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第41讲　原子核
例1　C　[解析] 锇 160经过1次α衰变后产生的新核素质量数为156,质子数为74,钨 156经过1次β+衰变后质量数为156,质子数为73,可知两新核素衰变后的新核有相同的质量数,故选C.
例2　C　[解析] 由于核反应过程中质量数守恒且电荷数守恒,故原子核Y的电荷数为119-95=24,则原子核Y为Cr,质量数A=54+243-2=295,C正确.
例3　D　[解析] 根据电荷数守恒和质量数守恒可知,Y的质量数是16-12=4,电荷数是8-6=2,是α粒子,A、B错误;α射线的穿透能力比γ射线弱,电离能力比γ射线强,C错误,D正确.
例4　B　[解析] 1 g钍234经过48天后,剩余质量m=m0=0.25 g,故选B.
变式1　C　[解析] 由图像可知,放射性元素的质量从m0变为m0,刚好衰变了一半的放射性元素,经历的时间为一个半衰期,则有T=5.5 d-2.5 d=3.0 d,故选C.
例5　C　[解析] 根据衰变过程及核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知,A中的X质量数为4,电荷数为2,X为α粒子,该方程属于α衰变,故A错误;同理可知,B中的Y质量数为1,电荷数为0,Y为中子,该方程属于轻核聚变,故B错误;同理可知,C中的K质量数为10,电荷数为0,K为10个中子,该方程属于重核裂变,故C正确;同理可知,D中的Z质量数为1,电荷数为1,Z为质子,该方程属于人工核转变,故D错误.
例6　BC　[解析] 由动量守恒定律可知0=mv1-Mv2,衰变后两粒子速度方向相反,由左手定则可知此核衰变为β衰变,故A错误,B正确;由qvB=m,可知R==,所以R1∶R2=84∶1,故C正确,D错误.
例7　D　[解析] 根据核反应中质量数守恒、电荷数守恒,可知核反应方程式为HHHen,选项A错误;生成物比反应物更稳定,因此生成物的比结合能更大,即氦核的比结合能比氘核的大,选项B错误;发生轻核聚变的条件是原子核之间距离达到原子核的尺度,即达到10-15 m,选项C错误;根据核反应可知,每次核聚变反应后质量亏损为Δm=m氘+m氚-m氦-m中=0.018 9 u,4 g氘参加反应,含有氘核个数N=NA=×6×1023=1.2×1024,质量亏损产生的核能为ΔE=NΔm×931.5 MeV=1.2×1024×0.018 9×931.5 MeV=2.11×1025 MeV,选项D正确.
例8　C　[解析] 该过程中的质量亏损为Δm=4mp-mα-2me≈4mp-mα=0.028 6 u,根据爱因斯坦的质能方程有ΔE=Δm·c2,得ΔE=0.028 6×931 MeV=26.6 MeV,选项C正确.
变式2　CD　[解析] 秦山核电站利用的重核裂变释放的能量,选项A错误;如果不考虑核能与电能转化效率,则根据爱因斯坦质能方程E=mc2可以推算,原子核亏损的质量Δm== kg≈27.6 kg,但核能转化为电能的效率不可能为100%,所以亏损的质量应该超过27.6 kg,选项B错误;核电站反应堆中需要用镉棒来吸收中子,从而控制链式反应的速度,选项C正确;根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒及链式反应中的中子数增加的特点,可知反应堆中存在U+nBa+Kr+n的核反应,选项D正确.第41讲　原子核
1.C　[解析] 根据反应前后质量数守恒和电荷数守恒可得6×2=2×4+x+y,6=2×2+y,解得x=2,y=2,故C正确.
2.A　[解析] 根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒知X的电荷数为6,质量数为12,故X为C,A正确;同理可知Y应为He,B错误;中子n的质量数为1,C错误;衰变过程中释放能量,D错误.
3.A　[解析] 相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多,A正确;根据质量数守恒和电荷数守恒可知,氘氚核聚变的核反应方程为HH→n,B错误;核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核,C错误;核聚变反应过程中放出大量能量,有质量亏损,D错误.
4.D　[解析] 由质量数守恒和电荷数守恒可知SrYe β衰变,UHe α衰变,A、B错误;由于Sr的半衰期小于Pu的半衰期,所以初始数目相同的两者经过相同时间后剩余的Sr数目小于Pu的数目,C错误,D正确.
5.D　[解析] 根据衰变过程的质量数守恒、电荷数守恒可知,发生β衰变后质量数不变,电荷数增加1,即产生N,选项A错误;原子核衰变放出的电子由原子核内部的中子转化而来,选项B错误;半衰期不受外界因素干扰,所以不会因为温室效应改变,选项C错误;若测得一古木样品的C含量为活体植物的,说明经过了2个半衰期,因此大约距今时间为5730×2=11 460年,选项D正确.
6.C　[解析] 伽马射线暴每秒钟释放的能量量级ΔE= J,由爱因斯坦质能方程可得每秒钟平均减少的质量量级Δm== kg≈2×1029 kg,故C正确.
7.A　[解析] 由图像可知,X的质子数为92,质量数为92+146=238,Y的质子数为82,质量数为82+124=206,设X变成Y共发生m次α衰变和n次β衰变,根据核反应方程满足电荷数守恒与质量数守恒可得,n×0+m×4=238-206=32,n×(-1)+m×2=92-82=10,解得n=6,m=8, 故放出电子的总个数为6,A正确.
8.C　[解析] 核聚变时释放能量,质量亏损,故A错误;核反应堆中发生的核裂变方程为UnBaKr+n,故B错误;核裂变产生的一个Ba原子核中有56个质子,144-56=88个中子,故C正确;半衰期是对大量粒子的统计规律,10个U原子核不适用半衰期规律,故D错误.
9.BCD　[解析] 由η==,可得n==个≈1.5×1028个,故A错误;由ΔE0=Δmc2,可得Δm≈3.6×10-28 kg,每年铀235亏损的质量ΔM=n·Δm≈5.3 kg,故B正确;铀块达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去,故C正确;为控制裂变反应速度,链式反应中常用石墨、重水和普通水作为慢化剂,故D正确.
10.B　[解析] 根据反应过程满足质量数守恒可得235+1=144+89+x×1,可得x=3,故A错误;根据爱因斯坦质能方程可知,该核反应释放的核能为ΔE=Δmc2=(m1+m4-m2-m3-3m4)c2=(m1-m2-m3-2m4)c2,故B正确;核反应后产物Ba(或Kr)比反应前的U更稳定,所以U的比结合能小于Ba(或Kr)的比结合能,故C错误;现在的核电站仍采用核裂变反应发电,还没有实现可控核聚变发电,故D错误.
