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专题16.2　原子核
课程标准内容及要求 核心素养及关键能力
核心素养 关键能力
1.了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。 物理规律 理解能力
2.了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。 物理规律 理解能力
3.认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。 科学推理 分析计算能力
【知识点一】原子核的衰变及半衰期
1.衰变规律及实质
(1)α衰变和β衰变的比较
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变过程 X→Y＋He X→Y＋e
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
2H＋2n→He n→H＋e
匀强磁场中轨迹形状
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
(2)γ射线：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生。其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子。
2.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。
3.半衰期
(1)公式：N余＝N原()，m余＝m原()。
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。
4.衰变中的动量问题：满足动量守恒定律。
（2023 西城区校级三模）以下关于原子和原子核的认识，正确的是（　　）
A．汤姆逊研究阴极射线时发现电子，说明原子具有复杂结构
B．卢瑟福的α粒子散射实验发现了质子
C．原子核每发生一次β衰变，原子核内就失去一个电子
D．原子核的比结合能越大，平均核子质量就越大
（2023 香坊区校级模拟）日本福岛核电站爆炸导致了严重的核污染，污染的主要来源之一是核反应生成的放射性同位素。据检测，福岛附近某淡水湖发现“铯137”的含量超标527（≈29）倍。已知该种Cs的同位素可以发生衰变生成，如图是反映衰变特性的曲线，则下列说法正确的是（　　）
A．的衰变是α衰变
B．衰变释放的β粒子来源于原子的核外电子
C．据图像，若有8个原子核，经过60年，将还剩下2个
D．据图像，上述淡水湖中素的含量需约270年才能回落到正常标准
（2023 和平区二模）下列说法正确的是（　　）
A．入射光的波长大于金属的极限波长才能发生光电效应
B．一个氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级，该氢原子吸收光子，能量增加
C．铀（）经多次α、β衰变形成稳定的铅（）的过程中，有6个中子转变成质子
D．机场、车站进行安检时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了γ射线较强的穿透能
（2023 桃城区校级三模）（镅）是一种具有强放射性的元素，发生α衰变的同时会释放出γ射线，常作为测厚仪的放射源。发生α衰变后生成Np（镎），Np很不稳定，其半衰期为2.3天，Np发生β衰变后会生成原子能工业的一种重要原料Pu（钚）。下列说法正确的是（　　）
A．可以利用α射线测量钢板的厚度
B．该Np元素的原子核有239个核子
C．该Pu元素的原子核比少1个质子，多3个中子
D．的结合能小于该Pu元素原子核的结合能
（2023 潍坊模拟）核电池寿命长，在严酷的环境中仍能正常工作，经常应用在航天领域，利用半衰期为88年的发生衰变释放的能量可制造核电池。一个静止的钚核（质量为m1）放出一个X粒子（质量为m2）后，衰变成铀核（质量为m3）。假设衰变过程中产生的核能全部转化为粒子的动能，已知光速为c。下列说法正确的是（　　）
A．Pu的同位素的半衰期一定也为88年
B．在核反应过程中，原子核平均核子质量和比结合能都增加
C．衰变反应中释放出X粒子动能
D．若一个静止的原子核在匀强磁场中发生衰变，衰变后两个粒子的运动轨迹为内切圆
【知识点二】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 α衰变 自发 U―→Th＋He
β衰变 自发 Th―→Pa＋e
人工转变 人工控制 N＋He―→O＋H(卢瑟福发现质子)
He＋Be―→C＋n(查德威克发现中子)
Al＋He―→P＋n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子
P―→Si＋e
重核裂变 比较容易进行人工控制 U＋n―→Ba＋Kr＋3n
U＋n―→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变 很难控制 H＋H―→He＋n
2.核反应方程式的书写
(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(　0＋1e)、氘核(H)、氚核(H)等。
(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。
(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。
（2023 枣强县校级模拟）关于下列四幅图，说法正确的是（　　）
A．图甲中，核子分开时吸收的能量称为比结合能
B．图乙中，镉棒插入深一些，核反应速度会变慢
C．图丙中，电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有粒子性
