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第1节　原子核的组成
　
1．知道天然放射现象及其规律。　2.理解三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。
3．掌握原子核的组成，知道核子和同位素的概念。　4.掌握质量数、电荷数和核子数间的关系。
一、天然放射现象
1．1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，它能穿透黑纸使照相底片感光。
2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。
3．原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。
4．物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素。放射性元素自发地发出射线的现象叫作天然放射现象。
二、射线的本质
1．α射线：α粒子流。其组成与氦原子核相同，速度可达到光速的，其电离作用强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。
2．β射线：电子流，速度接近光速。它的电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。
3．γ射线：一种电磁波，波长很短的光子，波长在10-10 m以下。它的电离作用更弱，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。
4．实验发现，如果一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质存在，还是以化合物形式存在，都具有放射性。放射性的强弱也不受温度、外界压强的影响。由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，说明射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的。
三、原子核的组成
1．质子的发现
卢瑟福用α粒子轰击氮原子核获得了质子，用p表示。质子带正电荷，电荷量与一个电子的电荷量相等。
2．中子的发现
(1)卢瑟福猜想：原子核内可能还存在另一种粒子，它的质量与质子相同，但是不带电，他把这种粒子叫作中子。
(2)查德威克通过实验证实了这个猜想。
(3)中子不带电，用n表示。中子与质子的质量非常接近，只比质子质量约大千分之一。
3．原子核的组成
原子核由质子、中子组成，它们统称为核子。
4．原子核的电荷数(Z)
等于核内质子数，等于原子序数。
5．原子核的质量数(A)
就是核内的核子数。
6．原子核的符号表示
X(其中X为元素符号，A表示核的质量数，Z表示核的电荷数)。
7．同位素
核中质子数相同而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。
判断下列说法是否正确。
(1)放射性元素发出的射线可以直接观察到。(　　)
(2)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。　(　　)
(3)放射性元素的放射性都是自发的现象。(　　)
(4)α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速。(　　)
(5)原子核的核子数等于质子数。(　　)
(6)在元素周期表中处于同一位置上，而质量数不同的元素是同位素。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√
知识点一　三种射线的性质
　
三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图如图所示。
(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转，说明了什么？
(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径，这说明什么问题？
[提示]　(1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。
(2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r＝可知，α粒子的应大于β粒子的。
1．α、β、γ三种射线的比较
种类 α射线 β射线 γ射线
组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)
粒子质量 4mp(mp≈1．67×10-27kg) 静止质量为零
电荷量 2e －e 0
速率 0.1c 0.99c c
穿透能力 最弱，用一张纸就能挡住 较强，能穿透几毫米厚的铝板 最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土　
电离作用 很强 较弱 很弱
在磁场中 偏转 偏转 不偏转
2.三种射线在磁场、电场中偏转情况的比较
(1)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图甲所示。
(2)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图乙所示。
　利用带电粒子在电磁场中的运动，制作出的质谱仪可测量粒子的比荷。研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示，图甲是三类射线在垂直于纸面向里的磁场中的偏转情况的示意图。图乙中两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，位于A、B中点的放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。下列说法错误的是(　　)
A．a为电源负极，打到A板的为α射线，不偏转的是γ射线
B．α射线穿透能力最弱，速度也最慢，打到A板的是α射线
C．a为电源正极，打到A板的为β射线，不偏转的是γ射线
D．正负极判断看射线在两板间的轨迹，比荷大的偏向A板
[解析]　从题图乙可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子的竖直位移小于到达B板的粒子的竖直位移，粒子在竖直方向做匀速直线运动，则根据平抛运动公式得竖直位移y＝v，由于两类粒子初速度v相差约10倍，但两者比荷相差几千倍，两极板间距离d和电压U相同，且比荷大的竖直位移小，故到达A极板的是β射线，A极板带正电，a为电源的正极，且γ射线不带电，不发生偏转。
[答案]　B
　(2025·贵州铜仁市期末)从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了运动方向，对地球起到了保护作用。地磁场的示意图(虚线，方向未标出)如图所示，赤道上方的磁场可看成与地面平行，若有来自宇宙的一束粒子流，其中含有α、β、γ射线以及质子，沿与地球表面垂直的方向射向赤道上空，则在地磁场的作用下(　　)
A．质子向北偏转
B．γ射线向东偏转
C．α射线向东偏转
D．β射线沿直线射向赤道
[解析]　赤道上方磁场方向与地面平行、由南向北，根据左手定则可知，带正电的α射线和质子向东偏转，带负电的β射线向西偏转，不带电的γ射线不偏转。
[答案]　C
　如图所示，x为未知放射源，它向右方发射放射线，p为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是观察装置。实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为(　　)
A．α和β的混合放射源
B．α和γ的混合放射源
C．β和γ的混合放射源
D．α、β和γ的混合放射源
[解析]　将强磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数没有变化，说明磁场对射线粒子没有影响，可知射到屏上的是不带电的γ射线；再将厚0.5 mm左右的薄铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，说明除接收到γ射线外，又接收到了原来被薄铝箔p挡住的射线，而厚度为0.5 mm左右的铝箔能挡住的只有α射线，所以此放射源应是α和γ的混合放射源。
[答案]　B
知识点二　原子核的组成
　
查德威克实验示意图如图所示，用天然放射性元素钋(Po)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B。
试探究：(1)在这个实验中粒子流A是什么？
(2)粒子流B又是什么？
[提示]　(1)A为中子流。
(2)B为质子流。
1．原子核
2．基本关系
(1)符号：X。
(2)基本关系：原子核的电荷数(Z)＝核内的质子数＝元素的原子序数＝核外电子数。
原子核的质量数(A)＝核内的核子数＝质子数＋中子数。
3．三个概念
(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数。
(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数，简称核电荷数。
(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数。
　以下实验中，能说明原子核具有复杂结构的是(　　)
A．光电效应实验
B．原子发光产生明线光谱
C．α粒子散射实验
D．天然放射现象
[解析]　原子核的天然放射现象说明原子核有复杂的结构。
[答案]　D
　铀(U)的核里有N个质子、M个中子，则N和M分别是(　　)
A．92和146　　　　 B．92和92
C．146和146 D．238和238
[解析]　铀(U)的核里有N＝92个质子，M＝238－92＝146个中子。
[答案]　A
　已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。试问：
(1)镭核中有多少个质子？多少个中子？
(2)镭核所带的电荷量是多少？(结果保留小数点后2位)
(3)呈电中性的镭原子，核外有多少个电子？
[解析]　(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88；中子数N等于原子核的质量数A与质子数之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。
(2)镭核所带电荷量
Q＝Ze＝88×1.6×10-19 C≈1.41×10-17 C。
(3)呈电中性的镭原子的核外电子数等于核内质子数，故核外电子数为88。
[答案]　(1)88　138　(2)1.41×10-17 C　(3)88
知识点三　同位素的特点
　(多选)氢有三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)、氚(H)，下列说法正确的是(　　)
A．它们的质子数相等
B．若为中性原子，则它们的核外电子数相等
C．它们的核子数相等
D．它们的化学性质相同
[解析]　氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，故C错误；由中性原子状态可知质子数和核外电子数均相同，都是1，故A、B正确；它们三个是同位素，同位素化学性质相同，只是物理性质不同，故D正确。
[答案]　ABD
　(多选)已知 Ra是 Ra的一种同位素，则下列说法正确的是(　　)
A．两者具有相同的质子数和不同的质量数
B．两者具有相同的中子数和不同的原子序数
C．两者具有相同的核电荷数和不同的中子数
D．两者具有相同的核外电子数和不同的化学性质
[解析]　同位素是同一种元素，故质子数、核外电子数及化学性质相同，但中子数不同，质量数不同，故A、C正确，B、D错误。
[答案]　AC
　117号元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子。
(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？
(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？
(3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？
[解析]　(1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数。故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也均为117。
(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294。
(3)元素符号一般用X 表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，中子数为176的原子核的符号为X，中子数为177的原子核的符号为X。
[答案]　(1)均为117　均为117　(2)293　294
(3)X　X
1．(三种射线的性质)(多选)我国自己研制的旋式γ刀性能特别好，已被各大医院应用于临床治疗。γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(　　)
A．γ射线具有很强的穿透能力
B．γ射线具有很强的电离作用
C．γ射线波长很短，具有很高的能量
D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置
解析：选AC。γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，具有很高的能量和很强的穿透能力，所以它能穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞，A、C正确；因γ射线不带电，它的电离作用很弱，因波长很短，其衍射能力也很差，B、D错误。
2．(原子核的组成)原子核符号 C中，12表示(　　)
A．电子数 B．质子数
C．中子数 D．核子数
解析：选D。在原子核的符号X中，X为元素符号，A表示质量数，Z表示电荷数(即原子序数)，质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数，因此原子核符号C中，12表示核子数。
3．(原子核的组成)若用x代表一个中性原子核外的电子数，y代表此原子核内的质子数，z代表此原子核内的中子数，则对 Th的原子来说(　　)
A．x＝90　y＝90　z＝234
B．x＝90　y＝90　z＝144
C．x＝144　y＝144　z＝90
D．x＝234　y＝234　z＝324
解析：选B。在Th的原子中，左下角标为质子数，左上角标为质量数，则y＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，即z＝234－90＝144，B正确。
4．(同位素的特点)(多选)下列说法正确的是(　　)
A．X与Y互为同位素
B．X与Y互为同位素
C．X与Y中子数相同
D． U核内有92个质子，235个中子
解析：选BC。 X核与Y核的质子数不同，不互为同位素，A错误；X核与Y核的质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素，B正确；X核内中子数为n－m，Y核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同，C正确；U核内有143个中子，而不是235个中子，D错误。(共28张PPT)
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√
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。
√
2．核废料具有很强的放射性，需要妥善处理，下列说法正确的是(　　)
A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽
B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒
C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期
D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害
解析：放射性元素的半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间，则放射性元素完全衰变殆尽的说法错误，故A错误；
原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故B错误；
放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，故C错误；
过量放射性辐射包含大量的射线，对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，故D正确。
√
解析：26Al和26Mg的质量数均为26，但是二者原子核中的质子数和中子数不同，所以质量不同，A错误；
半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，C正确；
√
√
√
题组3　半衰期
6．已知钋210的半衰期时间为138天，若将0.16 g钋210随中国空间站在太空中运行276天，则剩余的钋210的质量约为(　　)
A．0.02 g B．0.04 g
C．0.08 g D．0.16 g
√
半衰期只跟原子核内部结构有关，增加环境温度不能使镭226 的半衰期变为810年，故C错误；
半衰期是大量统计得到的数值，对少量原子核不适用，所以经过3 240年，100 个镭226 中不一定将有75 个镭226 发生衰变，故D错误。
√
解析：β射线的穿透能力比γ射线的穿透能力弱，故A错误；
√
√
√
√
√
半衰期取决于核内部自身的因素，与温度无关，故C错误；
√
√
解析：β射线实际上是带负电的电子流，A正确；
根据核电荷数守恒可知，Y原子核中含有102个核子，C错误；
√
半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，即对个别或极少数原子核无半衰期可言，B错误；(共26张PPT)
课后达标检测
√
题组1　核力的理解
1．(多选)关于核力，下列说法正确的是(　　)
A．核力是一种特殊的万有引力
B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间没有核力作用
C．核力是原子核稳定存在的原因
D．核力是一种短程强力作用
√
解析：核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围在1.5×10-15 m，原子核的半径数量级在10-15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故C、D正确。
2．对于原子核的组成，下列说法正确的是(　　)
A．核力可使一些中子组成原子核
B．核力可使非常多的质子组成原子核
C．不存在只有质子的原子核
D．质量较大的原子核内一定有中子
√
解析：由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；
较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能维系原子核的稳定，故D正确。
√
√
√
解析：原子核的比结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定，故A错误；
重原子核衰变成α粒子和另一原子核的过程中放出能量，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故B正确；
原子核是核子结合在一起构成的，把它们分开为自由核子需要的最小能量等于原子核的结合能，故D正确。
√
由于核反应放出能量，因此反应后结合能变大，C、D错误。
√
解析：半衰期是大量粒子的统计规律，10个钚-227经过一个半衰期不一定还剩余5个，A错误；
根据电荷数和质量数守恒，可知Y的质量数为4，电荷数为2，可知Y为α粒子，则钚-227发生的是α衰变，B正确；
√
γ是光子，具有能量，故B错误；
√