11.D　[解析] 由动量守恒定律得0=Dv'-Fv,所以Y原子核的速度大小v'=v,故A错误;Y原子核与Z原子核的质量之比为D∶F,速度之比为F∶D,因此它们的动能之比为F∶D,故B错误;因为放出能量,有质量亏损,所以Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小,Y原子核和Z原子核的结合能之和比X原子核的结合能大,故C错误,D正确.
12.BC　[解析] 　He的比结合能为7 MeV,因此它的结合能为7 MeV×4=28 MeV,A错误;比结合能越大,表明原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,结合题图可知B正确;两个比结合能小的H核结合成比结合能大的He时,会释放能量,C正确;由题图可知U核的比结合能比Kr核的小,D错误.
13.BC　[解析] 衰变后两个新核速度方向相反,受力方向也相反,根据左手定则可判断出两个粒子带同种电荷,所以衰变是α衰变,衰变后的新核由洛伦兹力提供向心力,有Bqv=m,可得r=,衰变过程遵循动量守恒定律,即mv大小相等,所以电荷量与半径成反比,有q1∶q2=r2∶r1,但无法求出质量比,故A、D错误,B、C正确.
14.BC　[解析] 由质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,则X为中子,A错误;根据能量关系可知mnc2=(1876.1+2809.5-3728.4-17.6) MeV,解得mn=939.6 MeV/c2,B正确;太阳每秒放出的能量E=Pt=4×1026 J,损失的质量Δm== kg≈4.4×109 kg,C正确;因为E=4×1026 J= eV=2.5×1045 eV=2.5×1039 MeV,则太阳每秒因为辐射损失的质量为Δm==2.5×1039 MeV/c2,D错误.
15.CD　[解析] 由核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程为HHHen,则新粒子为中子n,A错误;核反应过程中有质量亏损,释放能量,仍然满足能量守恒定律,B错误;由题意可知ΔE=(2.014 1 u×2-3.016 0 u-1.008 7 u)×931 MeV/u≈3.3 MeV,根据核反应中系统能量守恒,有EkHe+Ekn=2E0+ΔE,根据核反应中系统动量守恒,有pHe-pn=0,由Ek=,可知=,联立解得EkHe=(2E0+ΔE)≈1 MeV,Ekn=(2E0+ΔE)≈3 MeV,C、D正确.第41讲　原子核
　　　　　 　　　　　 　　　　　
一、天然放射现象和原子核的组成
1.天然放射现象
(1)发现:由　　　　　　发现.
(2)概念:元素自发地发出射线的现象.
(3)意义:天然放射现象的发现,说明　　　　具有复杂的结构.
2.原子核的组成
(1)原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为　　　　.质子带正电,中子不带电.
(2)原子核的符号X,其中A表示　　　　　,Z表示电荷数.
(3)基本关系
①电荷数(Z)=质子数=元素的原子序数=原子的核外电子数.
②质量数(A)=核子数=质子数+中子数.
二、原子核的衰变、半衰期
1.原子核的衰变
(1)概念:原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.
(2)分类:①α衰变XY+　　　　;②β衰变XY+　　　　.
[注意] γ射线是伴随原子核发生α衰变或β衰变而产生的.
(3)规律:①质量数守恒;②电荷数守恒.
2.半衰期
(1)定义:放射性元素的原子核有　　　　发生衰变所需的时间.
(2)影响因素:放射性元素的半衰期是由核　　　　自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件　　　　　.
(3)公式:N余=N原·,m余=m原·.
3.放射性同位素
(1)放射性同位素:有　　　　放射性同位素和　　　　放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同.
(2)应用:射线测厚仪、放射治疗、培优保鲜、　　　　　等.
(3)防护:防止放射性对人体组织的伤害.
三、核力和核能
1.核力
(1)概念:原子核内部,核子间所特有的相互作用力.
(2)特点:核力是强相互作用力、短程力,只发生在　　　　　　　间.
2.结合能与比结合能
(1)结合能:原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开需要的能量,叫作原子核的结合能.
(2)比结合能:原子核的结合能与　　　　　之比,叫作比结合能,也叫平均结合能.比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定.
3.核能
(1)质能关系:E=　　　　.
(2)核能的释放:核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其释放的能量ΔE=　　　　.
(3)核能的吸收:原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=　　　　.
四、裂变反应和聚变反应
1.重核裂变
(1)定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程.
(2)典型的裂变反应方程Un→Kr+n.
(3)链式反应:重核裂变产生的　　　　使裂变反应一代接一代继续下去的过程.
(4)临界体积和临界质量:裂变物质能够发生　　　　　的最小体积及其相应的质量.
(5)裂变的应用:　　　　、核反应堆.
(6)反应堆构造:核燃料(铀棒)、慢化剂(石墨、重水和普通水)、　　　　、水泥防护层.
2.轻核聚变
(1)定义:两个轻核结合成　　　　　的核的反应过程.轻核聚变反应必须在高温下进行,因此又叫　　　　　.
(2)典型的聚变反应方程HHHen+17.6 MeV.
【辨别明理】
1.如果某放射性元素的原子核有100个,经过一个半衰期后还剩50个. (　)
2.人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的. (　)
3.原子核的结合能越大,原子核就越稳定. (　)
4.核反应中有质量亏损,一定有核能产生. (　)
5.质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量. (　)
　　　　　 　　　　　 　　　　　
　原子核的衰变及半衰期
考向一　原子核的衰变
1.α衰变、β衰变的比较
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变过程 XYHe XYe
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子
H+nHe nHe
匀强磁场 中的轨迹 形状
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
2. 三种射线的成分和性质
名称 构成 符号 电荷量 质量 电离 能力 贯穿 本领
α射线 氦核 He +2e 4 u 最强 最弱
β射线 电子 e -e u 较强 较强
γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强
例1 [2024·广西卷] 近期,我国科研人员首次合成了新核素锇 160Os)和钨 156W).若锇 160经过1次α衰变,钨 156经过1次β+衰变(放出一个正电子),则上述两新核素衰变后的新核有相同的 (　)
A.电荷数 B.中子数
C.质量数 D.质子数
[反思感悟] 　


例2 [2024·广东卷] 我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”,其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素.科学家尝试使用核反应YAmX+n产生该元素.关于原子核Y和质量数A,下列选项正确的是 (　)
A.Y为Fe,A=299
B.Y为Fe,A=301
C.Y为Cr,A=295
D.Y为Cr,A=297
[反思感悟] 　


例3 [2023·广东卷] 理论认为,大质量恒星塌缩成黑洞的过程,受核反应C+YO的影响.下列说法正确的是 (　)
A.Y是β粒子,β射线穿透能力比γ射线强
B.Y是β粒子,β射线电离能力比γ射线强
C.Y是α粒子,α射线穿透能力比γ射线强
D.Y是α粒子,α射线电离能力比γ射线强
[反思感悟] 　


【技法点拨】
确定衰变次数的方法因为β衰变对质量数无影响,所以先由质量数的改变确定α衰变的次数,然后再根据衰变规律确定β衰变的次数.