D．图丁中，入射光子与静止电子碰撞后，光子波长变短
（2023 枣强县校级模拟）在核裂变和核聚变反应中，下列说法正确的是（　　）
A．核裂变和核聚变过程中，质量不发生变化
B．控制铀﹣235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变和轻核聚变
D．U在中子轰击下生成Sr和Xe的过程中，会吸收核能
（2023 济南三模）2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。“人造太阳”主要利用了核聚变反应所释放的能量，其中一种聚变反应为两个核转变为一个核并放出一个X粒子，则X粒子是（　　）
A． B． C． D．
（2023 青岛二模）2023年4月12日，中国的“人造太阳”成功实现稳态高约束模式等离子体运行时间403s，创造了世界纪录。“人造太阳”在工作时进行两种热核聚变反应：和，其内部结构如图，下列说法正确的是（　　）
A．目前主流核电站都在利用热核聚变进行发电
B．反应中释放出的X粒子会受到线圈磁场的磁约束力
C．反应中释放出的Y粒子为中子
D．核子平均质量大于核子平均质量
（2023 厦门模拟）2023年4月12日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，创造了新的世界纪录，其内部发生的核反应方程为，则（　　）
A．X为正电子
B．该反应为α衰变
C．反应前后质量守恒
D．的平均结合能比的平均结合能大
【知识点三】质量亏损及核能的计算
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，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＝核子的比结合能×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。
（2023 开福区校级模拟）1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核（）发现了质子，首次实现了原子核的人工转变。已知核反应释放的能量全部转化成了和质子的动能，，，α粒子，质子的质量分别为m1、m2，m3，m4，真空中的光速为c，则（　　）
A．发现质子的核反应方程是
B．释放的核能等于和质子的总动能
C．释放的核能等于
D．释放核能的原因是的结合能大于和α粒子总的结合能
（2023 南充模拟）核潜艇以核反应堆作动力源，其中一种核反应方程是U+01n→XSr+10n，生成物X、Sr的比结合能分别为8.4MeV、8.7MeV，下列说法正确的是（　　）
A．Sr的核子平均质量比X的核子平均质量小
B．X的质子数比中子数多
C．U的结合能比X的结合能小
D．该反应是核聚变反应
（2023 蜀山区校级模拟）2023年4月12日，位于合肥科学岛的世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）“人造太阳”获得重大成果，成功实现403秒稳态运行，创造了新的世界纪录。太阳之所以能辐射出巨大的能量，就是内部氢核聚变的结果。假定地球单位面积接受太阳直射能量的功率为P，地球到太阳中心的距离为r，太阳可用于氢核聚变的质量为m，光在真空中传播的速度为c，太阳的寿命大约是（　　）
A． B． C． D．
（2023 西城区校级模拟）下列说法正确的是（　　）
A．氡的半衰期为3.8天，若有8个氡核，则经过7.6天后剩下2个氡核
B．发生β衰变时，生成的核与原来的核相比，质子数少1
C．比结合能越大，原子核中核子结合得越紧密，原子核越稳定
D．太阳内部的氢核的聚变反应释放能量，聚变反应后产生的新核的核子平均质量大
（2023 长沙二模）太阳目前处于主序星阶段，氢燃烧殆尽后将发生氦闪，进入红巨星阶段，电影《流浪地球》就是在此背景下展开，“氦闪”是氦（）的聚变变成碳的过程，，极不稳定，短时间再结合一个氦变成碳的过程，已知原子核的比结合能﹣质量数的图像如图，的纵坐标为7.08，的纵坐标为7.69，下列说法中正确的是（　　）
A．原子核的结合能越大，原子核就越稳定
B．一次氦闪放出的核能为7.32MeV
C．氦4的核子平均质量小于碳12的核子平均质量
D．氦4的结合能为7.08Mev
（2023 北京）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（　　）
A．Un→BaKr+（ ）
B．U→Th+（ ）
C．NHe→O+（ ）
D．C→N+（ ）
（2023 海南）钍元素衰变时会放出β粒子，其中β粒子是（　　）
A．中子 B．质子 C．电子 D．光子
（2023 浙江）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜，核电池将Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。Pu的衰变方程为Pu→UHe，则（　　）
A．衰变方程中的X等于233
B．He的穿透能力比γ射线强
C．Pu比U的比结合能小
D．月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大
（2023 湖南）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→Hee
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
（2023 乙卷）2022年10月，全球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1048J。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为3×108m/s ）（　　）
A．1019kg B．1024kg C．1029kg D．1034kg