题组3　质能方程和核能的计算
7．(2025·山西阳泉市期末)我国高海拔宇宙线观测站“拉索”首次完整记录迄今最亮“宇宙烟花”——伽马射线暴GRB 221009A爆发全过程，并精确测量了迄今最亮伽马暴的高能辐射能谱，据此为检验相对论的适用范围提供了重要信息。该伽马暴在1 s内释放的能量数量级为1046 J。假设释放的能量来自物质质量的减少，则每分钟平均减少的质量数量级为(光速为3×108 m/s)(　　)
A．1019 kg　　　　　　　 B．1024 kg
C．1029 kg D．1030 kg
√
解析：反应的质量亏损Δm＝(2.013 6 u＋3.015 0 u)－(4.001 5 u＋1.008 7 u)＝0.018 4 u，根据爱因斯坦的质能方程，有ΔE＝Δmc2，又有1 u＝931.5 MeV，解得ΔE≈17.1 MeV。
√
√
(2)求该核反应释放的核能(结果保留3位有效数字)。(6分)
解析：核反应释放的核能
ΔE＝Δmc2＝(1.007 825＋7.016 004－2×4.002 603)×931 MeV≈17.3 MeV。
答案：17.3 MeV
(2)在这个衰变过程中释放的能量等于多少焦耳(结果保留3位有效数字)？(6分)
解析：衰变前后亏损的质量
Δm ＝ mU－mTh－mα ＝ 0.000 092 8 × 10-25 kg
c ＝ 3.0 × 108 m/s，
释放的能量ΔE ＝ Δmc2
解得ΔE ＝ 8.35 × 10-13 J。
答案：8.35 × 10-13 J1．据报道，放射性同位素钬Ho可以有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数是(　　)
A．32 B．67
C．99 D．166
解析：选C。根据原子核的表示方法得核电荷数＝核内质子数＝67，核内中子数为166－67＝99，故C正确，A、B、D错误。
2．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更有启发性。以下符合物理发展史实的是(　　)
A．汤姆孙通过对天然放射性现象的研究发现了电子
B．玻尔进行了α粒子散射实验并提出了著名的原子核式模型
C．约里奥-居里夫妇用α粒子轰击金属铍发现了中子
D．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，并预言了中子的存在
解析：选D。汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子；卢瑟福进行了α粒子散射实验并提出了著名的原子核式模型；查德威克用α粒子轰击金属铍发现了中子；卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，并预言了中子的存在；故D正确。
3．天然放射现象通常会放出三种射线，即α、β、γ射线，关于这三种射线，以下说法正确的是(　　)
A．云室中α射线径迹长而粗，这是因为α射线具有较强的穿透能力
B．β射线是高速质子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板
C．γ射线是能量很高的电磁波，在电场和磁场中都不偏转
D．用β射线照射带正电的验电器，则验电器的张角会变大
解析：选C。由于α粒子的电离本领大，贯穿本领小，所以α射线在云室中的径迹粗而短，故A错误；β射线是高速电子流，这种射线来源于原子核内部，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板，故B错误；γ射线是能量很高的电磁波，因其不带电，所以在电场和磁场中都不偏转，故C正确；β射线是高速电子流，用β射线照射带正电的验电器，与验电器中的正电荷中和，则验电器的张角会变小，故D错误。
4．原子核符号 O中，17表示(　　)
A．电子数 B．质子数
C．中子数 D．核子数
解析：选D。17表示O原子的中子数与质子数之和即核子数，故D正确，A、B、C错误。
5．天然放射性元素放出的α、β、γ射线中(　　)
A．三种射线的速度相同
B．α射线的穿透本领最强
C．β射线的本质是高速运动的电子流
D．γ射线在真空中的速度比X射线的大
解析：选C。α射线的速度可达0.1c，β射线的速度可达0.99c，γ射线的速度为c，故A错误；三种射线中，α射线的穿透本领最弱，故B错误；β射线的本质是高速运动的电子流，故C正确；γ射线和X射线都是电磁波，它们在真空中的速度相同，故D错误。
6．α粒子可以表示为He，He中的4和2分别表示　(　　)
A．4为核子数，2为中子数
B．4为质子数和中子数之和，2为质子数
C．4为核外电子数，2为中子数
D．4为中子数，2为质子数
解析：选B。根据X所表示的意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的核电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数。原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数。He中的2表示的是质子数或核外电子数，He中的4表示的是核子数，故B正确。
7．(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法正确的有(　　)
A．打在荧光屏上a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线
B．α射线和β射线的轨迹是抛物线
C．α射线和β射线的轨迹是圆弧
D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b
解析：选AC。由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受到的洛伦兹力方向向上，β粒子受到的洛伦兹力方向向下，轨迹都是圆弧。由于α粒子速度约是光速的，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，最终只打在b处，故A、C正确，B、D错误。
8．以下说法正确的是(　　)
A．Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222
B．Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4
C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数
D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数
解析：选D。A项氡核的质量数为222，质子数为86，A错误；B项铍核的质量数为9，中子数为5，B错误；质子数相同而中子数不同的原子核互称为同位素，即它们的质量数不同，C错误，D正确。
9．α、β、γ三种射线穿透能力的示意图如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．甲为α射线，它的贯穿能力和电离能力都很弱
B．乙为β射线，它是由原子核外的电子电离后形成的高速电子流
C．丙为γ射线，它在真空中的传播速度是3.0×108 m/s
D．以上说法都不对
解析：选C。α射线贯穿能力很弱，电离作用很强，一张纸就能把它挡住；β射线能贯穿几毫米厚的铝板，电离作用较弱；γ射线穿透本领最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。α射线电离作用强，A错误。三种射线都来自原子核，B错误。γ射线是一种电磁波，在真空中的传播速度是3.0×108 m/s，C正确，D错误。
10．(2025·重庆北碚区期末)如图所示，在铅制盒子中存放有放射性元素铀，射线只能从盒子右侧面上的小孔射出，形成细细的一束。在射线经过的区域施加垂直于纸面向外的匀强磁场，发现射线分成了1、2和3三束，则(　　)
A．射线1带负电
B．射线2为γ射线，电离能力最强
C．射线3的粒子与光电效应现象中从金属板中逸出的带电粒子是同一种粒子
D．三束射线的穿透能力相同
解析：选C。根据原子物理相关知识可知，天然放射现象可发出三种不同的射线：α射线、β射线和γ射线。根据左手定则判断粒子所受洛伦兹力的方向特性可知，射线1向下偏转，带正电，所以为α射线。射线2不偏转，不带电，所以为γ射线。射线3向上偏转，带负电，所以为β射线。由以上分析可知：射线1为α射线，带正电，A错误；射线2为γ射线，电离能力很弱，B错误；射线3为β射线，带负电，光电效应现象中从金属板中逸出的为核外电子，带负电，二者为同一种粒子，C正确；三束射线穿透能力不同，2最强，3比较强，1最弱，D错误。
11．(多选)用α粒子照射充满氮气的云室，摄得如图所示的照片。下列说法正确的是(　　)
A．A是α粒子的径迹
B．B是α粒子的径迹
C．C是α粒子的径迹
D．C是质子的径迹
解析：选BD。入射的是α粒子，所以B是α粒子产生的径迹；质量大、电离作用强的新核O，径迹粗而短，故A是新核径迹；质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹C是质子的径迹。所以B、D正确。
12．(14分)茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对航天员构成了很大的威胁。现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)。
(1)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线？(4分)
(2)如图所示，余下的这束β和γ射线经过一个使它们分开的磁场区域，请在图上画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图。(4分)
(3)用磁场可以区分β和γ射线，但不能把α射线从γ射线束中分离出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8 000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速)(6分)
解析：(1)由于α射线穿透能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线。
(2)如图所示。
(3)由r＝和题设条件可知，α射线粒子的圆周运动半径很大，比β射线粒子的大得多，在磁场中偏转量很小，几乎不偏转，故无法与γ射线分离。
答案：(1)用一张纸放在射线前即可除去α射线
(2)见解析图　(3)见解析(共3张PPT)
章末知识网络建构
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THANKS
α射线：高速运动的氦核流，①本领最强
三种射线
β射线：高速运动的②流
Y射线：高频电磁波，③
本领最强
[答案]
半衰期：放射性元素④发生衰变所用的时间
①电离
三个概念
核力：⑤
间的作用力
②电子
结合能
比结合能
天然放射现象
③穿透
质子：卢瑟福用粒子轰击⑥
发现质子
④有半数
五个发现
中子：查德威克用α粒子轰击⑦发现中子
⑤核子
原子
人工放射性同位素
核
核裂变
⑥氨核
原子核的衰变
⑦铍核
原子核的人工转变
⑧守恒
四种核变化
⑨守恒
⑧质量数
核裂变
核聚变
⑨电荷数
原子核数目计算
0
mc2
三个计算
半衰期
核能计算
质能方程E=⑩
四类粒子
强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子题组1　重核的裂变
1．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，吸收中子能力不同，从而达到控制核反应速度的目的，C正确。
2．某核电站获得核能的核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋xn。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。下列说法正确的是(　　)
A．该核电站通过核聚变获得核能
B．铀核的质子数为143
C．在上述核反应中x＝2
D．一个铀核发生上述核反应，释放的能量为(m1－m2－m3－2m4)c2
解析：选D。该核电站通过核裂变获得核能，A错误；铀核的质子数为92，B错误；根据核反应过程满足质量数守恒可得235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3，C错误；一个铀核发生上述核反应，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m4)c2，D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(　　)
A．铀238的衰变方程式U→Th＋He
B．U和U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；贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯由高密度、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错误。
4．铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变。其衰变方程为U→Th＋X，裂变方程为U＋n→Y＋Kr＋3n，其中U、n、Y、Kr 的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c。下列叙述正确的是(　　)
A．U衰变是α衰变，α射线可以用来测量钢板的厚度
B．U裂变时释放的能量为(m1－2m2－m3－m4)c2
C．若提高温度，则U的半衰期将会变小
D．Y原子核中含有56个中子
解析：选B。根据质量数守恒和电荷数守恒可得X为He，发生的是α衰变，α射线贯穿能力弱，不可以用来测量钢板的厚度，故A错误；由爱因斯坦质能方程得，裂变时释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，故B正确；半衰期与环境没有关系，故C错误；根据核反应前后质量数和核电荷数均守恒，可得Y原子核中核子数144个，质子56个，中子数为144－56＝88个，故D错误。
题组2　轻核聚变及核能
5．科学家设想未来较为理想的可控核聚变反应方程为H＋B→3X，下列说法正确的是(　　)
A．X为C
B．该方程为α衰变方程
C．该反应质量数守恒
D．大亚湾核电站采用核聚变反应发电
解析：选C。根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为4，电荷数为2，则X为He，故A错误，C正确；该方程为可控核聚变，故B错误；大亚湾核电站采用核裂变反应发电，故D错误。
6．核污水中主要含有的放射性元素氚(H)是氢的一种同位素。氚在自然界中有少量存在，其半衰期约为12.43年，发生衰变时生成He并放出一个带电粒子，H也可以和H发生核反应，生成一个He。下列说法正确的是(　　)
A．H发生的衰变是α衰变
B．该反应存在质量亏损，所以质量数不守恒
C．100 g H存放50年后大约还剩6.25 g
D．H和H发生核反应可用于制造原子弹
解析：选C。H衰变时的核反应方程为H→He＋e，故H发生的衰变是β衰变，故A错误；该反应存在质量亏损，但质量数守恒，故B错误；100 g H存放50年后大约还剩m余＝m0＝100 g×≈6.25 g，故C正确；H和H发生核反应方程为H＋H→He＋n，该反应为氢核聚变反应，可用于制作氢弹，故D错误。
7．宇宙中一些年轻炽热的恒星通过热核反应，源源不断地向外辐射能量，其中一种热核反应为H＋X→He＋C。已知X、He、C的比结合能分别为E1、E2、E3，真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　)
A．该反应是吸热反应
B．核反应中的X为N
C．X的中子数为7
D．核反应中的质量亏损为
解析：选D。该热核反应释放大量的热，故A错误；根据电荷数和质量数守恒可知X为N，中子数为8，故B、C错误；对该热核反应，由能量守恒可得4E2＋12E3－15E1＝Δmc2，解得Δm＝，故D正确。
8．(多选)几十亿年后太阳内部氢元素消耗殆尽，其内部高温高压使三个氦核发生短暂的热核反应，被称为氦闪，核反应方程为3He→X，已知该反应放出的能量为E，真空中光速为c, 则(　　)
A．该反应属于核聚变
B．X核中有 6个核子
C．氦核的比结合能为
D．该反应的质量亏损为
解析：选AD。根据质量数和核电荷数守恒，可知核反应方程为3He→ X，属于轻原子核结合成较重原子核反应，所以该反应属于核聚变，又核子数为质子数加上中子数，等于质量数，故A正确，B错误；比结合能又称平均结合能，等于结合能除以核子数，结合能是自由分散的核子结合成原子核所释放的能量，并不是该反应放出的能量为E，所以X核的比结合能不为，故C错误；根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，又因为该反应放出的能量为E，所以该反应的质量亏损为，故D正确。
9．核能是蕴藏在原子核内部的能量，合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺问题。在铀核裂变实验中，核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3X，U核的结合能为E1，Ba核的结合能为E2，Kr核的结合能为E3，则(　　)
A．该核反应过程动量不守恒
B．该核反应方程中的X为n
C．该核反应中释放的核能为(E1－E2－E3)
D．该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒
解析：选B。在铀核裂变的过程中，动量守恒，故A错误；设X为X，由核电荷数守恒可知92＋0＝56＋36＋3Z，可得Z＝0，由质量数守恒得235＋1＝144＋89＋3A，解得A＝1，所以该核反应方程中的X为n，故B正确，D错误；由能量守恒定律可知，该核反应中释放的核能ΔE＝E2＋E3－E1，故C错误。
10．全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站获取核能的基本核反应方程：U＋n→Ba＋X＋3n，其中Ba不稳定，衰变的半衰期为T，下列说法正确的是(　　)
A．反应产物X的中子数为50
B．上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量
C．反应产物X的比结合能比U的比结合能小
D．0.5 kg的Ba原子核，经过3T后剩余的质量是开始时的
解析：选D。根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为U＋n→Ba＋X＋3n，可知反应产物X的中子数为53，故A错误；该核反应为重核裂变反应，B错误；核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，C错误；根据半衰期公式m余＝m可知，t＝3T时＝＝，所以0.5 kg的Ba原子核，经过3T后剩余的质量是开始时的，D正确。
11．钍基熔盐堆是第四代核能反应堆，具有更安全、更清洁的特点，该反应堆以钍232( Th)为核燃料。再生层钍232(Th)俘获一个中子后会变成钍233(Th)，钍233(Th)不稳定，经过多次β衰变转化成易裂变铀233(U)。下列说法正确的是(　　)
A．钍232和铀233的半衰期不相同
B．β衰变中的电子是来源于原子核外的电子
C．钍232有90个中子，142个质子
D．铀233的裂变方程可能为U＋n→Ba＋Kr＋2n
解析：选A。不同原子核的半衰期不同，A正确；β衰变释放的电子来源于原子核，B错误；钍232的质子数为90，中子数为142，C错误；裂变方程应满足质子数和质量数守恒，该方程不满足，D错误。
12．(8分) U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出200 MeV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？(元电荷的电荷量e＝1.6×10-19 C，铀235的摩尔质量为235 g/mol，阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol-1)
解析：核电站每一天的发电量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核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