考向二　半衰期
例4 [2024·北京卷] 已知钍234的半衰期是24天.1 g钍234经过48天后,剩余钍234的质量为 (　)
A.0 g
B.0.25 g
C.0.5 g
D.0.75 g
[反思感悟] 　


变式1 [2024·湖北黄冈模拟] 对于质量为m0的放射性元素X,经过时间t后剩余X的质量为m,其图线如图所示,从图中可以得到X的半衰期为 (　)
A.0.6 d B.2.2 d
C.3.0 d D.3.6 d
[反思感悟] 　


　核反应及核反应类型
1.核反应的四种类型
类型 可控性 核反应方程典例
衰 变 α衰变 自发 UThHe
β衰变 自发 Th Pae
人工 转变 人工 控制 NHeOH (卢瑟福发现质子)
HeBeCn (查德威克发现中子)
AlHe→ Pn 约里奥 居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子
PSie
重核 裂变 容易 控制 UnBaKr+n
UnXeSr+1n
轻核聚变 很难控制 HHHen
例5 [2024·北京八中模拟] 下列说法正确的是 (　)
A.　UTh+X中X为中子,该方程属于β衰变
B.　HHHe+Y中Y为中子,该方程属于人工核转变
C.　UnXeSr+K中K为10个中子,该方程属于重核裂变
D.　NHeO+Z中Z为氢核,该方程属于轻核聚变
[反思感悟] 　


例6 (多选)静止的Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示,大、小圆半径分别为R1、R2.下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值的判断中正确的是 (　)
A.　BiTlHe
B.　BiPoe
C.　R1∶R2=84∶1
D.　R1∶R2=207∶4
[反思感悟] 　


　质量亏损与核能的计算
例7 [2024·浙江1月选考] 已知氘核质量为2.014 1 u,氚核质量为3.016 1 u,氦核质量为4.002 6 u,中子质量为1.008 7 u,阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1,氘核摩尔质量为2 g/mol,1 u相当于931.5 MeV.关于氘与氚聚变成氦,下列说法正确的是 (　)
A.核反应方程式为HHHen
B.氘核的比结合能比氦核的大
C.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变
D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
[反思感悟] 　


例8 太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循环,循环的结果可表示为He+e+2ν.已知H和He的质量分别为mp=1.007 8 u和mα=4.002 6 u,1 u=931 MeV/c2,c为光速.在4个H转变成1个He的过程中,释放的能量约为 (　)
A.8 MeV B.16 MeV
C.26 MeV D.52 MeV
[反思感悟] 　

变式2 (多选)[2022·浙江1月选考] 2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年,核电站累计发电约6.9×1011 kW·h,相当于减排二氧化碳六亿多吨.为了提高能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热.下列说法正确的是 (　)
A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kg
C.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D.反应堆中存在UnBaKr+n的核反应
[反思感悟] 　


【技法点拨】
1.利用质能方程计算核能(1)根据核反应方程,计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2计算核能.①ΔE=Δmc2中,若Δm的单位用“kg”,c的单位用“m/s”,则ΔE的单位为“J”.②ΔE=Δmc2中,若Δm的单位用“u”,则可直接利用ΔE=Δm×931.5 MeV/u计算,此时ΔE的单位为“MeV”,即1 u=1.660 6×10-27 kg,相当于931.5 MeV/c2,这个结论可在计算中直接应用.2.利用比结合能计算核能原子核的结合能=比结合能×核子数.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.
一、1.(1)贝克勒尔　(3)原子核　2.(1)核子　
(2)质量数
二、1.(2)He　e　2.(1)半数　(2)内部　没有关系　3.(1)天然　人工　(2)示踪原子
三、1.(2)相邻的核子　2.(2)核子数　3.(1)mc2　
(2)Δmc2　(3)Δmc2
四、1.(3)中子　(4)链式反应　(5)原子弹　(6)控制棒(镉棒)　2.(1)质量较大　热核反应
【辨别明理】
1.×　2.×　3.×　4.√　5.×第41讲　原子核 (限时40分钟)
　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.[2024·全国甲卷] 氘核可通过一系列聚变反应释放能量,总的反应效果可用H→He+n+p+43.15 MeV表示,式中x、y的值分别为 (　)
A.x=1,y=2 B.x=1,y=3
C.x=2,y=2 D.x=3,y=1
2.[2024·浙江6月选考] 发现中子的核反应方程为HeBe→Xn,“玉免二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为PuU+Y,正确的是 (　)
A.核反应方程中的X为C
B.衰变方程中的Y为He
C.中子n 的质量数为零
D.钚238的衰变吸收能量
3.[2023·湖南卷] 2023年4月13日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步,下列关于核反应的说法正确的是 (　)
A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B.氘氚核聚变的核反应方程为HH→He+e
C.核聚变的核反应燃料主要是铀235
D.核聚变反应过程中没有质量亏损
4.[2024·山东卷] 2024年是中国航天大年,神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天,部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池.已知Sr衰变为Y的半衰期约为29年Pu衰变为U的半衰期约87年.现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池,下列说法正确的是 (　)
A.　Sr衰变为Y时产生α粒子
B.　Pu衰变为U时产生β粒子
C.50年后,剩余的Sr数目大于Pu的数目
D.87年后,剩余的Sr数目小于Pu的数目
5.[2023·浙江1月选考] 宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子,中子与大气中的氮14会产生以下核反应:NnCH,产生的C能自发进行β衰变,其半衰期为5730年,利用碳14的衰变规律可推断古木的年代.下列说法正确的是 (　)
A.　C发生β衰变的产物是N
B.β衰变辐射出的电子来自碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应,引起C的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的C含量为活体植物的,则该古木距今约为11 460年
6.[2023·全国乙卷] 2022年10月,全国众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴,其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献,由观测结果推断,该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048 J.假设释放的能量来自物质质量的减少,则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108 m/s) (　)