（2023 浙江）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：Nn→CH，产生的C能自发进行β衰变，其半接期为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于碳原子的核外电子
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11460年
（2022 天津）从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021年10月，我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空。太阳的能量由核反应提供，其中一种反应序列包含核反应：HeHe→He+2X，下列说法正确的是（　　）
A．X是中子
B．该反应有质量亏损
C．He比He的质子数多
D．该反应是裂变反应
（2022 福建）2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏，在泄露的污染物中含有大量放射性元素I，其衰变方程为I→Xee，半衰期为8天，已知m1＝131.03721u，mXe＝131.03186u，me＝0.000549u，则下列说法正确的是（　　）
A．衰变产生的β射线来自于I原子的核外电子
B．该反应前后质量亏损0.00535u
C．放射性元素I发生的衰变为α衰变
D．经过16天，75%的I原子核发生了衰变
（2022 辽宁）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为XMg→Al，已知X、Mg、Al的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是（　　）
A．X为氘核H B．X为氚核H
C．E＝（m1+m2+m3）c2 D．E＝（m1+m2﹣m3）c2
（2022 湖北）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Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即Bee→Xνe。根据核反应后原子核X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X是Li
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νe的电荷量与电子的相同
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专题16.2　原子核
课程标准内容及要求 核心素养及关键能力
核心素养 关键能力
1.了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。 物理规律 理解能力
2.了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。 物理规律 理解能力
3.认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。 科学推理 分析计算能力
【知识点一】原子核的衰变及半衰期
1.衰变规律及实质
(1)α衰变和β衰变的比较
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变过程 X→Y＋He X→Y＋e
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
2H＋2n→He n→H＋e
匀强磁场中轨迹形状
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
(2)γ射线：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生。其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子。
2.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。
3.半衰期
(1)公式：N余＝N原()，m余＝m原()。
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。
4.衰变中的动量问题：满足动量守恒定律。
（2023 西城区校级三模）以下关于原子和原子核的认识，正确的是（　　）
A．汤姆逊研究阴极射线时发现电子，说明原子具有复杂结构
B．卢瑟福的α粒子散射实验发现了质子
C．原子核每发生一次β衰变，原子核内就失去一个电子
D．原子核的比结合能越大，平均核子质量就越大
【解答】解：A、汤姆逊发现电子，揭示了原子内部具有复杂结构，故A正确；
B、卢瑟福用人工核反应的方法分别发现了质子，故B错误；
C、β衰变是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故C错误；
D、根据比结合能的概念可知，原子核的比结合能越大，则在核子结合为原子核的过程中平均每个核子亏损的质量越多，所以平均每个核子的质量越小，故D错误；
故选：A。
（2023 香坊区校级模拟）日本福岛核电站爆炸导致了严重的核污染，污染的主要来源之一是核反应生成的放射性同位素。据检测，福岛附近某淡水湖发现“铯137”的含量超标527（≈29）倍。已知该种Cs的同位素可以发生衰变生成，如图是反映衰变特性的曲线，则下列说法正确的是（　　）
A．的衰变是α衰变
B．衰变释放的β粒子来源于原子的核外电子
C．据图像，若有8个原子核，经过60年，将还剩下2个
D．据图像，上述淡水湖中素的含量需约270年才能回落到正常标准
【解答】解：A、转变为发生的是β衰变，其衰变方程为→，故A错误；