n＝
＝(个)＝1.35×1024(个)
故核电站每一天需要的纯铀235的质量
m＝·M＝×235×10-3 kg
≈0.527 kg。
答案：0.527 kg
13．(12分)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。
(1)若1 g氢完全聚变，能释放多少焦能量？(6分)
(2)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，质量亏损为1 u时，释放的能量为 931.5 MeV，阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol-1，结果均保留3位有效数字)(6分)
解析：(1)核反应方程为4H→He＋2e
所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008 142 u－4.001 509 u－2×0.000 549 u＝0.029 961 u
根据质能方程有ΔE＝Δmc2＝0.029 961×931.5 MeV≈27.91 MeV≈4.47×10-12 J
1 g氢完全聚变释放的能量E＝×6.02×1023×4.47×10-12 J≈6.73×1011 J。
(2)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于煤完全燃烧的质量m＝ kg≈2.00×104 kg。
答案：(1)6.73×1011 J　(2)2.00×104 kg(共49张PPT)
第2节　放射性元素的衰变
学习目标
1．知道放射现象的实质是原子核的衰变；知道两种衰变的基本性质，掌握原子核的衰变规律。
2．会用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义。会利用半衰期解决相关问题。
3．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。
4．了解放射性在生产和科学领域的应用。知道射线的危害及防护。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、原子核的衰变
1．定义：原子核自发地放出______或______，则核电荷数变了，变成另一种______，这种变化称为原子核的衰变。
2．衰变分类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变。
(2)β衰变：放出β粒子的衰变。
α粒子
β粒子
原子核
4．衰变规律
(1)原子核衰变时______和______都守恒。
(2)γ射线经常是伴随α衰变或β衰变产生。
电荷数
质量数
二、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，叫作这种元素的半衰期。
2．决定因素
放射性元素衰变的快慢是由__________的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。不同的放射性元素，半衰期____。
半数
核内部自身
不同
三、核反应
1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生________或者发生状态变化的过程。
2．原子核的人工转变
______用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生了一个质子。
新原子核
卢瑟福
质量数
电荷数
四、放射性同位素及其应用
1．定义：很多元素都存在一些具有______的同位素，称为放射性同位素。
2．放射性同位素的应用
(1)应用射线可以测厚度、医疗方面的________、照射种子培育优良品种、食品保鲜等。
(2)示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于____原子。
放射性
放射治疗
示踪
五、辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境中，____的射线对人体组织有破坏作用。要防止__________对空气、水源、用具等的污染。
过量
放射性物质
判断下列说法是否正确。
(1)原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4。(　　)
(2)原子核发生β衰变时，原子核的质量不变。(　　)
(3)原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒。(　　)
(4)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。(　　)
(5)半衰期可以通过人工进行控制。(　　)
√
×　
√
×　
×　
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　原子核的衰变
原子核α衰变的实质是放出一个氦原子核，β衰变的实质是放出一个电子。试探究：
(1)放射性元素能不能一次衰变同时产生α射线和β射线？
[提示]　不能，一次衰变只能是α衰变或β衰变，不能同时发生α衰变和β衰变。
(2)γ射线又是怎样产生的？
[提示]　放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。
√
√
角度2　衰变粒子在磁场中的运动
在垂直于纸面向外的匀强磁场中，某静止的原子核发生了α或β衰变，衰变后α或β粒子和反冲核的轨迹如图所示，两图中大圆和小圆的半径之比均为45∶1，下列说法正确的是(　　)
A．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
B．升高温度或增大压强可以改变原子核的半衰期
C．甲图是β衰变的轨迹，乙图是α衰变的轨迹
D．甲图可能表示46号元素发生了衰变，乙图可能表示92号元素发生了衰变
√
[解析]　一个原子核在一次α衰变中同时放出α和γ两种射线，一个原子核在一次β衰变中同时放出β和γ两种射线，A错误；
升高温度或增大压强都不能改变原子核的半衰期，B错误；
根据左手定则可知，甲图是β衰变的轨迹，乙图是α衰变的轨迹，C正确；
√
√
知识点二　半衰期和放射性同位素的应用
美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳－14计年法”，并因此荣获了1960年的诺贝尔奖。利用“碳－14计年法”可以估算出始祖鸟化石形成的年代。
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟化石形成的年代？
[提示]　半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。能够运用它来计算始祖鸟化石形成的年代是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。
(2)若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确？为什么？
[提示]　这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变。
(3)半衰期的影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，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)适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核。
2．放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线
①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等。
③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。
(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。
角度1　半衰期的理解
(2025·甘肃白银市期末)考古鉴定古木的年代通常采用的是碳14测年法，植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变，生命活动结束后，14C的比例会持续减少。已知14C发生衰变后变为14N，半衰期约为5 730年。现测量某古木样品中14C的比例，发现其正好是现代植物样品中14C比例的四分之一。下列说法正确的是(　　)
A．再过约5 730年，该样品中的14C将全部衰变
B．该古木生命活动结束的年代距今约11 460年
C．14C衰变为14N是α衰变
D．随着环境和气候的变迁，14C的半衰期可能会发生变化
√
[解析]　经过一个半衰期，该样品中14C的比例将变为原来的二分之一，不会全部衰变，A错误；
14C衰变为14N是β衰变，C错误；
样品所处环境和气候发生变化，不会改变14C的半衰期，D错误。
√
√
原子核的人工转变
知识点三　原子核的人工转变和核反应方程
条件 用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变
实质 用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变
规律 (1)质量数、电荷数守恒；(2)动量守恒
√
√
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
√
解析：由质量数和电荷数守恒有10＋1＝a＋4，5＋0＝3＋b，解得a＝7，b＝2。
√
3．(衰变粒子在磁场中的运动)正电子是电子的反粒子，与电子质量相同，带等量正电荷。在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图中1、2、3所示。下列说法正确的是(　　)
A．磁场方向垂直于纸面向里
B．轨迹1对应的粒子运动速度越来越大
C．轨迹2对应的粒子初速度比轨迹3的大
D．轨迹3对应的粒子是正电子
解析：根据题图可知，1和3粒子的转动方向一致，则1和3粒子为电子，2为正电子，电子带负电且顺时针转动，根据左手定则可知磁场方向垂直于纸面向里，A正确，D错误；
粒子在云室中运行，洛伦兹力不做功，而轨迹1的半径越来越小，则粒子受到云室内填充物质的阻力作用，粒子速度越来越小，B错误；
√
解析：元素的半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态和化学状态均无关，故A错误；
钚238衰变产生的α射线的电离本领比γ射线强，故C错误；(共22张PPT)
课后达标检测
√
解析：根据原子核的表示方法得核电荷数＝核内质子数＝67，核内中子数为166－67＝99，故C正确，A、B、D错误。
√
2．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更有启发性。以下符合物理发展史实的是(　　)
A．汤姆孙通过对天然放射性现象的研究发现了电子
B．玻尔进行了α粒子散射实验并提出了著名的原子核式模型
C．约里奥-居里夫妇用α粒子轰击金属铍发现了中子
D．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，并预言了中子的存在
解析：汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子；卢瑟福进行了α粒子散射实验并提出了著名的原子核式模型；查德威克用α粒子轰击金属铍发现了中子；卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，并预言了中子的存在；故D正确。
3．天然放射现象通常会放出三种射线，即α、β、γ射线，关于这三种射线，以下说法正确的是(　　)
A．云室中α射线径迹长而粗，这是因为α射线具有较强的穿透能力
B．β射线是高速质子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板
C．γ射线是能量很高的电磁波，在电场和磁场中都不偏转
D．用β射线照射带正电的验电器，则验电器的张角会变大
√
解析：由于α粒子的电离本领大，贯穿本领小，所以α射线在云室中的径迹粗而短，故A错误；
β射线是高速电子流，这种射线来源于原子核内部，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板，故B错误；
γ射线是能量很高的电磁波，因其不带电，所以在电场和磁场中都不偏转，故C正确；
β射线是高速电子流，用β射线照射带正电的验电器，与验电器中的正电荷中和，则验电器的张角会变小，故D错误。
√
解析：17表示O原子的中子数与质子数之和即核子数，故D正确，A、B、C错误。
√
5．天然放射性元素放出的α、β、γ射线中(　　)
A．三种射线的速度相同
B．α射线的穿透本领最强
C．β射线的本质是高速运动的电子流
D．γ射线在真空中的速度比X射线的大
解析：α射线的速度可达0.1c，β射线的速度可达0.99c，γ射线的速度为c，故A错误；
三种射线中，α射线的穿透本领最弱，故B错误；
β射线的本质是高速运动的电子流，故C正确；
γ射线和X射线都是电磁波，它们在真空中的速度相同，故D错误。
√
√
7．(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法正确的有(　　)
A．打在荧光屏上a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线
B．α射线和β射线的轨迹是抛物线
C．α射线和β射线的轨迹是圆弧
D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b
√
√
解析：A项氡核的质量数为222，质子数为86，A错误；
B项铍核的质量数为9，中子数为5，B错误；
质子数相同而中子数不同的原子核互称为同位素，即它们的质量数不同，C错误，D正确。
9．α、β、γ三种射线穿透能力的示意图如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．甲为α射线，它的贯穿能力和电离能力都很弱
B．乙为β射线，它是由原子核外的电子电离后形成的高速电子流
C．丙为γ射线，它在真空中的传播速度是3.0×108 m/s
D．以上说法都不对
√
解析：α射线贯穿能力很弱，电离作用很强，一张纸就能把它挡住；β射线能贯穿几毫米厚的铝板，电离作用较弱；γ射线穿透本领最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。α射线电离作用强，A错误。
三种射线都来自原子核，B错误。
γ射线是一种电磁波，在真空中的传播速度是3.0×108 m/s，C正确，D错误。
10．(2025·重庆北碚区期末)如图所示，在铅制盒子中存放有放射性元素铀，射线只能从盒子右侧面上的小孔射出，形成细细的一束。在射线经过的区域施加垂直于纸面向外的匀强磁场，发现射线分成了1、2和3三束，则(　　)
A．射线1带负电
B．射线2为γ射线，电离能力最强
C．射线3的粒子与光电效应现象中从金属板中逸出的带电粒子是同一种粒子
D．三束射线的穿透能力相同
√
解析：根据原子物理相关知识可知，天然放射现象可发出三种不同的射线：α射线、β射线和γ射线。根据左手定则判断粒子所受洛伦兹力的方向特性可知，射线1向下偏转，带正电，所以为α射线。射线2不偏转，不带电，所以为γ射线。射线3向上偏转，带负电，所以为β射线。由以上分析可知：射线1为α射线，带正电，A错误；
射线2为γ射线，电离能力很弱，B错误；
射线3为β射线，带负电，光电效应现象中从金属板中逸出的为核外电子，带负电，二者为同一种粒子，C正确；
三束射线穿透能力不同，2最强，3比较强，1最弱，D错误。
√
11．(多选)用α粒子照射充满氮气的云室，摄得如图所示的照片。下列说法正确的是(　　)
A．A是α粒子的径迹
B．B是α粒子的径迹
C．C是α粒子的径迹
D．C是质子的径迹
√
12．(14分)茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对航天员构成了很大的威胁。现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)。
(1)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线？(4分)
解析：由于α射线穿透能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线。
答案：用一张纸放在射线前即可除去α射线
(2)如图所示，余下的这束β和γ射线经过一个使它们分开的磁场区域，请在图上画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图。(4分)
解析：如图所示。
答案：见解析图　
(3)用磁场可以区分β和γ射线，但不能把α射线从γ射线束中分离出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8 000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速)(6分)
答案：见解析题组1　原子核的衰变
1．(2024·广西卷，T4)近期，我国科研人员首次合成了新核素锇-160( Os)和钨-156( W)。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
解析：选C。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。
2．核废料具有很强的放射性，需要妥善处理，下列说法正确的是(　　)
A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽
B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒
C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期
D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害
解析：选D。放射性元素的半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间，则放射性元素完全衰变殆尽的说法错误，故A错误；原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故B错误；放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，故C错误；过量放射性辐射包含大量的射线，对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，故D正确。
3．银河系中存在大量的铝同位素26Al，26Al核β衰变的衰变方程为Al→Mg＋e，测得26Al核的半衰期为72万年，下列说法正确的是(　　)
A．26Al核的质量等于26Mg核的质量
B．26Al核的中子数大于26Mg核的中子数
C．将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变
D．银河系中现有铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg
解析：选C。26Al和26Mg的质量数均为26，但是二者原子核中的质子数和中子数不同，所以质量不同，A错误；Al核的中子数为26－13＝13个，Mg核的中子数为26－12＝14个，B错误；半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，C正确；质量为m的26Al的半衰期为72万年，经过144万年为2个半衰期，剩余质量为m，不会全部衰变为26Mg，D错误。
题组2　衰变粒子在磁场中的运动
4．静止在匀强磁场中的碳14原子核发生衰变，放射出的粒子与反冲核的运动轨迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为7∶1，如图所示，那么碳14的衰变方程为(　　)
A．C→e＋B B．C→He＋Be
C．C→H＋B D．C→e＋N