A.1019 kg B.1024 kg
C.1029 kg D.1034 kg
7.如图所示,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为 (　)
A.6 B.8
C.10 D.14
8.[2024·广西南宁一中模拟] 核电作为清洁低碳、安全高效、稳定且可大规模发展的绿色能源,在推动绿色发展和助力“双碳”目标实现方面发挥着重要的作用.据统计,一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比,每年可以减少二氧化碳排放600多万吨,可见核能是减排效应较大的能源之一.下列关于核反应的说法正确的是(　)
A.重核裂变过程中能释放能量而轻核聚变过程中只吸收能量
B.核反应堆中发生的核裂变方程为Un→Kr+n
C.核裂变产生的一个Ba原子核中有56个质子,88个中子
D.　U的半衰期为7亿年,10个U原子核经过7亿年还有5个没发生衰变
9.(多选)[2024·山东青岛模拟] 一核电站年发电量约为4.5×1010 kW·h,发电效率约为34%.已知一个铀235裂变时释放的能量约为200 MeV,下列说法正确的是(　)
A.每年需要约5×1028个铀235发生裂变
B.每年铀235亏损的质量约为5.3 kg
C.铀235发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D.为控制裂变反应速度,常用石墨、重水和普通水作为慢化剂
10.[2024·河北邯郸模拟] 核电站铀核裂变的产物是多样的.有一种典型的铀核裂变是生成钡和氪,核反应方程是UnBaKr+n+γ,已知铀核的质量为m1,钡核的质量为m2,氪核的质量为m3,中子的质量为m4,真空中光速为c,以下说法正确的是 (　)
A.核反应方程中的x=2
B.该核反应释放的核能是c2
C.　U的比结合能大于Ba(或Kr)的比结合能
D.目前部分高科技核电站已经实现可控核聚变发电
11.某静止的原子核发生核反应且放出能量Q,其核反应方程为YZ.假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能,其中Z原子核的速度为v,则以下结论正确的是 (　)
A.Y原子核的速度大小为v
B.Y原子核的动能与Z原子核的动能之比为D∶F
C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大(c为光速)
D.Y原子核和Z原子核的结合能之和一定大于X原子核的结合能
12.(多选)[2024·湖北武汉模拟] 原子核的比结合能曲线如图所示.根据该曲线,下列判断正确的是 (　)
A.　He核的结合能约为14 MeV
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核的比结合能比Kr核的大
13.(多选)[2024·山西太原模拟] 有一匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外,一个原来静止在A处的原子核发生衰变放射出两个粒子,两个新核的运动轨迹如图所示,已知两个相切圆半径分别为r1、r2.下列说法正确的是 (　)
A.原子核发生α衰变,根据已知条件可以算出两个新核的质量比
B.衰变形成的两个粒子带同种电荷
C.衰变过程中原子核遵循动量守恒定律
D.衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2=r1∶r2
14.(多选)[2024·河南郑州一中模拟] 太阳辐射的总功率约为4×1026 W,其辐射的能量来自聚变反应,在聚变反应中,一个质量为1876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核H)和一个质量为2809.5 MeV/c2的氚核H)结合为一个质量为3728.4 MeV/c2的氦核He),并放出一个X粒子,同时释放大约17.6 MeV的能量.下列说法正确的是 (　)
A.X粒子是质子
B.X粒子的质量为939.6 MeV/c2
C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg
D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2
15.(多选)现有两动能均为E0=0.35 MeV的H在一条直线上相向运动,两个H发生对撞后能发生核反应,得到He和新粒子,且在核反应过程中释放的能量完全转化为He和新粒子的动能.已知H的质量为2.014 1 uHe的质量为3.016 0 u,新粒子的质量为1.008 7 u,核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV.下列说法正确的是(如果涉及计算,结果保留整数) (　)
A.核反应方程为HHHeH
B.核反应前后不满足能量守恒定律
C.新粒子的动能约为3 MeV
D.　He的动能约为1 MeV(共85张PPT)
第41讲 原子核
必备知识自查
核心考点探究
◆
作业手册
答案核查【听】
答案核查【作】
备用习题
一、天然放射现象和原子核的组成
1.天然放射现象
(1)发现：由__________发现.
(2)概念：元素自发地发出射线的现象.
(3)意义：天然放射现象的发现，说明________具有复杂的结构.
贝克勒尔
原子核
2.原子核的组成
(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为______.质子带正电，中
子不带电.
(2)原子核的符号：，其中表示________， 表示电荷数.
(3)基本关系
①电荷数质子数元素的原子序数 原子的核外电子数.
②质量数核子数质子数 中子数.
核子
质量数
二、原子核的衰变、半衰期
1.原子核的衰变
(1)概念：原子核放出 粒子或 粒子，变成另一种原子核的变化称为原
子核的衰变.
(2)分类： 衰变：_____; 衰变： ____.
［注意］ 射线是伴随原子核发生 衰变或 衰变而产生的.
(3)规律：①质量数守恒；②电荷数守恒.
2.半衰期
(1)定义：放射性元素的原子核有______发生衰变所需的时间.
(2)影响因素：放射性元素的半衰期是由核______自身的因素决定的，跟
原子所处的化学状态和外部条件__________.
(3)公式：， .
半数
内部
没有关系
3.放射性同位素
(1)放射性同位素：有______放射性同位素和______放射性同位素两类，
放射性同位素的化学性质相同.
(2)应用：射线测厚仪、放射治疗、培优保鲜、__________等.
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害.
天然
人工
示踪原子
三、核力和核能
1.核力
(1)概念：原子核内部，核子间所特有的相互作用力.
(2)特点：核力是强相互作用力、短程力，只发生在____________间.
2.结合能与比结合能
(1)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需
要的能量，叫作原子核的结合能.
(2)比结合能：原子核的结合能与________之比，叫作比结合能，也叫平
均结合能.比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.
相邻的核子
核子数
3.核能
(1)质能关系： _____.
(2)核能的释放：核子在结合成原子核时出现质量亏损 ，其释放的能量
______.
(3)核能的吸收：原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增
加，吸收的能量为 ______.
四、裂变反应和聚变反应
1.重核裂变
(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数
较小的原子核的过程.
(2)典型的裂变反应方程： .
(3)链式反应：重核裂变产生的______使裂变反应一代接一代继续下去的过程.
中子
(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生__________的最小体积及其
相应的质量.