B、β衰变的实质是原子核内的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故B错误；
D、由图可知的半衰期为T＝30年，根据半衰期公式，其中，n，解得：t＝9T＝9×30年＝270年，即上述淡水湖中的含量需约270年才能回落到正常标准，故D正确；
C、半衰期是一种统计规律，对大量的原子核适用，对少数原子核不适用，故C错误。
故选：D。
（2023 和平区二模）下列说法正确的是（　　）
A．入射光的波长大于金属的极限波长才能发生光电效应
B．一个氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级，该氢原子吸收光子，能量增加
C．铀（）经多次α、β衰变形成稳定的铅（）的过程中，有6个中子转变成质子
D．机场、车站进行安检时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了γ射线较强的穿透能
【解答】解：A．对于不同的金属都有不同的逸出功，即存在一个极限频率，必须满足入射光的频率必须大于极限频率，才能产生光电效应；
由于波长和频率的关系是，则满足入射光的波长小于金属的极限波长，才能产生光电效应，
所以入射光的波长必须小于金属的极限波长才能产生光电效应，故A错误；
B．一个氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级，该氢原子需要释放光子，能量减小，故B错误；
C．根据质量数守恒可知，（238﹣206）÷4＝8，即发生8次α衰变；根据电荷数守恒可知，（2×8+82﹣92）÷1＝6，发生6次β衰变，β衰变的实质为中子转化为质子，同时释放电子，故C正确；
D．机场、车站进行安检时，利用X射线具有较强的穿透能力，故能轻而易举地窥见箱内物品，故D错误。
故选：C。
（2023 桃城区校级三模）（镅）是一种具有强放射性的元素，发生α衰变的同时会释放出γ射线，常作为测厚仪的放射源。发生α衰变后生成Np（镎），Np很不稳定，其半衰期为2.3天，Np发生β衰变后会生成原子能工业的一种重要原料Pu（钚）。下列说法正确的是（　　）
A．可以利用α射线测量钢板的厚度
B．该Np元素的原子核有239个核子
C．该Pu元素的原子核比少1个质子，多3个中子
D．的结合能小于该Pu元素原子核的结合能
【解答】解：A．α粒子的穿透能力最弱，所以不能用α射线测量钢板的厚度，故A错误；
B．根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为，则Np元素有239个核子，故B正确；
C．衰变方程为，则Pu的原子核比少1个质子，少3个中子，故C错误；
D．的结合能大于该Pu元素原子核的结合能，故D错误。
故选：B。
（2023 潍坊模拟）核电池寿命长，在严酷的环境中仍能正常工作，经常应用在航天领域，利用半衰期为88年的发生衰变释放的能量可制造核电池。一个静止的钚核（质量为m1）放出一个X粒子（质量为m2）后，衰变成铀核（质量为m3）。假设衰变过程中产生的核能全部转化为粒子的动能，已知光速为c。下列说法正确的是（　　）
A．Pu的同位素的半衰期一定也为88年
B．在核反应过程中，原子核平均核子质量和比结合能都增加
C．衰变反应中释放出X粒子动能
D．若一个静止的原子核在匀强磁场中发生衰变，衰变后两个粒子的运动轨迹为内切圆
【解答】解：A．半衰期由原子核的结构所决定，Pu的同位素原子核内核子数不同，原子核的结构不同，故半衰期不同，故A错误；
B．发生衰变释放能量说明有质量亏损，而总的核子数不变，故原子核平均核子质量减小；衰变后原子核的比结合能增大，故B错误；
C．根据核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒，所以可判断出X粒子的质量数为A＝238﹣234＝4，电荷数为z＝94﹣92＝2，可知X是α粒子，根据爱因斯坦质能方程，释放的能量为，
系统动量守恒，铀核和α粒子的动量大小相等，根据动量守恒定律得pU＝pα
根据动能与动量的关系
设α粒子的动能为Ekl，则铀核的动能为，则有
解得：，故C正确；
D．静止的原子核在匀强磁场中发生α衰变，因为衰变过程满足动量守恒，因此两个粒子速度相反，同时又因为α粒子带正电，原子核带正电，电性相同，根据左手定则受洛伦兹力方向相反，所以衰变后两个粒子的运动轨迹为外切圆，故D错误。
故选：C。
【知识点二】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 α衰变 自发 U―→Th＋He
β衰变 自发 Th―→Pa＋e
人工转变 人工控制 N＋He―→O＋H(卢瑟福发现质子)
He＋Be―→C＋n(查德威克发现中子)
Al＋He―→P＋n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子
P―→Si＋e
重核裂变 比较容易进行人工控制 U＋n―→Ba＋Kr＋3n
U＋n―→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变 很难控制 H＋H―→He＋n
2.核反应方程式的书写
(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(　0＋1e)、氘核(H)、氚核(H)等。
(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。
(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。
（2023 枣强县校级模拟）关于下列四幅图，说法正确的是（　　）
A．图甲中，核子分开时吸收的能量称为比结合能
B．图乙中，镉棒插入深一些，核反应速度会变慢
C．图丙中，电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有粒子性