解析：选D。原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相反，则知粒子带负电，所以该衰变是β衰变，此粒子是β粒子，符号为e；可得两带电粒子动量大小相等，方向相反，据动量守恒定律可得m1v1＝m2v2，带电粒子在匀强磁场中做圆周运动，满足qvB＝m，可得半径r＝，r与q成反比，由题意可得，大圆与小圆的半径之比为7∶1，则得粒子与反冲核的电荷量之比为1∶7，所以反冲核的电荷量为7e，电荷数是7，其符号为N，所以碳14的衰变方程为C→e＋N，故A、B、C错误，D正确。
5．如图所示，静止的氡原子核(Rn)在垂直于纸面的匀强磁场中，由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核，新核和粒子的运动径迹是两个在纸面内的外切圆。已知大圆与小圆直径之比是85∶1，则(　　)
A．该核反应方程是 Rn→Fr＋e
B．该核反应方程是Rn→At＋e
C．该核反应方程是Rn→ Po＋He
D．大圆轨迹是新核的，磁场方向垂直于纸面向里
解析：选B。设新核和粒子的质量分别为m1、m2，速度大小分别为v1、v2，电荷量分别为q1、q2。新核做圆周运动过程中洛伦兹力提供向心力，有q1v1B＝ eq \f(m1v,r1)，则新核做圆周运动的半径r1＝，同理可得，粒子做圆周运动的半径r2＝，静止的氡原子核由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核的过程动量守恒，则有m1v1＝m2v2，联立可得＝＝。由上述分析可知，轨迹半径与电荷量成反比，故小圆轨迹是新核的，大圆轨迹是粒子的，新核与粒子受力方向相反，速度方向也相反，由左手定则可知，新核与粒子电性相同，故二者均带正电，且电荷量之比为85∶1，磁场方向垂直于纸面向里，故A、C、D错误，B正确。
题组3　半衰期
6．已知钋210的半衰期时间为138天，若将0.16 g钋210随中国空间站在太空中运行276天，则剩余的钋210的质量约为(　　)
A．0.02 g B．0.04 g
C．0.08 g D．0.16 g
解析：选B。由半衰期公式m余＝m0()知，剩余钋的质量m余＝0.16 g×()＝0.04 g。
7．1898 年12 月居里夫妇发现了放射性比铀强百万倍的镭226，镭226 的半衰期为1 620年，镭226 衰变为氡222的方程为 Ra→Rn＋X。下列说法正确的是(　　)
A．该衰变为α衰变
B．该衰变为β衰变
C．增加环境温度可以使镭226 的半衰期变为810年
D．经过3 240年，100 个镭226 中将有75 个镭226 发生衰变
解析：选A。根据电荷数和质量数守恒，可知X为He，为α衰变，故A正确，B错误；半衰期只跟原子核内部结构有关，增加环境温度不能使镭226 的半衰期变为810年，故C错误；半衰期是大量统计得到的数值，对少量原子核不适用，所以经过3 240年，100 个镭226 中不一定将有75 个镭226 发生衰变，故D错误。
题组4　放射性同位素
8．(2025·贵州铜仁市期末)2024年12月5日，贵州省人民医院“核医学诊疗工作推进示范项目”通过了中华医学会核医学分会专家组的验收。贵州省人民医院核医学诊疗工作推进示范项目之一是“锶-90敷贴治疗”。利用锶-90(Sr)发生β衰变放出的射线治疗某些皮肤疾病。关于Sr的β衰变，以下说法正确的是(　　)
A．β射线的穿透能力比γ射线的穿透能力强
B．β射线来源于原子核外部的电子
C．β衰变后产生的新核的原子序数为39
D．由于电子质量数为零，β衰变后产生的新核与Sr互为同位素
解析：选C。β射线的穿透能力比γ射线的穿透能力弱，故A错误；发生β衰变时，原子核内部中子转变为质子，并释放出一个电子，质子数增加，则Sr发生β衰变后产生的新核的原子序数为39，故B错误，C正确；β衰变后产生的新核质子数大于Sr的质子数，则新核与Sr不是同位素，故D错误。
题组5　原子核的人工转变和核反应方程
9．(2024·江苏卷，T3)用粒子轰击氮核从原子核中打出了质子，该实验的核反应方程式是X＋ N→H＋ C，粒子X为(　　)
A．正电子e B．中子n
C．氘核H D．氦核
解析：选B。根据质量数守恒可知X的质量数m＝14＋1－14＝1，根据电荷守恒可知X的电荷数n＝6＋1－7＝0，可知X为中子n。
10．如图所示的是国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)。该中子源为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应放出的粒子为中子的是(　　)
A．N俘获一个α粒子，产生 O并放出一个粒子
B．Al俘获一个α粒子，产生P并放出一个粒子
C． B俘获一个质子，产生Be并放出一个粒子
D．Li俘获一个质子，产生He并放出一个粒子
解析：选B。根据核反应中质量数和电荷数守恒可知，A选项中核反应方程为N＋He→O＋H，释放的是质子，故A错误；B选项中核反应方程为Al＋He→P＋n，释放的是中子，故B正确；C选项中核反应方程为B＋H→Be＋He，释放的是α粒子，故C错误；D选项中核反应方程为Li＋H→He＋He，释放的是He，故D错误。
11．(多选)放射性元素 U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成 Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成 Tl，X和 Tl最后都变成 Pb，衰变路径如图所示，则(　　)
A．a＝82，b＝211
B．a＝84，b＝206
C．Bi→X是α衰变，Bi→Tl是β衰变
D．X→Pb是α衰变， Tl→Pb是β衰变
解析：选BD。Bi经过一次衰变变化为X，质量数没有发生变化，为β衰变，即Bi→X＋e，解得a＝84，Bi经过一次衰变变化为 Tl，核电荷数少2，为α衰变，即Bi→ Tl＋He，解得b＝206，故A、C错误，B正确；因为X→Pb＋He，所以X→Pb是α衰变，又Tl→Pb＋e，所以Tl→Pb是β衰变，故D正确。
12．核污水中含有大量的氚、钡141、氪92、锶90等几十种放射性元素，其中难以被清除的同位素氚(H)半衰期为12.5年，可能引起基因突变，其衰变的核反应方程为H→He＋X，Sr的半衰期为28年，衰变的核反应方程为Sr→Y＋e，下列说法正确的是(　　)
A．X是e，Sr和H发生的均是β衰变
B．Y的核子数是90，中子数是39
C．随着海水温度的变化，Sr和H原子核的半衰期都会变短
D．4 g的Sr核经过56年会有1 g的Sr核发生衰变
解析：选A。根据核反应中质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为0，电荷数为－1，则为电子e，则氚核发生的是β衰变，由Sr衰变的核反应方程可知Sr发生的是β衰变，Y的核子数为90，中子数为90－39＝51，故A正确，B错误；半衰期取决于核内部自身的因素，与温度无关，故C错误；56年是Sr的两个半衰期，根据半衰期的定义，可知Sr核会有四分之三发生衰变，即有3 g Sr核发生衰变，故D错误。
13．(多选)碘131是可以口服的53号元素碘的放射性同位素，可用于治疗甲状腺功能亢进症，主要是利用其衰变释放的β射线杀死甲状腺细胞。人工合成碘131可用铀235作靶材料得到碘131，其核反应方程式为 U＋n→Y＋ I＋3n＋200 MeV，下列说法正确的是　(　　)
A．β射线实际上是高速电子流
B．I的原子核中含有78个中子
C．上述方程式中的Y原子核中含有105个核子
D．患者遵医嘱服用碘131后，经过2个半衰期，碘131的质量在体内减少了
解析：选AB。β射线实际上是带负电的电子流，A正确；根据质子、中子、核电荷数的关系可知I的原子核的中子数为78，B正确；根据核电荷数守恒可知，Y原子核中含有102个核子，C错误；经过2个半衰期，剩余碘131的质量为原来的，在体内减少了，D错误。
14．现代已知碳的同位素共有十五种，有碳8至碳22，其中碳12和碳13属于稳定型，碳14是宇宙射线透过空气时撞击氮原子核产生的，碳14是一种放射性的元素，衰变为氮14。图中包含碳14衰变相关信息，结合这些信息可以判定下列说法正确的是(　　)
A．碳14转变为氮14，衰变方式为β衰变
B．100个碳14原子核在经过一个半衰期后，一定还剩50个
C．若氮14生成碳14的核反应方程为N＋X→C＋H，则X为质子
D．当氮14数量是碳14数量的7倍时，碳14衰变所经历时间为22 920年
解析：选A。由核反应方程C→N＋e，可知碳14转变为氮14是β衰变，A正确；半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，即对个别或极少数原子核无半衰期可言，B错误；由核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可知，X为中子n，C错误；当氮14数量是碳14数量的7倍时，碳14数量占总原子核数量的，经过3个半衰期即17 190年，D错误。单元过关检测(五)
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。
1．贝克勒尔是最早发现衰变的科学家，在衰变过程中往往能放出α、β、γ三种射线，下列关于三种射线的说法正确的是(　　)
A．α射线的穿透性最弱
B．β射线的电离能力最强
C．γ射线带负电
D．三种射线均来自核外电子的跃迁
解析：选A。α射线的穿透性最弱，γ射线的穿透性最强；α射线的电离能力最强，γ射线的电离能力最弱，故A正确，B错误；α、β射线来自原子核的衰变，γ射线来自衰变后的新核从高能态向低能态跃迁，γ射线是一种电磁波，不带电，故C、D错误。
2．原子核U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核 Pb，在该过程中，可能发生的β衰变是　(　　)
A． Fr→Ra＋e
B． Bi→Po＋e
C． Ra→ Ac＋e
D． Po→ At＋e
解析：选A。原子核U衰变成为稳定的原子核Pb质量数减小了28，则经过了7次α衰变，中间生成的新核的质量数可能为231，227，223，219，215，211，则发生β衰变的原子核的质量数为上述各数，则B、C、D都不可能；根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A正确。
3．诺贝尔奖官方称居里夫人“笔记”仍具放射性，还将持续1 500年。关于放射性元素、衰变和半衰期，下列说法正确的是(　　)
A．一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，它的总质量仅剩下原来的四分之一
B．放射性元素的半衰期不仅与核内部本身因素有关，还与质量有关
C．一个放射性原子核，发生一次β衰变，则它质子数减少一个，中子数增加一个
D．同种放射性元素不论在化合物中还是单质中半衰期都一样
解析：选D。一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，其没有衰变的放射性元素的质量是原来放射性元素总质量的四分之一，而不是矿石的总质量变为原来的四分之一，故A错误；放射性元素的半衰期仅由核内部自身因素决定，与其他条件无关，故B错误；β衰变实质上是原子核内的一个中子变为一个质子同时释放出一个电子的过程，因此发生一次β衰变，质子数增加一个，中子数减少一个，故C错误；半衰期反映的是原子核的特性，跟元素的化学状态无关，故D正确。
4．2024年9月，苏州大学研究团队在《自然》杂志上发布了辐光伏微型核电池的最新研究成果。该电池不仅具有使核能向电能转换的超高效率，还拥有出色的稳定性和持久性。电池主要利用镅243( Am)的α衰变进行发电，则(　　)
A．α衰变释放出高速运动的电子
B．α衰变后产生的新核质量数为239
C．50个Am经过1个半衰期剩余25个
D．该反应要持续进行，镅核原料的体积必须大于临界体积
解析：选B。α粒子为He核，不是高速电子，故A错误；由于α粒子为He，根据核反应前后质量数守恒，可得243＝b＋4，解得b＝239，所以新核的质量数为239，故B正确；半衰期是对大量原子核的统计规律，对少量原子核不适用，故C错误；该反应是α衰变，不是核裂变反应，所以没有临界体积的要求，故D错误。
5．可控核聚变被誉为“人造太阳”和“人类的终极能源”，目前我国在可控核聚变发电方面取得重大进展，其核反应方程为4H→He＋2e＋2ν(ν是中微子)，该核反应(　　)
A．没有质量亏损
B．遵循动量守恒定律
C．可以在常温下进行
D．生成物中的中微子带正电
解析：选B。该核反应放出能量，根据爱因斯坦质能方程可知，反应后有质量亏损，故A错误；核反应过程中系统不受外力作用，遵循动量守恒定律，故B正确；核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，故C错误；根据电荷数守恒可知，生成物中的中微子不带电，故D错误。
6．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→Xe＋e，I的半衰期为8天，已知mI＝131.037 21 u，mXe＝131.031 86 u，me＝0.000 549 u，则下列说法正确的是(　　)
A．衰变产生的β射线来自I原子的核外电子
B．该反应前后质量亏损0.005 35 u
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
解析：选D。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；该反应前后质量亏损Δm＝mI－mXe－me＝131.037 21 u－131.031 86 u－0.000 549 u＝0.004 801 u，故B错误；放射性元素I发生的衰变为β衰变，故C错误；由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，75%的I原子核发生了衰变，故D正确。
7．关于放射性元素的衰变和核反应，以下说法完全正确的一项是(　　)
A．γ射线是波长很短的电磁波，与α射线和β射线相比，其穿透能力是最弱的
B．碳14的半衰期为5 730年，则100个碳14原子在11 460年后还剩下25个
C．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的核反应方程为N＋He→O＋H
D．β衰变释放的电子来自原子核，其实质是核内的质子转化为中子和电子
解析：选C。γ射线是波长很短的电磁波，与α射线和β射线相比，其穿透能力是最强的，故A错误；半衰期是大量原子核的统计学规律，对于少量原子核不成立，故B错误；卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的核反应方程为N＋He→O＋H，故C正确；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化为质子和电子所产生的，故D错误。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求。全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。
8．1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子(He)轰击氮原子核(N)，从氮原子核中打出了质子(H)，并得到氧原子核，如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该氧原子核的电荷数为7
B．该氧原子核的中子数为9
C．该氧原子核的质量数为17
D．该氧原子核的质量数为18
解析：选BC。根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可得反应方程为He＋N→H＋O，可知该氧原子核的电荷数为8，该氧原子核的质量数为17，则该氧原子核的中子数为17－8＝9。
9．目前，我们学习过的核反应有4种类型：衰变、核裂变、核聚变和人工转变。下列核反应方程类型正确的是(　　)
A．核聚变：N＋He→O＋H
B．β衰变：Th→Pa＋e
C．核裂变：U＋n→Ba＋Kr＋3n
D．原子核的人工转变：H＋H→He＋n
解析：选BC。核反应N＋He→O＋H是实验室内用α粒子轰击氮14原子核产生的核反应，属于原子核的人工转变，故A错误；核反应Th→Pa＋e是钍234原子核的β衰变，衰变时原子核放出一个电子，同时增加一个质子，故B正确；核反应U＋n→Ba＋Kr＋3n是铀235原子核俘获慢中子后的裂变反应，故C正确；核反应H＋H→He＋n是典型的轻核聚变反应，故D错误。
10．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核(X)发生了一次α衰变。放射出的α粒子(He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下列说法正确的是(　　)
A．新核Y在磁场中做圆周运动的半径RY＝R
B．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小I＝
C．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损Δm＝
D．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中的运动轨迹正确的是图丙
解析：选ABC。根据题意，由动量守恒定律可知，新核Y与α粒子的动量大小相等，由洛伦兹力提供向心力有qvB＝m，可得圆周运动的半径公式R＝，则有＝，故A正确；圆周运动的周期T＝，环形电流I＝＝，故B正确；对α粒子，由洛伦兹力提供向心力有qvB＝m，可得v＝，由质量关系可知，衰变后新核Y的质量M＝m，由衰变过程动量守恒可得Mv′－mv＝0，可知v′＝v，系统增加的能量ΔE＝Mv′2＋mv2，由质能方程得ΔE＝Δmc2，联立可得Δm＝，故C正确；由衰变过程动量守恒可知，衰变后α粒子与新核Y运动方向相反，由圆周运动的半径公式R＝可知，α粒子半径大，由左手定则可知两粒子圆周运动方向均为逆时针，故题图丁正确，故D错误。
三、非选择题：本题共6小题，共54分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
11．(6分)福建福清核电站采用我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了世界最高安全级别的机组。机组利用235U核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为n＋U→ Ba＋Kr＋3n，则A＝______，Z＝________；若核反应过程中质量亏损1 g，释放的能量为________J。(光速大小取3.0×108 m/s)
解析：根据核反应前后质量数守恒有1＋235＝141＋A＋3，解得A＝92；根据核反应前后电荷数守恒有92＝Z＋36，解得Z＝56；根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中释放的能量E＝Δmc2 ＝ 1×10-3×9.0×1016 J＝9×1013 J。
答案：92　56　9×1013
12．(8分)完成下列核反应方程，并说明下列核反应属于哪一类(衰变、人工转变、裂变、聚变)。
U→Th＋________，________
H＋H→________＋n，________
He＋Be→________＋n，________
U＋________→Ba＋Kr＋3n，________
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为U→Th＋He，这属于α衰变。核反应方程为H＋H→He＋n，这属于核聚变。核反应方程为He＋Be→C＋n，这属于人工转变。核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，这属于重核裂变。
答案：He　衰变　He　聚变　C　人工转变　n　裂变
13．(8分)一个 Po原子核释放一个α粒子变为Pb核，放出的核能为E。已知Po核的质量为m1，He核的质量为m2，真空中的光速为c。
(1)写出该衰变的核反应方程。(4分)
(2)求Pb核的质量。(4分)
解析：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可得该衰变的核反应方程
Po→He＋ Pb。
(2)损失的质量
Δm＝m1－m2－m
根据质能方程
E＝Δmc2
联立可得
m＝m1－m2－。
答案：(1) Po→He＋Pb　(2)m1－m2－