(5)裂变的应用：________、核反应堆.
(6)反应堆构造：核燃料(铀棒)、慢化剂(石墨、重水和普通水)、_________
______、水泥防护层.
链式反应
原子弹
控制棒 (镉棒)
2.轻核聚变
(1)定义：两个轻核结合成__________的核的反应过程.轻核聚变反应必须
在高温下进行，因此又叫__________.
(2)典型的聚变反应方程： .
质量较大
热核反应
【辨别明理】
1.如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个.( )
×
2.人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的.( )
×
3.原子核的结合能越大,原子核就越稳定.( )
×
4.核反应中有质量亏损,一定有核能产生.( )
√
5.质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量.( )
×
考点一 原子核的衰变及半衰期
考向一 原子核的衰变
1. 衰变、衰变的比较
衰变类型
衰变过程
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一 个整体射出 1个中子转化为1个质子和1
个电子
衰变类型
匀强磁场中的 轨迹形状 ______________________________________________________ _________________________________________
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 续表
2.三种射线的成分和性质
名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领
氦核 最强 最弱
电子 较强 较强
光子 0 0 最弱 最强
例1 [2024·广西卷] 近期，我国科研人员首次合成了新核素锇
和钨.若锇经过1次 衰变，钨经过1次 衰变
(放出一个正电子)，则上述两新核素衰变后的新核有相同的( )
A.电荷数 B.中子数 C.质量数 D.质子数
[解析] 锇经过1次 衰变后产生的新核素质量数为156，质子数为74，
钨经过1次 衰变后质量数为156，质子数为73，可知两新核素衰变
后的新核有相同的质量数，故选C.
√
例2 [2024·广东卷] 我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”，
其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素.科学家尝试使用核反应
产生该元素.关于原子核和质量数 ，下列选项正
确的是( )
A.为， B.为，
C.为， D.为，
[解析] 由于核反应过程中质量数守恒且电荷数守恒，故原子核 的电荷数为
,则原子核为，质量数 ,C正确.
√
例3 [2023·广东卷] 理论认为,大质量恒星塌缩成黑洞的过程,受核反应
的影响.下列说法正确的是( )
A.是 粒子, 射线穿透能力比 射线强
B.是 粒子, 射线电离能力比 射线强
C.是 粒子, 射线穿透能力比 射线强
D.是 粒子, 射线电离能力比 射线强
[解析] 根据电荷数守恒和质量数守恒可知,的质量数是 ,电荷
数是,是 粒子,A、B错误; 射线的穿透能力比 射线弱,电离能
力比 射线强,C错误，D正确.
√
[技法点拨]
确定衰变次数的方法
因为 衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定 衰变的次数，
然后再根据衰变规律确定 衰变的次数.
考向二 半衰期
例4 [2024·北京卷] 已知钍234的半衰期是24天. 钍234经过48天后，剩余
钍234的质量为( )
A. B. C. D.
[解析] 钍234经过48天后，剩余质量 ，故选B.
√
变式1 [2024·湖北黄冈模拟] 对于质量为 的放
射性元素，经过时间后剩余的质量为 ，其图
线如图所示，从图中可以得到 的半衰期为( )
A. B. C. D.
[解析] 由图像可知，放射性元素的质量从 变
为 ，刚好衰变了一半的放射性元素，经历的时间为一个半衰期，则有
，故选C.
√
考点二 核反应及核反应类型
1.核反应的四种类型
类型 可控性 核反应方程典例
衰变 自发
自发
类型 可控性 核反应方程典例 人工转变 人工控制 约里奥-居里夫妇发
现放射性同位素，
同时发现正电子
重核裂变 容易控制 轻核聚变 很难控制 续表
例5 [2024·北京八中模拟] 下列说法正确的是( )
A.中为中子，该方程属于 衰变
B.中 为中子，该方程属于人工核转变
C.中 为10个中子，该方程属于重核裂变
D.中 为氢核，该方程属于轻核聚变
√
[解析] 根据衰变过程及核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知，A中的
质量数为4，电荷数为2，为 粒子，该方程属于 衰变，故A错误；同
理可知，B中的质量数为1，电荷数为0， 为中子，该方程属于轻核聚变，
故B错误；同理可知，C中的质量数为10，电荷数为0， 为10个中子，该
方程属于重核裂变，故C正确；同理可知，D中的 质量数为1，电荷数为
1， 为质子，该方程属于人工核转变，故D错误.
例6 (多选)静止的 原子核在磁场中发生衰变后运动
轨迹如图所示，大、小圆半径分别为、 .下列关于
此核衰变方程和两圆轨迹半径比值的判断中正确的是
( )
A. B.
C. D.
[解析] 由动量守恒定律可知 ，衰变后两粒子速度方向相反，
由左手定则可知此核衰变为 衰变，故A错误，B正确；由 ，
可知，所以 ，故C正确，D错误.
√
√
考点三 质量亏损与核能的计算
例7 [2024·浙江1月选考] 已知氘核质量为，氚核质量为 ，
氦核质量为，中子质量为，阿伏加德罗常数 取
，氘核摩尔质量为，相当于 .关于氘
与氚聚变成氦，下列说法正确的是( )
A.核反应方程式为
B.氘核的比结合能比氦核的大
C.氘核与氚核的间距达到 就能发生核聚变
D.氘完全参与聚变释放出能量的数量级为
√
[解析] 根据核反应中质量数守恒、电荷数守恒，可知核反应方程式为
，选项A错误；生成物比反应物更稳定，因此生成物
的比结合能更大，即氦核的比结合能比氘核的大，选项B错误；发生轻核
聚变的条件是原子核之间距离达到原子核的尺度，即达到 ，选项
C错误；根据核反应可知，每次核聚变反应后质量亏损为
， 氘参加反应，含有氘核个数
，质量亏损产生的核能为， 选项D正确.
例8 太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循环，循环的结果可表
示为.已知和的质量分别为 和
，，为光速.在4个转变成1个 的过
程中，释放的能量约为( )
A. B. C. D.
[解析] 该过程中的质量亏损为
，根据爱因斯坦的质能
方程有，得 ,选项C正确.