D．图丁中，入射光子与静止电子碰撞后，光子波长变短
【解答】解：A．核子分开时吸收的能量称为结合能，结合能除以核子数为比结合能，故A错误；
B．镉棒能够吸收中子，镉棒插入深一些，会导致参与核反应的中子数减少，核反应速度变慢，故B正确；
C．衍射现象是波动性的体现，电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性，故C错误；
D．根据动量守恒定律，光子与静止电子碰撞后，入射光子的动量减小；根据光子动量公式，得光子波长可知，光子波长变长，故D错误。
故选：B。
（2023 枣强县校级模拟）在核裂变和核聚变反应中，下列说法正确的是（　　）
A．核裂变和核聚变过程中，质量不发生变化
B．控制铀﹣235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变和轻核聚变
D．U在中子轰击下生成Sr和Xe的过程中，会吸收核能
【解答】解：A、核裂变和核聚变过程中，释放出能量，爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可知，质量会减小，故A错误；
B、控制铀﹣235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，故B正确；
C、太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故C错误；
D、U在中子轰击下生成Sr和Xe的过程中，存在质量亏损，会释放核能，故D错误。
故选：B。
（2023 济南三模）2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。“人造太阳”主要利用了核聚变反应所释放的能量，其中一种聚变反应为两个核转变为一个核并放出一个X粒子，则X粒子是（　　）
A． B． C． D．
【解答】解：设X粒子为，
根据质量数守恒和质子数守恒可知，
2+2＝3+Z
1+1＝2+A
所以Z＝1，A＝0
核反应方程为
即X粒子是。故A正确，BCD错误。
故选：A。
（2023 青岛二模）2023年4月12日，中国的“人造太阳”成功实现稳态高约束模式等离子体运行时间403s，创造了世界纪录。“人造太阳”在工作时进行两种热核聚变反应：和，其内部结构如图，下列说法正确的是（　　）
A．目前主流核电站都在利用热核聚变进行发电
B．反应中释放出的X粒子会受到线圈磁场的磁约束力
C．反应中释放出的Y粒子为中子
D．核子平均质量大于核子平均质量
【解答】解：A、目前主流核电站都在利用核裂变进行发电，故A错误；
BC、由质量数和和电荷数守恒可知，X为中子，Y为质子，中子不带电，所有不会受到线圈磁场的磁约束力，故BC错误；
D、该反应释放核能，根据比结合能越大原子核越稳定，可知的比结合能大于的比结合能，比结合能越大则核子平均质量越小，可知核子平均质量大于核子平均质量，故D正确。
故选：D。
（2023 厦门模拟）2023年4月12日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，创造了新的世界纪录，其内部发生的核反应方程为，则（　　）
A．X为正电子
B．该反应为α衰变
C．反应前后质量守恒
D．的平均结合能比的平均结合能大
【解答】解：A．根据电荷数和质量数守恒，可知X质量数：A＝2+3﹣4＝1，电荷数：z＝1+1﹣2＝0，X为中子，故A错误；
B．根据核反应的特点可知该反应为聚变反应，故B错误；
C．核聚变反应存在质量亏损，反应前后质量不守恒，故C错误；
D．核聚变过程中释放能量，故的平均结合能比的平均结合能大，故D正确。
故选：D。
【知识点三】质量亏损及核能的计算
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，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＝核子的比结合能×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。
（2023 开福区校级模拟）1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核（）发现了质子，首次实现了原子核的人工转变。已知核反应释放的能量全部转化成了和质子的动能，，，α粒子，质子的质量分别为m1、m2，m3，m4，真空中的光速为c，则（　　）
A．发现质子的核反应方程是
B．释放的核能等于和质子的总动能
C．释放的核能等于
D．释放核能的原因是的结合能大于和α粒子总的结合能
【解答】解：A．根据核反应过程中质量数和电荷数守恒，可以得出该和反应方程是错误的；发现质子的核反应方程是，故A错误；
B.根据能量守恒，释放的核能反应后和质子总动能与反应前和α粒子总动能之差，故B错误；
C.根据爱因斯坦质能方程，释放的核能ΔE＝Δmc2，故C错误；
D．核反应释放核能的原因是的结合能大于和α粒子总的结合能，故D正确。
故选：D。
（2023 南充模拟）核潜艇以核反应堆作动力源，其中一种核反应方程是U+01n→XSr+10n，生成物X、Sr的比结合能分别为8.4MeV、8.7MeV，下列说法正确的是（　　）
A．Sr的核子平均质量比X的核子平均质量小
B．X的质子数比中子数多
C．U的结合能比X的结合能小
D．该反应是核聚变反应
【解答】解：A．由于的比结合能为8.7MeV，X的比结合能为8.4MeV，比结合能越大越稳定，则核子的平均质量比X的核子平均质量小，故A正确；
B．根据核电荷数守恒，X的核电荷数（质子数）为92+0﹣38﹣10×0＝54，质量数（核子数）为235+1﹣94﹣10×1＝132，则中子数为132﹣54＝78，所以X的质子数比中子数少，故B错误；
C．根据爱因斯坦质能方程可知，发生裂变，核反应前后发生了质量亏损，释放核能，因此X的结合能比的结合能小，故C错误；