14．(8分)铀238的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2 kg铀238。
(1)经过45亿年后还剩下多少铀238？假设发生衰变的铀238均变成了铅206，则此矿石中含有多少铅？(4分)
(2)若测出某块矿石中的铀、铅含量比为119∶309，求此矿石的年龄。(4分)
解析：(1)45亿年即4.5×109年，由m＝m0知剩余的铀238质量m＝2×kg＝1 kg，在此45亿年中将有1 kg铀238发生衰变并获得了铅206，故有m1＝(m0－m)，则m1＝ kg≈0.866 kg，即矿石中含有铅0.866 kg。
(2)设此矿石中铀238原来的质量为m0′，此矿石的年龄为t′，则现在剩余的铀238的质量m′＝m0′，那么在时间t′内发生了衰变的铀238的质量为m0′－m′＝m0′，设铅206的质量为mx，则＝，即mx＝m0′，所以现在矿石中的铀、铅含量之比＝＝，解得t＝2τ＝90亿年。
答案：(1)1 kg　0.866 kg　(2)90亿年
15．(12分)已知氘核H的质量为m1，中子n的质量为m2，He的质量为m3，真空中的光速为c。
(1)写出两个氘核H聚变为一个He的核反应方程，并计算释放的能量。(6分)
(2)质量为M的氘核H完全聚变为He，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的能量？(已知煤的热值为q，题中所用物理量的单位均为国际单位制单位)(6分)
解析：(1)核反应方程为
H＋H→He＋n
核聚变前后的质量亏损
Δm＝2m1－(m2＋m3)
根据爱因斯坦质能方程，释放的能量
ΔE＝Δmc2
解得ΔE＝(2m1－m2－m3)c2。
(2)质量为M的氘所含氘核数N＝
完全聚变为He所释放的能量
E＝(2m1－m2－m3)c2
又E＝mq
联立解得，相当于完全燃烧
m＝(2m1－m2－m3)c2的煤放出的能量。
答案：(1)H＋H→He＋n　(2m1－m2－m3)c2
(2)(2m1－m2－m3)c2
16．(12分)利用钚238发生衰变释放的能量可制造电池，核电池随嫦娥三号软着陆月球，并用于嫦娥三号的着陆器和月球车上。一个静止的钚核Pu(原子质量为m1)放出一个X粒子(原子质量为m2)后，衰变成铀核U(原子质量为m3)。已知光速为c。
(1)判断X是什么粒子，并写出钚核的衰变反应方程。(4分)
(2)计算该衰变反应中释放出的核能。(4分)
(3)若释放的核能全部转化为新核和X粒子的动能，则X粒子的动能为多少？(4分)
解析：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可判断X粒子质量数为4，电荷数为2，则知X是α粒子，其核反应方程为Pu→U＋He。
(2)根据爱因斯坦质能方程可知，释放的能量
E＝c2。
(3)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可得Ek＝∝，设α粒子的动能为Ek1，则铀核的动能为Ek1，则有Ek1＋Ek1＝E，解得Ek1＝(m1－m2－m3)c2。
答案：(1)α粒子　Pu→U＋He
(2)c2　(3)c2第3节　核力与结合能
　
1．了解四种基本相互作用，知道核力的性质。
2．知道原子核的结合能和比结合能的概念。
3．知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算。
一、核力与四种基本相互作用
1．万有引力：引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现。
2．电磁相互作用：电荷间的相互作用、磁体间的相互作用，从本质上说是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用称为电磁相互作用或电磁力。它也是自然界的一种基本相互作用。宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等等，都起源于这些电荷之间的电磁相互作用。
3．强相互作用：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，这种作用称为强相互作用。它的作用范围只有约10-15 m，超出这个界限，该力实际上已经不存在了，它是短程力。
4．弱相互作用：在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强相互作用更短，只有10-18 m。
二、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，也需要能量，这就是原子核的结合能。
2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
三、质量亏损
1．质能方程
物体的能量与它的质量的关系：E＝mc2。
2．质量亏损
原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。
判断下列说法是否正确。
(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡。　(　　)
(2)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。(　　)
(3)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。　(　　)
(4)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量。　(　　)
(5)比结合能越大，原子核越稳定。(　　)
(6)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√
知识点一　对核力的理解
1．核力的性质
(1)核力是四种基本相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现。
(2)核力是短程力。约在10-15 m数量级时起作用，距离大于0.8×10-15 m时表现为引力，距离小于 0.8×10-15 m 时表现为斥力，距离超过1.5×10-15 m时核力几乎消失。
(3)核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
(4)核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。
2．原子核中质子与中子比例关系
(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。
(2)形成原因
①若质子与中子成对地放在一起，人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。
②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的原子核中子数要比质子数多。
③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核， 一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。
　(多选)对于核力与四种基本相互作用，以下说法正确的是(　　)
A．核力是弱相互作用力，作用力很小
B．核力是强相互作用的表现，是强力
C．核力使核子紧密结合为稳定的原子核
D．核力是万有引力在短距离内的表现
[解析]　核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围约10-15m，B正确，A、D错误；核力使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，C正确。
[答案]　BC
知识点二　结合能和比结合能
　
1．结合能就是原子核具有的能量吗？
2．原子核的结合能越大，其比结合能也越大吗？
[提示]　1.不是。结合能是要把原子核分开成核子时吸收的能量，并不是原子核具有的能量，因为拆分后的核子仍然具有能量。
2．不一定。结合能是核子结合成原子核放出的能量或原子核拆散成核子吸收的能量，而比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量或原子核拆散成核子时每个核子平均吸收的能量，结合能大的原子核，比结合能不一定大；结合能小的原子核，比结合能不一定小。
1．对结合能的理解
(1)结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。
(2)由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量。
2．比结合能曲线
不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如图所示。
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的要小。
3．比结合能与原子核稳定的关系
(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。
(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。
角度1　原子核的结合能
　下列关于结合能和比结合能的说法正确的是(　　)
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量的原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
[解析]　核子结合成原子核要放出能量，原子核拆解成核子要吸收能量，将原子核拆解成核子所吸收的能量或核子结合成原子核所放出的能量叫结合能，故A错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，中等质量的原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，故B错误；重核与中等质量的原子核相比较，重核的结合能大，而比结合能比较小，故C错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的核子数又比轻核的多，所以结合能也比轻核的大，故D正确。
[答案]　D
　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。已知中国“人造太阳”中的核反应方程是H＋H―→He＋n＋17.6 MeV，H的比结合能为1.09 MeV，H的比结合能为2.78 MeV，由此可知He的比结合能为(　　)
A．7.03 MeV　　　　　 B．5.56 MeV
C．4.36 MeV D．3.87 MeV
[解析]　设He的比结合能为E1，核反应释放的能量等于生成物的结合能与反应物的结合能之差，有17.6 MeV＝ΔE＝4E1－(2×1.09 MeV＋3×2.78 MeV)，解得E1＝7.03 MeV，故A正确。
[答案]　A
角度2　比结合能图像的理解
　恒星之所以长期发光是因为在恒星内部会发生一系列的核反应生成：氦(He)、碳(C)、氧(O)、氖(Ne)、镁(Mg)、硅(Si)、硫(S)、钙(Ca)、铁(Fe)等。结合图像，判断下列说法正确的是(　　)
A．比结合能越大，原子核越不稳定
B．碳核的比结合能比氧核的比结合能大
C．3He核子的平均质量比2H核子的平均质量小
D．氦核的结合能比碳核的结合能大
[解析]　原子核的比结合能越大，核子的平均质量越小，原子核越稳定，由题图可知，3He核子的平均质量比2H核子的平均质量小，故A错误，C正确；由题图可知，碳核的比结合能比氧核的比结合能小，故B错误；比结合能是原子核的总结合能与核子数的比值，碳核的比结合能比氦核大，核子数比氦核大，故碳核的结合能比氦核大，故D错误。
[答案]　C
知识点三　质能方程和核能的计算
　
1．质量亏损是不是这部分质量消失了或转变为能量了呢？
2．爱因斯坦质能方程是说明质量和能量可以相互转化吗？
[提示]　1.不是。物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，并不是这部分质量消失了或转变为能量。
2．不是。爱因斯坦质能方程说明了质量和能量这两个物理量间的对应关系，说明有质量就有能量，并不是说质量转化为能量。
1．质量亏损
所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。
2．质能方程E＝mc2
(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系。
(2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。
3．核能的计算
(1)根据质量亏损计算
①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm。
②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。
其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。
(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算
根据1 u相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV。
　(多选)1905年，爱因斯坦发表狭义相对论时提出了质能方程E＝mc2，质能方程的正确性已被大量的实验所证实，并为现代核能的研究和应用提供理论指导，具有深刻意义并发挥出巨大的作用。下列关于质能方程的说法正确的是(　　)
A．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量
B．根据质能方程可知，在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律
C．E＝mc2中的E是核反应中释放的核能
D．E＝mc2中的E为质量为m的物体所对应的能量
[解析]　根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量，故A正确；在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，故B正确；质能方程E＝mc2中的E表示质量为m的物体所对应的能量，故C错误，D正确。
[答案]　ABD
　(2025·河南平顶山月考)铝的合金质量较轻而强度较高，因而在制造飞机、汽车、火箭中被广泛应用。铝的元素符号是Al，Al核的衰变方程为Al→Mg＋X，其半衰期为72万年，Al、Mg的比结合能分别为E1、E2，下列说法正确的是(　　)
A．Al和Mg的质量数均为26，两者质量相等
B．X是电子，来源于原子核外电子
C．该核反应中释放的能量为26(E2－E1)
D．经过144万年的时间，8个Al原子核中有6个已经发生了衰变
[解析]　Al和Mg的质量数均为26，但是核反应放出能量，质量亏损，所以质量不同，A错误；根据质量数和核电荷数守恒，可知X为正电子，是电子的反粒子，B错误；核反应中释放的能量ΔE＝26(E2－E1)，故C正确；根据半衰期的定义可知，半衰期规律仅针对大量原子核，对于少量不适用，D错误。
[答案]　C
　(2025·宁夏固原市期末)一个锂核(Li)受到一个质子(H)的轰击，变成两个α粒子。已知一个氢原子核的质量是1.673 6×10-27 kg，一个锂核的质量是11.650 5×10-27 kg，一个氦核的质量是6.646 6×10-27 kg，光速c＝3×108 m/s。
(1)写出这一过程的核反应方程，计算过程中的质量亏损。
(2)计算这一过程中所释放的核能。
[解析]　(1)这一过程的核反应方程为
Li＋H→2He
质量亏损Δm＝mLi＋mH－2mα
代入数据可得Δm＝3.09×10-29 kg。
(2)释放核能
ΔE＝Δmc2＝3.09×10-29×(3×108)2 J＝2.781×10-12 J。
[答案]　(1)Li＋H→2He　3.09×10-29 kg
(2)2.781×10-12 J
　一个静止的放射性原子核X发生了一次α衰变变成新核Y，放射出的α粒子的质量为m，速度的大小为v，真空中的光速为c。
(1)写出该α衰变方程。
(2)若该原子核发生衰变后的新核质量为M，求衰变后新核的速度大小。
(3)设该衰变过程释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能，求衰变过程的质量亏损Δm。
[解析]　(1)根据质量数守恒和核电荷数守恒可得，该α衰变方程为X→Y＋He。
(2)由动量守恒定律0＝Mv′－mv可得衰变后新核的速度大小v′＝。
(3)由能量守恒定律可知，该衰变过程释放的核能ΔE＝Mv′2＋mv2＝
根据爱因斯坦质能方程
ΔE＝Δmc2
可得衰变过程的质量亏损为
Δm＝。
[答案]　(1)X→Y＋He　(2)
(3)
1．(对核力的理解)(多选)对核力的认识，下列说法正确的是(　　)
A．任何核子之间均存在核力
B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用
C．核力只存在于质子之间
D．核力只发生在相距1.5×10-15 m的核子之间，大于0.8×10-15 m为吸引力，而小于0.8×10-15 m为斥力
解析：选BD。由核力的特点知道，只有相距1.5×10-15 m内的核子之间存在核力，核力发生在相邻核子之间。
2．(结合能的理解)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核结合能约为7 MeV
B．He核结合能比Li核结合能更大
C．两个H结合成He时释放能量
D．U中核子的平均质量比Kr中核子的平均质量小
解析：选C。由题图可知，He核的比结合能约为7 MeV，氦核的核子数为4，因此结合能约为4×7 MeV＝28 MeV，故A错误；由题图可知，Li核比结合能约为5 MeV，则Li核结合能约为6×5 MeV＝30 MeV，可知He核结合能比Li核结合能小，故B错误；两个H结合成He时，产生聚变反应，有质量亏损，由质能方程可知释放能量，故C正确；由题图可知，U中核子的比结合能比Kr中核子的比结合能小，由于平均质量越小的原子核，其比结合能越大，因此U中核子的平均质量比Kr中核子的平均质量大，故D错误。
3．(质能方程和核能的计算)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，该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X＋Mg→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
解析：选D。根据核反应质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，为氕核H，A、B错误；根据质能方程可知，该反应中释放的能量E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2，C错误，D正确。
4．(质能方程和核能的计算)某实验装置内的核反应方程为H＋H→He＋n。已知质子的质量为mp，中子的质量为mn，H、H、He原子核的质量分别为m1、m2、m3，光在真空中的速度为c。下列说法正确的是(　　)
A．核聚变在常温下即可进行
B．He的结合能小于H的结合能
C．1个H、1个H聚变释放的能量为[(m1＋m2)－m3]c2
D．He的结合能为[(2mp＋2mn)－m3]c2
解析：选D。在很高的温度下原子核才能克服巨大的库仑斥力，使它们之间的距离达到10-15 m以内，以使核力起作用，从而发生核聚变，A错误；由核子数越多结合能越大，可知He的结合能大于H的结合能，B错误；1个H、1个H聚变释放的能量ΔE＝Δmc2＝[(m1＋m2)－m3－mn]c2，C错误；将核子结合为原子核时所释放的能量即为结合能，He中有两个质子和两个中子，它们结合为He时，质量亏损Δm＝2mp＋2mn－m3，可知He的结合能ΔE＝Δmc2＝[(2mp＋2mn)－m3]c2，D正确。(共49张PPT)
第4节　核裂变与核聚变　
第5节　“基本”粒子
学习目标
1．知道重核的裂变反应和链式反应的发生条件。　2.了解核反应堆的类型，知道核电站的工作模式。　3.知道核聚变反应，关注受控核聚变反应研究的进展。　4.会分析和计算核裂变和核聚变过程释放的核能。　5.初步了解粒子物理学的基础知识。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、核裂变的发现