√
变式2 (多选)[2022·浙江1月选考] 2021年12月15
日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累
计发电约 ，相当于减排二氧化
碳六亿多吨.为了提高能源利用率，核电站还将利
A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为
C.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D.反应堆中存在 的核反应
用冷却水给周围居民供热.下列说法正确的是 ( )
√
√
[解析] 秦山核电站利用的重核裂变释放的能量，
选项A错误；如果不考虑核能与电能转化效率，
则根据爱因斯坦质能方程 可以推算，原
子核亏损的质量 ，
但核能转化为电能的效率不可能为 ，所以亏损的质量应该超过
，选项B错误；
核电站反应堆中需要用镉棒来吸收中子，从而控
制链式反应的速度，选项C正确；根据核反应中
质量数守恒和电荷数守恒及链式反应中的中子数
增加的特点，可知反应堆中存在
的核反应，选项
D正确.
[技法点拨]
1.利用质能方程计算核能
(1)根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损 .
(2)根据爱因斯坦质能方程 计算核能.
①中，若的单位用“”，的单位用“”，则的单位为“ ”.
②中，若的单位用“ ”，则可直接利用
计算，此时的单位为“ ”，即
，相当于 ，这个结论可在计算中直
接应用.
2.利用比结合能计算核能
原子核的结合能 比结合能×核子数.
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.
原子核的衰变及半衰期
1.[2023·重庆卷] 原子核可以经过多次 和 衰变成为稳定的原子核
，在该过程中，可能发生的 衰变是( )
A. B.
C. D.
[解析] 原子核衰变成为稳定的原子核 ，质量数减小了28，则经
过了7次 衰变，中间生成的新核的质量数可能为231、227、223、219、
215、211，选项B、C、D错误；根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，
选项A正确.
√
2.(多选)在磁感应强度为 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了
一次 衰变，放射出的 粒子在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动，
其轨道半径为.以、分别表示 粒子的质量和电荷量， 表示新核的
质量，放射性原子核用表示，新核的元素符号用 表示，该衰变过程释
放的核能都转化为 粒子和新核的动能，光速为 ，则( )
A. 粒子和新核的轨道半径之比
B. 粒子的匀速圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小为
C.新核的运动周期
D.衰变过程的质量亏损为
√
√
[解析] 衰变过程中满足动量守恒，即 ，又由于粒子在匀强
磁场中的轨道半径，而 粒子带两个单位正电荷，因此 粒子和
新核的轨道半径之比，A正确； 粒子的匀速圆周运动可
以等效成一个环形电流，环形电流大小 ，B错误；新核的运
动周期，C错误；由于 ，根据质能方程有
，整理得 ，D正确.
3.(多选)下图中，关于放射线的探测、应用与防护的说法正确的是( )
A.甲、乙两图是在威耳逊云室中产生的径迹图，根据径迹的长短和粗细，可以知道乙图粒子为 粒子
B.丙图是盖革-米勒计数管，它能用来计数，也能区分射线的种类
C.丁图中是工业部门使用 射线来测塑料板或金属板的厚度
D.(铀核)衰变为
(氡核)要经过
4次 衰变，4次 衰变
√
√
[解析] 因为 粒子的质量小，跟气体碰撞时容
易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离
子少，所以低速 粒子的径迹又短又粗而且是
弯曲的，A正确；不同的射线在盖革-米勒计数
管中产生的脉冲现象相同，因此它只能用于计
数，不能区分射线种类，B错误；丁图中是工
业部门使用 射线来测塑料板或金属板的厚度，
C错误；根据质量数和电荷数守恒可得 ，D正确.
4.[2022·全国甲卷] 两种放射性元素的半衰期分别为和，在 时刻
这两种元素的原子核总数为，在 时刻，尚未衰变的原子核总数为
，则在 时刻，尚未衰变的原子核总数为( )
A. B. C. D.
[解析] 设半衰期为的元素原子核数为，另一种元素原子核数为 ，依题
意有，经历后有，联立可得， ,在
时，原子核数为的元素经历了4个半衰期，原子核数为 的元素经
历了2个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为 ,故选C.
√
核反应及核反应类型
5.[2022·湖北卷] 上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证
明中微子存在的实验方案:如果静止原子核俘获核外层电子 ，可生成
一个新原子核，并放出中微子，即 .根据核反应后
原子核 的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中
微子的存在.下列说法正确的是( )
A.原子核是 B.核反应前后的总质子数不变
C.核反应前后总质量数不同 D.中微子 的电荷量与电子的相同
[解析] 核反应满足质量数守恒和电荷数守恒，可得为 ，选项A正确，
B、C错误；中微子 不带电，电荷量与电子的不相同，D错误.
√
6.(多选)下列关于原子结构和原子核的说法中正确的
( )
A.卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出了原子
的核式结构模型
B.天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数
守恒,其放射线在磁场中不偏转的是 射线
C.据图可知,原子核A裂变成原子核B和C要放出核能
D.据图可知,原子核D和聚变成原子核 要吸收能量
√
√
√
[解析] 卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型,故
A正确;天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒,其放射线在磁
场中不偏转的是 射线,B正确; 裂变和聚变都有质量亏损,根据质能方程可
知,都放出能量,C正确,D错误.
7.如图所示,将氦核和从圆形匀强磁场区域的水平直径上的 点以大小相
等的动量沿反方向射出,二者分别从水平直径的、 点射出磁场,则下列说
法正确的是( )
A.一定有
B.射出的粒子速度大小满足
C.氦核在磁场中运动的时间比 的短
D.若氦核由与 聚变产生,则核反应方程为
√
[解析] 氦核和 在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,故有
,解得,则从、 两点离开的粒子做匀速圆周运动的半径
之比为 ,结合几何知识可知,故A错误;氦核的质量大于 的质
量,二者动量大小相等,则有,故B错误;氦核和 的比荷相同,由
可知,二者运动周期相同,又根据几何知识可知二者在磁场中
的偏转角度相等,则二者在磁场中运动的时间相等,
故C错误;若氦核由与 聚变产生,根据质量数
守恒和电荷数守恒可知核反应方程为
,故D正确.
质量亏损与核能的计算
8.(多选)原子核的比结合能曲线如图所示.根据该
曲线，下列判断正确的是( )
A.核的结合能约为
B.核比 核更稳定
C.两个核结合成 核时释放能量
D.核的比结合能比 核的大
√
√
[解析] 的比结合能为 ，因此它的结合
能为 ，A错误；比结合能越
大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越
稳定，结合题图可知B正确；两个比结合能小的
核结合成比结合能大的 时，会释放能量，C正确；由题图可知，
核的比结合能(即平均结合能)比 核的小，D错误.
