2利用質能方程求解核能

[典例5]（2023?長沙模擬）1919年，盧瑟福用a粒子轟擊氮原子核（尹2發(fā)現(xiàn)了質子，首次實現(xiàn)

了原子核的人工轉變。已知核反應釋放的能量全部轉化成了鏟0和質子的動能，/N,70,a粒子,

質子的質量分別為01、色，加3,例，真空中的光速為C,則（）

17

A.發(fā)現(xiàn)質子的核反應方程是/N+：He-&O+?n

B.釋放的核能等于和質子的總動能

C.釋放的核能等于（股+如-⑶-加c

D.釋放核能的原因是，。的結合能大于/N和Q粒子總的結合能

【解析】選D。發(fā)現(xiàn)質子的核反應方程是尹N+和故A錯誤；核反應釋放核能的原因

是的結合能大于/N和。粒子總的結合能，釋放的核能等于（m+加-您-陽）上也等于反應后

￥0和質子總動能與反應前/N和。粒子總動能之差，故B、C錯誤,D正確。

角度3核反應中能量和動量守恒

[典例6]（2023?東莞模擬）如圖所示是原子核器6Ra發(fā)生Q衰變的能級圖瀚6Ra經凡衰變直接

變至馥2網基態(tài)，或者衰變至一個激發(fā)態(tài)絲2加?①，然后通過釋放一個光子衰變至第加基態(tài)。

若226

88

222

A.盥6Ra原子核的比結合能大于86原子核的比結