1．核裂变：重核被____轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程。
中子
3．链式反应
(1)由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的________。
(2)通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的________，相应的质量叫作________。
链式反应
临界体积
临界质量
二、反应堆与核电站
1．核反应堆：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为________。
2．慢化剂：反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有____、____和______。
3．控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，镉吸收____的能力很强，当反应过于激烈时，可将其插入__一些，多吸收一些____，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作______。
核反应堆
石墨
重水
普通水
中子
深
中子
控制棒
4．核污染的处理
为避免____对人体的伤害和__________对水源、空气和工作场所造成放射性污染，因此在反应堆的外面需要修建很厚的______，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的______，需要装入特制的容器，________。
射线
放射性物质
水泥层
放射性
深埋地下
三、核聚变
1．定义：两个轻核结合成________的核，这样的核反应叫作核聚变。
3．条件
(1)轻核的距离要达到_________以内。
(2)需要加热到很高的____，因此核聚变又叫________。
质量较大
10-15m
温度
热核反应
4．优点
(1)轻核聚变__________。
(2)地球上____________储量丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要。
(3)轻核聚变更为安全、清洁。
5．约束方法：______和惯性约束。
产能效率高
核聚变燃料氘
磁约束
四、发现新粒子
1．新粒子：1932年发现了______，1937年发现了____，1947年发现了______和______。后来还发现了超子等。
2．反粒子：实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子____，而电荷等其他性质____，这些粒子叫作反粒子。例如，电子的反粒子就是______。
正电子
μ子
K介子
π介子
相同
相反
正电子
五、粒子的分类
1．强子：强子是____强相互作用的粒子。____和____都是强子。
2．轻子：轻子______强相互作用。最早发现的轻子是____。
3．规范玻色子：规范玻色子是____各种相互作用的粒子。光子传递____相互作用，中间玻色子传递__相互作用，胶子传递__相互作用。
4．希格斯玻色子：希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。
参与
质子
中子
不参与
电子
传递
电磁
弱
强
√
×　
判断下列说法是否正确。
(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。(　　)
(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。(　　)
(3)控制棒是通过吸收中子的多少来控制链式反应速度的。(　　)
(4)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些。(　　)
(5)质子、中子和电子都是不可再分的基本粒子。(　　)
(6)质子和反质子的电荷量相同，电性相反。　(　　)
√
×　
×　
√
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　重核的裂变
图为重核裂变的链式反应。
试探究：(1)什么是链式反应？
[提示]　由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程叫作核裂变的链式反应。
(2)链式反应中的临界体积和临界质量分别指什么？
[提示]　核裂变物质能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫临界质量。
1．铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
2．链式反应的条件
(1)铀块的体积大于临界体积。
(2)铀块的质量大于临界质量。
以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足。
3．裂变反应的能量
铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。
√
√
[解析]　根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程中的x＝56，y＝92，故A错误；
根据爱因斯坦的质能方程有ΔE＝Δmc2＝(235.043 9 u＋1.008 7 u－140.913 9 u－91.897 3 u－3×1.008 7 u)c2，解得ΔE≈3.2×10-11 J，故D错误。
[解析]　由衰变方程可知，一次衰变释放的核能ΔE＝55 MeV＝55×106×1.6×10-19 J＝8.8×10-12 J
由爱因斯坦质能方程可得ΔE＝Δmc2
解得亏损的质量Δm≈9.8×10-29 kg。
[答案]　9.8×10-29 kg
依题意可得Ekα＋EkTh＝ΔE＝55 MeV
解得Ekα≈54 MeV。
[答案]　54 MeV
[解析]　根据ΔE＋232×EU＝228×ETh＋4×Eα
已知EU＝7.38 MeV，ETh＝7.50 MeV
解得Eα＝14.29 MeV。
[答案]　14.29 MeV
知识点二　核电站的工作原理
慢中子反应堆的示意图如图所示。
试探究：(1)铀235是容易吸收快中子还是慢中子后发生裂变反应？
[提示]　慢中子。
(2)如何控制核裂变反应的激烈程度？
[提示]　控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，反之，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些。
1．反应堆工作原理
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源。铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变。慢化剂附在铀棒周围。
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。
发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。
2．核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少。
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。
(3)对环境的污染要比火力发电小。
　我国玲龙一号(ACP100)是全球首个陆上商用模块化小型核反应堆，被称为“核能移动充电宝”，可以作为我国将来的核动力航母的动力和电能来源。下列说法正确的是(　　)
A．玲龙一号核反应堆的核燃料取自海水中的氘
B．玲龙一号原理利用轻核的聚变释放核能
C．玲龙一号利用重核裂变释放的核能来发电
D．玲龙一号利用比结合能大的核变成比结合能小的核来获得核能
√
[解析]　玲龙一号利用重核的裂变释放的核能来发电，用中子轰击铀核裂变成中等质量的核，同时放出几个中子，故A、B错误，C正确；
中等质量的核比结合能最大，则玲龙一号是利用比结合能小的核变成比结合能大的核来获得核能的，故D错误。
1．核聚变发生的条件
要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10-15 m以内，这要克服电荷间强大的库仑斥力，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。
2．轻核聚变是放能反应
从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
知识点三　核聚变及核能的计算
3．核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。
4．核聚变的应用
(1)核武器——氢弹，它首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
(2)可控人工核聚变：目前处于探索阶段。
5．重核裂变与轻核聚变的区别
比较项目 重核裂变 轻核聚变
放能 原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍
核废料处 理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
比较项目 重核裂变 轻核聚变
原料的 蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要
可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，人工产生的热核反应主要用在核武器上，人们还不能控制它
√
√
氘核的比结合能比氦核的小，故B错误；
氘核与氚核发生核聚变，要使它们间的距离达到10-15m以内，故C错误；
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
√
轻核聚变需要很高的温度，使发生反应的两个核有较大的相对动能，故B错误；
核聚变和核裂变均放出能量，故C正确；
我国的核电站都是采用核裂变发电的，故D错误。
√
4．(核裂变与核聚变)“中国环流三号”实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，标志着我国在可控核聚变领域达到了国际领先水平。下列关于核聚变的说法正确的是(　　)
A．轻核聚变过程，原子核的比结合能变大
B．轻核聚变在常温常压下即可自发地进行
C．轻核聚变过程，生成物的质量大于反应物的质量
D．与核裂变反应相比，核聚变的产能效率更低
√
解析：原子的比结合能越大越稳定，生成物较稳定，比结合能变大，A正确；
轻核聚变反应过程需要吸收能量才能使轻核间的距离接近到发生聚变的距离，因此需要高温，B错误；
核反应方程电荷数和质量数守恒，释放热量，质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量，C错误；
与核裂变反应相比，核聚变的产能效率更高，D错误。章末知识网络建构
α射线：高速运动的氦核流，①本领最强
三种射线
β射线：高速运动的②流
Y射线：高频电磁波，③
本领最强
[答案]
半衰期：放射性元素④发生衰变所用的时间
①电离
三个概念
核力：⑤
间的作用力
②电子
结合能
比结合能
天然放射现象
③穿透
质子：卢瑟福用粒子轰击⑥
发现质子
④有半数
五个发现
中子：查德威克用α粒子轰击⑦发现中子
⑤核子
原子
人工放射性同位素
核
核裂变
⑥氨核
原子核的衰变
⑦铍核
原子核的人工转变
⑧守恒
四种核变化
⑨守恒
⑧质量数
核裂变
核聚变
⑨电荷数
原子核数目计算
0
mc2
三个计算
半衰期
核能计算
质能方程E=⑩
四类粒子
强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子第4节　核裂变与核聚变　
第5节　“基本”粒子
　
1．知道重核的裂变反应和链式反应的发生条件。　2.了解核反应堆的类型，知道核电站的工作模式。　3.知道核聚变反应，关注受控核聚变反应研究的进展。　4.会分析和计算核裂变和核聚变过程释放的核能。　5.初步了解粒子物理学的基础知识。
一、核裂变的发现
1．核裂变：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程。
2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的核反应方程是 U＋n→ Ba＋Kr＋3n。　
3．链式反应
(1)由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。
(2)通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。
二、反应堆与核电站
1．核反应堆：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆。
2．慢化剂：反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水。
3．控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。
4．核污染的处理
为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成放射性污染，因此在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。
三、核聚变
1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。
2．举例：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。
3．条件
(1)轻核的距离要达到10-15m以内。
(2)需要加热到很高的温度，因此核聚变又叫热核反应。
4．优点
(1)轻核聚变产能效率高。
(2)地球上核聚变燃料氘储量丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要。
(3)轻核聚变更为安全、清洁。
5．约束方法：磁约束和惯性约束。
四、发现新粒子
1．新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子。后来还发现了超子等。
2．反粒子：实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作反粒子。例如，电子的反粒子就是正电子。
五、粒子的分类
1．强子：强子是参与强相互作用的粒子。质子和中子都是强子。
2．轻子：轻子不参与强相互作用。最早发现的轻子是电子。
3．规范玻色子：规范玻色子是传递各种相互作用的粒子。光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用。
4．希格斯玻色子：希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。
判断下列说法是否正确。
(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。(　　)
(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。(　　)
(3)控制棒是通过吸收中子的多少来控制链式反应速度的。(　　)
(4)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些。(　　)
(5)质子、中子和电子都是不可再分的基本粒子。(　　)
(6)质子和反质子的电荷量相同，电性相反。　(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√
知识点一　重核的裂变
　
图为重核裂变的链式反应。
试探究：(1)什么是链式反应？
(2)链式反应中的临界体积和临界质量分别指什么？
[提示]　(1)由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程叫作核裂变的链式反应。
(2)核裂变物质能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫临界质量。
1．铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
(3)常见的裂变方程：
① U＋n→ Xe＋Sr＋2n。
②U＋n→ Ba＋Kr＋3n。
2．链式反应的条件
(1)铀块的体积大于临界体积。
(2)铀块的质量大于临界质量。
以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足。
3．裂变反应的能量
铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。
角度1　重核的裂变
　(2023·北京卷，T3)下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是(　　)
A．U＋n→Ba＋Kr＋(　　)
B． U→ Th＋(　　)
C． N＋He→ O＋(　　)
D． C→N＋(　　)
[解析]　根据质量数守恒和电荷数守恒知，U＋n→Ba＋Kr＋(3n)，故A符合题意；U→Th＋(He)，故B不符合题意；N＋He→O＋(H)，故C不符合题意；C→N＋(e)，故D不符合题意。
[答案]　A
角度2　重核裂变中的能量计算
　我国自主研发的“玲珑一号”核反应堆，是全球最小的商用核反应堆，核反应方程为U＋n→Ba＋ Kr＋3n＋γ，反应产物Ba会发生β衰变。已知核U、Ba、Kr和n的质量分别是235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u和1.008 7 u，1 u为1.66×10-27 kg，真空中的光速c＝3×108 m/s，则下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程中的x＝57，y＝89
B．U核的比结合能小于Ba核的比结合能
C．Ba的衰变方程为Ba＋n→ X＋e
D．一个 U核裂变放出的核能约为3.2×10-10 J
[解析]　根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程中的x＝56，y＝92，故A错误；核反应的产物比反应物更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，可知U核的比结合能小于Ba核的比结合能，故B正确；根据题意可知，Ba会发生β衰变，因此其衰变方程为Ba→ Xa＋e，故C错误；根据爱因斯坦的质能方程有ΔE＝Δmc2＝(235.043 9 u＋1.008 7 u－140.913 9 u－91.897 3 u－3×1.008 7 u)c2，解得ΔE≈3.2×10-11 J，故D错误。
[答案]　B
　(2025·山东青岛市期末) U发生α衰变时，其衰变方程为：U→ Th＋He＋55 MeV，光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s，e＝1.6×10-19 C。
(1)求一次衰变过程中亏损的质量(保留2位有效数字)。
(2)若U开始处于静止状态，衰变过程释放的核能全部转化为α粒子和钍核的动能，求放出的α粒子的动能(单位用MeV表示，保留2位有效数字)。
(3)若U和Th的比结合能分别是7.38 MeV和7.50 MeV，求He的比结合能。
[解析]　(1)由衰变方程可知，一次衰变释放的核能ΔE＝55 MeV＝55×106×1.6×10-19 J＝8.8×10-12 J
由爱因斯坦质能方程可得
ΔE＝Δmc2
解得亏损的质量Δm≈9.8×10-29 kg。
(2)衰变过程满足动量守恒，可知α粒子和钍核的动量等大、反向。动能与动量的关系为
Ek＝
可得＝＝＝57
依题意可得Ekα＋EkTh＝ΔE＝55 MeV
解得Ekα≈54 MeV。
(3)根据ΔE＋232×EU＝228×ETh＋4×Eα
已知EU＝7.38 MeV，ETh＝7.50 MeV
解得Eα＝14.29 MeV。
[答案]　(1)9.8×10-29 kg　(2)54 MeV