9.(多选)在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料
作为发电能源为火星车供电中的元素是 ，其半衰期是
87.7年，可衰变为.某次火星探测时火星车储存了 的放射性材料
.下列说法正确的是( )
A.的同位素 的半衰期一定为87.7年
B.的衰变方程为
C.的比结合能小于 的比结合能
D.经过87.7年，该火星车上的能释放约 的能量
√
√
[解析] 的半衰期为87.7年，但其同位素 的半衰期不一定为87.7
年，故A错误；衰变过程满足质量数守恒、电荷数守恒，则 衰变为
和，其衰变方程为 ，故B正确；比结合能越大，
则原子核越稳定，由于核反应的产物更稳定，所以 的比结合能小于
的比结合能，故C正确；经过87.7年，有的 衰变，而不是质
量亏损，所以不能直接将代入公式 来算释放的能量，
故D错误.
10.(多选)2020年12月17日,携带“月壤”的“嫦娥五号”返回器成功着陆.“月壤”
中的氦 是目前为止最理想的核聚变能源,它是一种高效、清洁、安全的
核燃料,其参与的一种核反应为 ,其中辐射出一个
光子.已知质子、氦、氦的质量分别为、、,普朗克常量为 ,
真空中的光速为 ,则下列说法正确的是( )
A.的比结合能比 的小
B.目前核电站使用的核燃料是
C.辐射出的 光子的能量
D.辐射出的 光子的波长
√
√
[解析] 核反应生成,同时释放巨大能量,则的比结合能比 的
小,故A正确;目前核电站使用的核燃料是和 ,故B错误;由质能方程
可知辐射出的 光子的能量为 ,故C错误;由
及得, 光子的波长 ,故D正确.
11.用速度大小为的中子轰击静止的锂核 ，发生核反应后生成氚核和
粒子，生成的氚核的速度方向与中子的速度方向相反，氚核与 粒子
的速度大小之比为.已知中子的质量为，质子的质量可近似看作 ，
光速为 .
(1) 写出核反应方程；
[答案]
[解析] 根据电荷数守恒和质量数守恒可知，核反应方程为
11.用速度大小为的中子轰击静止的锂核 ，发生核反应后生成氚核和
粒子，生成的氚核的速度方向与中子的速度方向相反，氚核与 粒子
的速度大小之比为.已知中子的质量为，质子的质量可近似看作 ，
光速为 .
(2) 求氚核和 粒子的速度大小；
[答案] ;
[解析] 由动量守恒定律得
由题意得，
解得,
11.用速度大小为的中子轰击静止的锂核 ，发生核反应后生成氚核和
粒子，生成的氚核的速度方向与中子的速度方向相反，氚核与 粒子的速
度大小之比为.已知中子的质量为，质子的质量可近似看作 ，光速为 .
(3) 若核反应过程中放出的核能全部转化为 粒子和氚核的动能，求质量亏损.
[答案]
[解析] 氚核和 粒子的动能之和为
释放的核能为
由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为
作业手册
1.[2024·全国甲卷] 氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果
可用表示，式中、 的值分别为
( )
A.， B.， C.， D.，
[解析] 根据反应前后质量数守恒和电荷数守恒可得
，，解得， ，故C正确.
√
2.[2024·浙江6月选考] 发现中子的核反应方程为 ，“玉
免二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为 ，正确的
是( )
A.核反应方程中的为 B.衰变方程中的为
C.中子 的质量数为零 D.钚238的衰变吸收能量
[解析] 根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒知 的电荷数为6，质量数
为12，故为，A正确；同理可知应为，B错误；中子 的质量数
为1，C错误；衰变过程中释放能量，D错误.
√
3.[2023·湖南卷] 2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装
置 创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为
可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法
正确的是( )
A.相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B.氘氚核聚变的核反应方程为
C.核聚变的核反应燃料主要是铀235
D.核聚变反应过程中没有质量亏损
√
[解析] 相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；
根据质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为
，B错误；核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核，C
错误；核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，D错误.
4.[2024·山东卷] 2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆
续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池.已知衰变为
的半衰期约为29年；衰变为 的半衰期约87年.现用相同数目的
和 各做一块核电池，下列说法正确的是( )
A.衰变为时产生 粒子
B.衰变为时产生 粒子
C.50年后，剩余的数目大于 的数目
D.87年后，剩余的数目小于 的数目
√
[解析] 由质量数守恒和电荷数守恒可知， 衰变，
衰变，A、B错误；由于的半衰期小于
的半衰期，所以初始数目相同的两者经过相同时间后剩余的 数目小于
的数目，C错误，D正确.
5.[2023·浙江1月选考] 宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，
中子与大气中的氮14会产生以下核反应： ，产生的
能自发进行 衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断
古木的年代.下列说法正确的是( )
A.发生 衰变的产物是
B. 衰变辐射出的电子来自碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应，引起 的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的含量为活体植物的 ，则该古木距今约为11 460年
√
[解析] 根据衰变过程的质量数守恒、电荷数守恒可知，发生 衰变后质
量数不变，电荷数增加1，即产生 ，选项A错误；原子核衰变放出的电
子由原子核内部的中子转化而来，选项B错误；半衰期不受外界因素干扰，
所以不会因为温室效应改变，选项C错误；若测得一古木样品的 含量为
活体植物的 ，说明经过了2个半衰期，因此大约距今时间为
年，选项D正确.
6.[2023·全国乙卷] 2022年10月，全国众多天文设施观测到迄今最亮伽马
射线暴,其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中
作出重要贡献，由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量
级为 .假设释放的能量来自物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质
量量级为(光速为 )( )
A. B. C. D.
[解析] 伽马射线暴每秒钟释放的能量量级 ,由爱因斯坦质能方
程可得每秒钟平均减少的质量量级
，故C正确.
√
7.如图所示，一个原子核 经图中所示的一系列
、 衰变后，生成稳定的原子核 ，在此过程
中放射出电子的总个数为( )
A.6 B.8 C.10 D.14
√
[解析] 由图像可知， 的质子数为92，质量数为
， 的质子数为82，质量数为
，设变成共发生次
衰变和次 衰变，根据核反应方程满足电荷数
守恒与质量数守恒可得，
，
，解得 ,
,故放出电子的总个数为6，A正确.
8.[2024·广西南宁一中模拟] 核电作为清洁低碳、安全高效、稳定且可大
规模发展的绿色能源，在推动绿色发展和助力“双碳”目标实现方面发挥着
重要的作用.据统计，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每
年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之
一.下列关于核反应的说法正确的是( )
A.重核裂变过程中能释放能量而轻核聚变过程中只吸收能量
B.核反应堆中发生的核裂变方程为
C.核裂变产生的一个 原子核中有56个质子，88个中子
D.的半衰期为7亿年，10个 原子核经过7亿年还有5个没发生衰变
√
[解析] 核聚变时释放能量，质量亏损，故A错误；核反应堆中发生的核裂
变方程为 ，故B错误；核裂变产生的一个
原子核中有56个质子， 个中子，故C正确；半衰期是
对大量粒子的统计规律，10个 原子核不适用半衰期规律，故D错误.