D．根据质量数和电荷数守恒，可知该核反应方程为，该反应属于重核裂变，故D错误。
故选：A。
（2023 蜀山区校级模拟）2023年4月12日，位于合肥科学岛的世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）“人造太阳”获得重大成果，成功实现403秒稳态运行，创造了新的世界纪录。太阳之所以能辐射出巨大的能量，就是内部氢核聚变的结果。假定地球单位面积接受太阳直射能量的功率为P，地球到太阳中心的距离为r，太阳可用于氢核聚变的质量为m，光在真空中传播的速度为c，太阳的寿命大约是（　　）
A． B． C． D．
【解答】解：由题可知，太阳每秒辐射的能量为：E＝P×4πr2
根据爱因斯坦质能方程可得：
故可得太阳每秒减少的质量为：
太阳的寿命为：
解得：，故C正确，ABD错误。
故选：C。
（2023 西城区校级模拟）下列说法正确的是（　　）
A．氡的半衰期为3.8天，若有8个氡核，则经过7.6天后剩下2个氡核
B．发生β衰变时，生成的核与原来的核相比，质子数少1
C．比结合能越大，原子核中核子结合得越紧密，原子核越稳定
D．太阳内部的氢核的聚变反应释放能量，聚变反应后产生的新核的核子平均质量大
【解答】解：A．半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少数的原子核不适用，故A错误；
B．发生β衰变时，原子核中的一个中子转化为质子和电子，所以生成的核与原来的核相比，质子数多1，故B错误；
C．比结合能越大，原子核中核子结合得越紧密，原子核越稳定，故C正确；
D．反应过程中存在质量亏损，导致反应后核子的平均质量小于反应前核子的平均质量，故D错误；
故选：C。
（2023 长沙二模）太阳目前处于主序星阶段，氢燃烧殆尽后将发生氦闪，进入红巨星阶段，电影《流浪地球》就是在此背景下展开，“氦闪”是氦（）的聚变变成碳的过程，，极不稳定，短时间再结合一个氦变成碳的过程，已知原子核的比结合能﹣质量数的图像如图，的纵坐标为7.08，的纵坐标为7.69，下列说法中正确的是（　　）
A．原子核的结合能越大，原子核就越稳定
B．一次氦闪放出的核能为7.32MeV
C．氦4的核子平均质量小于碳12的核子平均质量
D．氦4的结合能为7.08Mev
【解答】解：A．原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，故A错误；
B．一次氦闪放出的核能为12×7.69MeV﹣3×4×7.08MeV＝7.32MeV，故B正确；
C．根据题意可知，反应过程中释放能量，核子有质量亏损，故氦4的核子平均质量大于碳12的核子平均质量，故C错误；
D．根据图像可知，氦4的比结合能为7.08MeV，结合能为4×7.08MeV＝28.32MeV，故D错误；
故选：B。
（2023 北京）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（　　）
A．Un→BaKr+（ ）
B．U→Th+（ ）
C．NHe→O+（ ）
D．C→N+（ ）
【解答】解：A、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝92+0﹣56﹣36＝0；质量数A＝235+1﹣144﹣89＝3；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子为3n，故A正确；
B、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝92﹣90＝2；质量数A＝238﹣234＝4；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子不是中子，故B错误；
C、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝7+2﹣8＝1；质量数A＝14+4﹣17＝1；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子不是中子，故C错误；
D、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝6﹣7＝﹣1；质量数A＝14﹣14＝0；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子不是中子，故D错误。
故选：A。
（2023 海南）钍元素衰变时会放出β粒子，其中β粒子是（　　）
A．中子 B．质子 C．电子 D．光子
【解答】解：放射性元素衰变时放出的三种射线α、β、γ，其中β粒子是电子。故C正确，ABD错误。
故选：C。
（2023 浙江）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜，核电池将Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。Pu的衰变方程为Pu→UHe，则（　　）
A．衰变方程中的X等于233
B．He的穿透能力比γ射线强
C．Pu比U的比结合能小
D．月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大
【解答】解：A、由质量数守恒得：X＝238﹣4＝234
故A错误；
B、He的穿透能力比γ射线弱，故B错误；
C、Pu衰变过程释放能量，比结合能增大，即Pu比U的比结合能小，故C正确。
D、半衰期的大小反映衰变的快慢，与所处的物理环境无关，故D错误。
故选：C。
（2023 湖南）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→Hee
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
【解答】解：A、相同质量的核燃料，轻核聚变的质量亏损比重核裂变的质量亏损大，释放的核能更多，故A正确；