(3)14.29 MeV
知识点二　核电站的工作原理
　
慢中子反应堆的示意图如图所示。
试探究：(1)铀235是容易吸收快中子还是慢中子后发生裂变反应？
(2)如何控制核裂变反应的激烈程度？
[提示]　(1)慢中子。
(2)控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，反之，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些。
1．反应堆工作原理
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源。铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变。慢化剂附在铀棒周围。
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。
发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。
2．核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少。
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。
(3)对环境的污染要比火力发电小。
　我国玲龙一号(ACP100)是全球首个陆上商用模块化小型核反应堆，被称为“核能移动充电宝”，可以作为我国将来的核动力航母的动力和电能来源。下列说法正确的是(　　)
A．玲龙一号核反应堆的核燃料取自海水中的氘
B．玲龙一号原理利用轻核的聚变释放核能
C．玲龙一号利用重核裂变释放的核能来发电
D．玲龙一号利用比结合能大的核变成比结合能小的核来获得核能
[解析]　玲龙一号利用重核的裂变释放的核能来发电，用中子轰击铀核裂变成中等质量的核，同时放出几个中子，故A、B错误，C正确；中等质量的核比结合能最大，则玲龙一号是利用比结合能小的核变成比结合能大的核来获得核能的，故D错误。
[答案]　C
知识点三　核聚变及核能的计算
1．核聚变发生的条件
要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10-15 m以内，这要克服电荷间强大的库仑斥力，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。
2．轻核聚变是放能反应
从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
3．核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。
4．核聚变的应用
(1)核武器——氢弹，它首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
(2)可控人工核聚变：目前处于探索阶段。
5．重核裂变与轻核聚变的区别
比较项目 重核裂变 轻核聚变
放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍
核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
原料的蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要
可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，人工产生的热核反应主要用在核武器上，人们还不能控制它
　某电影中太阳核心聚变加速，导致内核温度高达一亿度，足以产生“氦闪”。如图所示，现实中太阳内层的氢发生聚变，每4个H会聚变成1个He，即质子－质子链反应，下列说法不正确的是(　　)
A．两个H合成H的过程中产生一个中子
B．H比H少一个中子
C．H和H聚合成He，反应前后质量数守恒
D．He的比结合能大于H的比结合能
[解析]　两个H合成H的核反应方程是H＋H→H＋e，即产生一个正电子，A错误，符合题意；H比H少一个中子，B正确，不符合题意；H和H聚合成He，反应前后质量数和电荷数均守恒，C正确，不符合题意；反应放出核能，最终的生成物He更稳定，则He的比结合能大于H的比结合能，D正确，不符合题意。
[答案]　A
　(2024·1月浙江选考，T7)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-1，1 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H＋H→He＋n
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
[解析]　核反应方程式为H＋H→He＋n，故A错误；氘核的比结合能比氦核的小，故B错误；氘核与氚核发生核聚变，要使它们间的距离达到10-15m以内，故C错误；一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损Δm＝(2.014 1＋3.016 1－4.002 6－1.008 7)u＝0.018 9 u，聚变反应释放的能量ΔE＝Δm·931.5 MeV≈17.6 MeV，4 g氘完全参与聚变释放出能量E＝×6×1023×ΔE≈2.11×1025 MeV，数量级为1025 MeV，故D正确。
[答案]　D
1．(重核的裂变)(2025·江苏南京市期中)一个中子n被U捕获后生成 Xe和Sr的过程中释放出ΔE的核能。已知真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　)
A．该反应是原子核的聚变
B．U没有放射性
C．该反应过程中的质量亏损为
D．U的比结合能为
解析：选C。由质量数守恒、电荷数守恒可得，核反应方程为n＋U→Xe＋Sr＋10n，该反应属于原子核的裂变，故A错误；原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有放射性，U有放射性，故B错误；已知真空中光速为c，根据ΔE＝Δmc2，可得反应过程中的质量亏损Δm＝，故C正确；U的结合能并不是它衰变时放出的能量，所以U的比结合能不是，故D错误。
2．(核电站的工作原理)(2025·黑龙江哈尔滨市期末)核聚变和核裂变是两种核反应的形式。下列关于核聚变和核裂变的说法正确的是　(　　)
A．核电站获得核能的典型核反应方程为U→Ba＋Kr＋2n
B．核聚变反应可以自发进行，不需要任何条件
C．核聚变和核裂变均放出能量
D．我国的核电站都是采用核聚变发电的
解析：选C。核电站获得核能的典型核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，故A错误；轻核聚变需要很高的温度，使发生反应的两个核有较大的相对动能，故B错误；核聚变和核裂变均放出能量，故C正确；我国的核电站都是采用核裂变发电的，故D错误。
3．(核聚变及核能)太阳内部每天都进行着大量的核聚变反应，其中一种核聚变反应为两个氘核对心碰撞发生的核聚变：H＋H→He＋n。已知一个氘核(H)的质量为m1，一个氦核(He)的质量为m2，一个中子(n)的质量为m3，下列说法正确的是(　　)
A．氦核(He)和中子(n)的质量数之和小于两个氘核(H)的质量数之和
B．该核反应吸收的能量E＝(m1－m2－m3)c2
C．核反应前后系统总动量减小
D．该核反应释放的能量E＝(2m1－m2－m3)c2
解析：选D。核聚变满足质量数守恒，则氦核(He)和中子(n)的质量数之和等于两个氘核(H)的质量数之和，故A错误；核聚变反应释放能量，反应前后有质量亏损，由爱因斯坦的质能方程可知E＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c2，故B错误，D正确；核聚变反应为内力作用，系统的动量守恒，则核反应前后系统总动量不变，故C错误。
4．(核裂变与核聚变)“中国环流三号”实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，标志着我国在可控核聚变领域达到了国际领先水平。下列关于核聚变的说法正确的是(　　)
A．轻核聚变过程，原子核的比结合能变大
B．轻核聚变在常温常压下即可自发地进行
C．轻核聚变过程，生成物的质量大于反应物的质量
D．与核裂变反应相比，核聚变的产能效率更低
解析：选A。原子的比结合能越大越稳定，生成物较稳定，比结合能变大，A正确；轻核聚变反应过程需要吸收能量才能使轻核间的距离接近到发生聚变的距离，因此需要高温，B错误；核反应方程电荷数和质量数守恒，释放热量，质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量，C错误；与核裂变反应相比，核聚变的产能效率更高，D错误。(共45张PPT)
第五章　原子核
第1节　原子核的组成
学习目标
1．知道天然放射现象及其规律。　2.理解三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。
3．掌握原子核的组成，知道核子和同位素的概念。　4.掌握质量数、电荷数和核子数间的关系。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、天然放射现象
1．1896年，法国物理学家________发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，它能穿透黑纸使照相底片感光。
2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。
3．原子序数大于____的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于____的元素，有的也能发出射线。
4．物质发出射线的性质称为______，具有放射性的元素称为放射性元素。放射性元素______发出射线的现象叫作天然放射现象。
贝克勒尔
83
83
放射性
自发地
2．β射线：______，速度接近光速。它的____作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的____。
氦原子核
一张纸
电子流
电离
铝板
3．γ射线：一种______，波长很短的光子，波长在10-10 m以下。它的____作用更弱，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的____和几十厘米厚的混凝土。
4．实验发现，如果一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质存在，还是以化合物形式存在，都具有放射性。放射性的强弱也不受____、________的影响。由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，说明射线来自______，说明原子核内部是______的。
电磁波
电离
铅板
温度
外界压强
原子核
有结构
三、原子核的组成
1．质子的发现
______用α粒子轰击________获得了质子，用p表示。质子带__电荷，电荷量与一个电子的电荷量相等。
2．中子的发现
(1)卢瑟福猜想：原子核内可能还存在另一种粒子，它的质量与质子相同，但是不带电，他把这种粒子叫作____。
(2)查德威克通过实验证实了这个猜想。
(3)中子不带电，用n表示。中子与质子的质量非常接近，只比质子质量约大千分之一。
卢瑟福
氮原子核
正
中子
3．原子核的组成
原子核由____、____组成，它们统称为____。
4．原子核的电荷数(Z)
等于核内______，等于________。
5．原子核的质量数(A)
就是核内的核子数。
质子
中子
核子
质子数
原子序数
7．同位素
核中______相同而______不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。
质量数
质子数
中子数
判断下列说法是否正确。
(1)放射性元素发出的射线可以直接观察到。(　　)
(2)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。　(　　)
(3)放射性元素的放射性都是自发的现象。(　　)
(4)α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速。(　　)
(5)原子核的核子数等于质子数。(　　)
(6)在元素周期表中处于同一位置上，而质量数不同的元素是同位素。(　　)
√
×　
×　
×　
×　
√
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　三种射线的性质
三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图如图所示。

(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转，说明了什么？
[提示]　说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。
(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径，这说明什么问题？
1．α、β、γ三种射线的比较
种类 α射线 β射线 γ射线
速率 0.1c 0.99c c
穿透 能力 最弱，用一张纸就能挡住 较强，能穿透几毫米厚的铝板 最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土　
电离作用 很强 较弱 很弱
在磁场中 偏转 偏转 不偏转
2.三种射线在磁场、电场中偏转情况的比较
(1)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图甲所示。
(2)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图乙所示。
利用带电粒子在电磁场中的运动，制作出的质谱仪可测量粒子的比荷。研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示，图甲是三类射线在垂直于纸面向里的磁场中的偏转情况的示意图。图乙中两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，位于A、B中点的放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。下列说法错误的是(　　)
A．a为电源负极，打到A板的为α射线，
不偏转的是γ射线
B．α射线穿透能力最弱，速度也最慢，打到A板的是α射线
C．a为电源正极，打到A板的为β射线，不偏转的是γ射线
D．正负极判断看射线在两板间的轨迹，比荷大的偏向A板
√
(2025·贵州铜仁市期末)从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了运动方向，对地球起到了保护作用。地磁场的示意图(虚线，方向未标出)如图所示，赤道上方的磁场可看成与地面平行，若有来自宇宙的一束粒子流，其中含有α、β、γ射线以及质子，沿与地球表面垂直的方向射向赤道上空，则在地磁场的作用下(　　)
A．质子向北偏转
B．γ射线向东偏转
C．α射线向东偏转
D．β射线沿直线射向赤道
√
[解析]　赤道上方磁场方向与地面平行、由南向北，根据左手定则可知，带正电的α射线和质子向东偏转，带负电的β射线向西偏转，不带电的γ射线不偏转。
如图所示，x为未知放射源，它向右方发射放射线，p为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是观察装置。实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为(　　)
A．α和β的混合放射源
B．α和γ的混合放射源
C．β和γ的混合放射源
D．α、β和γ的混合放射源
√
[解析]　将强磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数没有变化，说明磁场对射线粒子没有影响，可知射到屏上的是不带电的γ射线；再将厚0.5 mm左右的薄铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，说明除接收到γ射线外，又接收到了原来被薄铝箔p挡住的射线，而厚度为0.5 mm左右的铝箔能挡住的只有α射线，所以此放射源应是α和γ的混合放射源。
知识点二　原子核的组成
查德威克实验示意图如图所示，用天然放射性元素钋(Po)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B。

试探究：(1)在这个实验中粒子流A是什么？
[提示]　A为中子流。
(2)粒子流B又是什么？
[提示]　B为质子流。
3．三个概念
(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数。
(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数，简称核电荷数。
(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数。
以下实验中，能说明原子核具有复杂结构的是(　　)
A．光电效应实验
B．原子发光产生明线光谱
C．α粒子散射实验
D．天然放射现象
[解析]　原子核的天然放射现象说明原子核有复杂的结构。
√
√
已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。试问：
(1)镭核中有多少个质子？多少个中子？
[解析]　镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88；中子数N等于原子核的质量数A与质子数之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。
[答案]　88　138　
(2)镭核所带的电荷量是多少？(结果保留小数点后2位)
[解析]　镭核所带电荷量
Q＝Ze＝88×1.6×10-19 C≈1.41×10-17 C。
[答案]　1.41×10-17 C　
(3)呈电中性的镭原子，核外有多少个电子？
[解析]　呈电中性的镭原子的核外电子数等于核内质子数，故核外电子数为88。
[答案]　88
知识点三　同位素的特点
√
√
√
[解析]　氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，故C错误；
由中性原子状态可知质子数和核外电子数均相同，都是1，故A、B正确；
它们三个是同位素，同位素化学性质相同，只是物理性质不同，故D正确。
√
√
[解析]　同位素是同一种元素，故质子数、核外电子数及化学性质相同，但中子数不同，质量数不同，故A、C正确，B、D错误。
117号元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子。
(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？
[解析]　元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数。故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也均为117。
[答案]　均为117　均为117　
(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？
[解析]　原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294。
[答案]　293　294
(3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
1．(三种射线的性质)(多选)我国自己研制的旋式γ刀性能特别好，已被各大医院应用于临床治疗。γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(　　)
A．γ射线具有很强的穿透能力
B．γ射线具有很强的电离作用
C．γ射线波长很短，具有很高的能量
D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置
√
解析：γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，具有很高的能量和很强的穿透能力，所以它能穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞，A、C正确；