9.(多选)[2024·山东青岛模拟] 一核电站年发电量约为 ，
发电效率约为.已知一个铀235裂变时释放的能量约为 ，下列
说法正确的是( )
A.每年需要约 个铀235发生裂变
B.每年铀235亏损的质量约为
C.铀235发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D.为控制裂变反应速度，常用石墨、重水和普通水作为慢化剂
√
√
√
[解析] 由，可得 个
个，故A错误；由，可得 ，
每年铀235亏损的质量 ，故B正确；铀块达到临界体
积才能维持链式反应持续不断进行下去，故C正确；为控制裂变反应速度，
链式反应中常用石墨、重水和普通水作为慢化剂，故D正确.
10.[2024·河北邯郸模拟] 核电站铀核裂变的产物是多样
的.有一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，核反应方程
是 ，已知铀核的
A.核反应方程中的
B.该核反应释放的核能是
C.的比结合能大于(或 )的比结合能
D.目前部分高科技核电站已经实现可控核聚变发电
质量为，钡核的质量为，氪核的质量为，中子的质量为 ，真
空中光速为 ,以下说法正确的是 ( )
√
[解析] 根据反应过程满足质量数守恒可得
，可得 ，故A错误；
根据爱因斯坦质能方程可知，该核反应释放的核能为
，
故B正确；核反应后产物(或)比反应前的 更稳定，所以
的比结合能小于(或 )的比结合能，故C错误；现在的核电站
仍采用核裂变反应发电，还没有实现可控核聚变发电，故D错误.
11.某静止的原子核发生核反应且放出能量,其核反应方程为 .
假设释放的能量全都转化为新核和的动能，其中原子核的速度为 ，
则以下结论正确的是( )
A.原子核的速度大小为
B.原子核的动能与原子核的动能之比为
C.原子核和原子核的质量之和比原子核的质量大( 为光速)
D.原子核和原子核的结合能之和一定大于 原子核的结合能
√
[解析] 由动量守恒定律得，所以原子核的速度大小 ，
故A错误；原子核与原子核的质量之比为,速度之比为 ，因此它
们的动能之比为，故B错误；因为放出能量，有质量亏损，所以 原子
核和原子核的质量之和比原子核的质量小，原子核和 原子核的结合
能之和比 原子核的结合能大，故C错误，D正确.
12.(多选)[2024·湖北武汉模拟] 原子
核的比结合能曲线如图所示.根据该
曲线，下列判断正确的是( )
A.核的结合能约为
B.核比 核更稳定
C.两个核结合成 核时释放能量
D.核的比结合能比 核的大
√
√
[解析] 的比结合能为 ，因
此它的结合能为 ，
A错误；比结合能越大，表明原子核
中核子结合得越牢固，原子核越稳定，
结合题图可知B正确；两个比结合能
小的核结合成比结合能大的 时，会释放能量，C正确；由题图可知，
核的比结合能比 核的小，D错误.
13.(多选)[2024·山西太原模拟] 有一匀强磁场，磁感应强度大小为 ，方
向垂直纸面向外，一个原来静止在 处的原子核发生衰变放射出两个粒子，
两个新核的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为、 .下列说
法正确的是( )
A.原子核发生 衰变，根据已知条件可以算出两
个新核的质量比
B.衰变形成的两个粒子带同种电荷
C.衰变过程中原子核遵循动量守恒定律
D.衰变形成的两个粒子电荷量的关系为
√
√
[解析] 衰变后两个新核速度方向相反，受力方向也相反，
根据左手定则可判断出两个粒子带同种电荷，所以衰变是
衰变，衰变后的新核由洛伦兹力提供向心力，有
，可得 ，衰变过程遵循动量守恒定
律，即 大小相等，所以电荷量与半径成反比，有
，但无法求出质量比，故A、D错误，B、C
正确.
14.(多选)[2024·河南郑州一中模拟] 太阳辐射的总功率约为 ，
其辐射的能量来自聚变反应，在聚变反应中，一个质量为
(为真空中的光速)的氘核和一个质量为的氚核 结
合为一个质量为的氦核，并放出一个 粒子，同时释
放大约 的能量.下列说法正确的是( )
A. 粒子是质子
B.粒子的质量-】哦i·
C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为
D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为
√
√
[解析] 由质量数守恒和电荷数守恒可知， 的质量数为1，电荷数为0，则
为中子，A错误；根据能量关系可知
，解得
，B正确；太阳每秒放出的能量 ，
损失的质量 ，C正确；因为
，则太阳
每秒因为辐射损失的质量为 ，D错误.
15.(多选)现有两动能均为的 在一条直线上相向运动,两个
发生对撞后能发生核反应,得到 和新粒子,且在核反应过程中释放的
能量完全转化为和新粒子的动能.已知的质量为, 的质量
为,新粒子的质量为,核反应时质量亏损 释放的核能约
为 .下列说法正确的是(如果涉及计算,结果保留整数)( )
A.核反应方程为
B.核反应前后不满足能量守恒定律
C.新粒子的动能约为
D.的动能约为
√
√
[解析] 由核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程为
,则新粒子为中子 ,A错误;核反应过程中有质量亏损,
释放能量,仍然满足能量守恒定律,B错误;由题意可知
,根
据核反应中系统能量守恒，有 ,根据核反应中系统
动量守恒，有,由,可知 ,联立解得
, ,C、
D正确.
必备知识自查
一、1.贝克勒尔,原子核 2.核子,质量数
二、1., 2.半数,内部,没有关系 3.天然,人工,示踪原子
三、1.相邻的核子 2.核子数 3.,,
四、1.中子,链式反应,原子弹,控制棒（镉棒） 2.质量较大,热核反应
【辨别明理】 1.× 2.× 3.× 4.√ 5.×
考点一 考向一 例1.C 例2.C 例3.D 考向二 例4.B 变式1.C
考点二 例5.C 例6.BC 考点三 例7.D 例8.C 变式2.CD
基础巩固练
1.C 2.A 3.A 4.D 5.D 6.C
综合提升练
7.A 8.C 9.BCD 10.B 11.D 12.BC 13.BC
拓展挑战练
14.BC 15.CD

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