B、氘氚核聚变过程，质量数守恒，电荷数守恒，则氘氚核聚变的核反应方程为：HH→Hen，故B错误；
C、铀235是重核，核裂变的核反应燃料主要是铀235，故C错误；
D、核聚变反应过程中发生质量亏损，故D错误。
故选：A。
（2023 乙卷）2022年10月，全球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1048J。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为3×108m/s ）（　　）
A．1019kg B．1024kg C．1029kg D．1034kg
【解答】解：根据ΔE＝Δmc2，可得每分钟平均减少的质量量级为Δmkg≈1031kg
1min＝60s
则每秒钟平均减少的质量量级为Δm′kg≈1029kg
故ABD错误，C正确。
故选：C。
（2023 浙江）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：Nn→CH，产生的C能自发进行β衰变，其半接期为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于碳原子的核外电子
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11460年
【解答】解：A、C能自发进行β衰变，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，其衰变方程为：→，故A错误；
B、β衰变产生的电子是β衰变过程中中子转化为一个质子同时放出一个电子形成的，故B错误；
C、半衰期是放射性物质固有属性，由原子核自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，温度变化不能改变碳14的半衰期，故C错误；
D、测得一古木样品的C含量为活体植物的，根据，可知经过了两个半衰期，所以该古木距今约为：N＝2T＝2×5700年＝11460年，故D正确。
故选：D。
（2022 天津）从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021年10月，我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空。太阳的能量由核反应提供，其中一种反应序列包含核反应：HeHe→He+2X，下列说法正确的是（　　）
A．X是中子
B．该反应有质量亏损
C．He比He的质子数多
D．该反应是裂变反应
【解答】解：A、根据质量数守恒和电荷数守恒可得X为质子，故A错误；
BD、该反应为聚变反应，释放能量，故该反应有质量亏损，故B正确、D错误；
C、He和He的质子数均为2，一样多，故C错误。
故选：B。
（2022 福建）2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏，在泄露的污染物中含有大量放射性元素I，其衰变方程为I→Xee，半衰期为8天，已知m1＝131.03721u，mXe＝131.03186u，me＝0.000549u，则下列说法正确的是（　　）
A．衰变产生的β射线来自于I原子的核外电子
B．该反应前后质量亏损0.00535u
C．放射性元素I发生的衰变为α衰变
D．经过16天，75%的I原子核发生了衰变
【解答】解：A.I衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核释放出来形成β射线，故A错误；
B.该反应前后质量亏损为Δm＝131.03721u﹣131.03186u﹣0.000549u＝0.004801u，故B错误；
C.放射性元素I发生的衰变为β衰变，故C错误；
D.由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，设I原子核原来的质量为m，则剩余m0＝（）2mm；
则有75%的I原子核发生了衰变，故D正确。
故选：D。
（2022 辽宁）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为XMg→Al，已知X、Mg、Al的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是（　　）
A．X为氘核H B．X为氚核H
C．E＝（m1+m2+m3）c2 D．E＝（m1+m2﹣m3）c2
【解答】解：AB、根据电荷量守恒可知，X的电荷量为1，根据质量数守恒可知，X的质量数为1，则X表示质子H，故AB错误；
CD、这个核反应中释放的核能为：E＝（m1+m2﹣m3）c2，故C错误，D正确；
故选：D。
（2022 湖北）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Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即Bee→Xνe。根据核反应后原子核X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X是Li
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νe的电荷量与电子的相同
【解答】解：ABC、根据核反应方程，结合质量数与电荷数守恒，可知X的质量数为：A＝7+0＝7，质子数为：Z＝4﹣1＝3，所以新核为，反应前总质子数为4，反应后为3，故A正确，BC错误；
D、中微子不带电，故中微子的电荷量与电子的不同，故D错误。
故选：A。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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