因γ射线不带电，它的电离作用很弱，因波长很短，其衍射能力也很差，B、D错误。
√
√
√
√第2节　放射性元素的衰变
　
1．知道放射现象的实质是原子核的衰变；知道两种衰变的基本性质，掌握原子核的衰变规律。
2．会用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义。会利用半衰期解决相关问题。
3．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。
4．了解放射性在生产和科学领域的应用。知道射线的危害及防护。
一、原子核的衰变
1．定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，则核电荷数变了，变成另一种原子核，这种变化称为原子核的衰变。
2．衰变分类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变。
(2)β衰变：放出β粒子的衰变。
3．衰变方程
α衰变： U→ Th＋He。
β衰变：Th→Pa＋e。
4．衰变规律
(1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
(2)γ射线经常是伴随α衰变或β衰变产生。
二、半衰期
1．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期。
2．决定因素
放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。不同的放射性元素，半衰期不同。
三、核反应
1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程。
2．原子核的人工转变
卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生了一个质子。
卢瑟福发现质子的核反应方程：
N＋He→ O＋H。
遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。
四、放射性同位素及其应用
1．定义：很多元素都存在一些具有放射性的同位素，称为放射性同位素。
2．放射性同位素的应用
(1)应用射线可以测厚度、医疗方面的放射治疗、照射种子培育优良品种、食品保鲜等。
(2)示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于示踪原子。
五、辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。
判断下列说法是否正确。
(1)原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4。(　　)
(2)原子核发生β衰变时，原子核的质量不变。(　　)
(3)原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒。(　　)
(4)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。(　　)
(5)半衰期可以通过人工进行控制。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
知识点一　原子核的衰变
　
原子核α衰变的实质是放出一个氦原子核，β衰变的实质是放出一个电子。试探究：
(1)放射性元素能不能一次衰变同时产生α射线和β射线？
(2)γ射线又是怎样产生的？
[提示]　(1)不能，一次衰变只能是α衰变或β衰变，不能同时发生α衰变和β衰变。
(2)放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。
1．衰变种类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变，如 U→ Th＋He。
(2)β衰变：放出β粒子的衰变，如Th→Pa＋ e。
2．衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒。
3．衰变实质
(1)α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生α衰变。2n＋2H→He。
(2)β衰变：原子核内的一个中子转化成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来。n→H＋e。
4．衰变方程通式
(1)α衰变：X→Y＋He。
(2)β衰变：X→Y＋e。
5．核反应方程的书写
(1)方法：设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为：
X→Y＋nHe＋me。
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。
以上两式联立解得n＝，m＝＋Z′－Z。
(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数守恒确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据电荷数守恒确定β衰变的次数。
角度1　原子核的衰变
　(2025·云南昆明市期中)在2024年9月《自然》杂志上发表的一篇文章中，介绍了中国科学家发明的一种神奇的微核电池，该电池比一颗米粒还小，却可以让手机50年不充电。电池使用从核废料中提取出来的镅作为原料，镅的一种衰变方程为 Am→ Np＋X，则式中的X应为(　　)
A．α粒子　　　　　 B．质子
C．中子 D．电子
[解析]　根据核反应方程遵循质量数及电荷数守恒，可写出该衰变方程为Am→Np＋He，显然，衰变方程中X表示的是α粒子。
[答案]　A
　(2025·河北唐山市期末) Th经过6次α衰变和4次β衰变后变成一种稳定的元素。这种元素的质量数和原子序数分别是(　　)
A．208，82 B．208，74
C．204，82 D．204，74
[解析]　设衰变后的元素为M，质量数为y，核电荷数为x，衰变方程为Th→M＋6He＋4e，则质量数232＝y＋6×4，解得y＝208，核电荷数90＝x＋2×6－4，解得x＝82。
[答案]　A
角度2　衰变粒子在磁场中的运动
　在垂直于纸面向外的匀强磁场中，某静止的原子核发生了α或β衰变，衰变后α或β粒子和反冲核的轨迹如图所示，两图中大圆和小圆的半径之比均为45∶1，下列说法正确的是(　　)
A．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
B．升高温度或增大压强可以改变原子核的半衰期
C．甲图是β衰变的轨迹，乙图是α衰变的轨迹
D．甲图可能表示46号元素发生了衰变，乙图可能表示92号元素发生了衰变
[解析]　一个原子核在一次α衰变中同时放出α和γ两种射线，一个原子核在一次β衰变中同时放出β和γ两种射线，A错误；升高温度或增大压强都不能改变原子核的半衰期，B错误；根据左手定则可知，甲图是β衰变的轨迹，乙图是α衰变的轨迹，C正确；根据qvB＝m，解得r＝，根据动量守恒定律可知mv相等，所以半径r和电荷量q成反比，若甲图表示46号元素发生了衰变，大圆和小圆的半径之比为47∶1，若乙图表示92号元素发生了衰变，大圆和小圆的半径之比为90∶2＝45∶1，D错误。
[答案]　C
　(多选)空间中有如图所示的匀强电场，刚放入O点可视为静止的C原子核立刻发生衰变。之后衰变产物A、B两粒子的初速度与电场强度垂直，A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图中虚线所示，不计粒子重力和两粒子间的库仑力作用，下列说法正确的是(　　)
A． C原子核发生的是α衰变
B．A粒子为α粒子
C．A、B两粒子运动的加速度大小之比为4∶5
D．A、B两粒子运动的初速度大小相等
[解析]　根据A、B两粒子的运动轨迹，可知两粒子所受电场力方向均与电场方向相同，即两粒子均带正电，可知C原子核发生的是α衰变，故A正确；根据上述分析可知，该衰变的核反应方程为C→ Be＋He，衰变过程动量守恒，则有mAvA－mBvB＝0可知质量越大，速度越小，即Be的初速度小于He的初速度，故D错误；粒子在电场中做类平抛运动，则有x＝vt，y＝·t2，解得y＝·，根据题图可知，当竖直分位移大小相等时，Be的初速度小，电荷量大，则水平分位移小一些，可知A粒子为Be粒子，故B错误；A、B两粒子运动的加速度大小a＝，则＝·＝×＝，故C正确。
[答案]　AC
知识点二　半衰期和放射性同位素的应用
　
美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳－14计年法”，并因此荣获了1960年的诺贝尔奖。利用“碳－14计年法”可以估算出始祖鸟化石形成的年代。
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟化石形成的年代？
(2)若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确？为什么？
[提示]　(1)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。能够运用它来计算始祖鸟化石形成的年代是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。
(2)这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变。
1．半衰期
(1)对半衰期的理解：半衰期是描述放射性元素衰变快慢的物理量。
(2)半衰期公式：N余＝N原，m余＝m0，式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。
(3)半衰期的影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，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)适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核。
2．放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线
①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等。
③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。
(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。
角度1　半衰期的理解
　(2025·甘肃白银市期末)考古鉴定古木的年代通常采用的是碳14测年法，植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变，生命活动结束后，14C的比例会持续减少。已知14C发生衰变后变为14N，半衰期约为5 730年。现测量某古木样品中14C的比例，发现其正好是现代植物样品中14C比例的四分之一。下列说法正确的是(　　)
A．再过约5 730年，该样品中的14C将全部衰变
B．该古木生命活动结束的年代距今约11 460年
C．14C衰变为14N是α衰变
D．随着环境和气候的变迁，14C的半衰期可能会发生变化
[解析]　经过一个半衰期，该样品中14C的比例将变为原来的二分之一，不会全部衰变，A错误；由半衰期公式可得m＝m0()，古木样品中14C的比例是现代植物样品中14C比例的四分之一，则t＝5 730×2年＝11 460年，B正确；14C衰变为14N是β衰变，C错误；样品所处环境和气候发生变化，不会改变14C的半衰期，D错误。
[答案]　B
　(2024·山东卷，T1)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的半衰期约为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的数目大于Pu的数目
D．87年后，剩余的Sr的数目小于Pu的数目
[解析]　根据质量数守恒和电荷数守恒可知Sr衰变为Y时产生电子，即β粒子，故A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒可知Pu衰变为U时产生He，即α粒子，故B错误；根据题意可知Pu的半衰期大于Sr的半衰期，现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，经过相同的时间，Sr经过的半衰期的次数多，所以Sr的数目小于Pu的数目，故C错误，D正确。
[答案]　D
角度2　放射性同位素
　PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理：将放射性同位素 O注入人体，参与人体的代谢过程，O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对γ光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET原理，下列说法不正确的是(　　)
A．O衰变的方程为O→ N＋e
B．将放射性同位素O注入人体，其作用为示踪原子
C．该正、负电子湮灭的方程为e＋e→γ
D．PET所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期
[解析]　 O衰变的方程为O→N＋e，故A正确，不符合题意；将放射性同位素O注入人体，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像，故其作用为示踪原子，故B正确，不符合题意；该正、负电子湮灭后生成两个光子，即e＋e→2γ，故C错误，符合题意；PET所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期，否则无法通过探测器探测到，故D正确，不符合题意。
[答案]　C
知识点三　原子核的人工转变和核反应方程
原子核的人工转变
条件 用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变
实质 用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变
规律 (1)质量数、电荷数守恒；(2)动量守恒
原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程： N＋He―→ O＋H(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：Be＋He―→ C＋n(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程：Al＋He―→P＋n；P―→Si＋ eq \a\vs4\al(e)
核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向
　(2024·河北卷，T1)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明，锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为C＋H→Li＋2H＋X，式中的X为(　　)
A．n　　　　　　 B．e
C．e D．He
[解析]　设X的质量数为A，电荷数为Z，根据核反应前后质量数和电荷数守恒得A＝12＋1－7－2×1＝4，Z＝6＋1－3－2×1＝2，故式中的X为He，故选D。
[答案]　D
　(2024·广东卷，T2)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Y＋ Am→ X＋2n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
[解析]　根据核反应方程Y＋Am→ X＋2n，根据质子数守恒，设Y的质子数为y，则有y＋95＝119＋0，可得y＝24，即Y为Cr；根据质量数守恒，则有54＋243＝A＋2，可得A＝295。
[答案]　C
1．(原子核的衰变)(2025·安徽卷，T1)2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核(Th)俘获x个中子(n)，并发生y次β衰变，转化为易裂变的铀核(U)，则(　　)
A．x＝1，y＝1
B．x＝1，y＝2
C．x＝2，y＝1
D．x＝2，y＝2
解析：选B。由题意可知该核反应方程为Th＋xn→U＋ye，根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒得x＝233－232＝1，y＝92－90＝2，B正确。
2．(核反应方程)(2024·湖北卷，T2)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一， B＋n→X＋Y是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则(　　)
A．a＝7，b＝1
B．a＝7，b＝2
C．a＝6，b＝1
D．a＝6，b＝2
解析：选B。由质量数和电荷数守恒有10＋1＝a＋4，5＋0＝3＋b，解得a＝7，b＝2。
3．(衰变粒子在磁场中的运动)正电子是电子的反粒子，与电子质量相同，带等量正电荷。在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图中1、2、3所示。下列说法正确的是(　　)
A．磁场方向垂直于纸面向里
B．轨迹1对应的粒子运动速度越来越大
C．轨迹2对应的粒子初速度比轨迹3的大
D．轨迹3对应的粒子是正电子
解析：选A。根据题图可知，1和3粒子的转动方向一致，则1和3粒子为电子，2为正电子，电子带负电且顺时针转动，根据左手定则可知磁场方向垂直于纸面向里，A正确，D错误；粒子在云室中运行，洛伦兹力不做功，而轨迹1的半径越来越小，则粒子受到云室内填充物质的阻力作用，粒子速度越来越小，B错误；若带电粒子仅在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律可知qvB＝m，解得粒子运动的半径r＝，根据题图可知轨迹3对应的粒子运动的半径更大，速度更大，粒子运动过程中受到云室内物质的阻力的作用，此结论也成立，C错误。
4．(放射性同位素)(2025·山东菏泽市期末)核电池又称“放射性同位素电池”，某种核电池常用的放射性同位素是钚238( Pu)，其半衰期为87年，该电池利用α衰变放出的能量转化为电能，可为心脏起搏器提供电能，下列说法正确的是(　　)
A．温度升高钚238的半衰期缩短
B．钚238衰变后的原子核内质子数比中子数多50个
C．钚238衰变产生的α射线的电离本领比γ射线弱
D．经过174年后，核电池内剩余钚238的质量变为初始质量的
解析：选D。元素的半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态和化学状态均无关，故A错误；钚238的衰变方程为Pu→ X＋He，则X内质子数与中子数的差值为92－(234－92)＝－50，可知钚238衰变后的原子核内质子数比中子数少50个，故B错误；钚238衰变产生的α射线的电离本领比γ射线强，故C错误；设初始时核电池内钚238的质量为m，则经过174年后，核电池内剩余钚238的质量m′＝m·()＝，故D正确。模块综合检测卷
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。
1．下列核反应方程中X粒子为中子的是(　　)
A．U＋n→Ba＋Kr＋X
B．U→Th＋X
C．N＋He→O＋X
D．C→N＋X
解析：选A。根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，故A正确；根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为U→Th＋He，故B错误；根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为N＋He→O＋H，故C错误；根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为C→N＋e，故D错误。
2．熔盐堆是一种核裂变反应堆。在熔盐堆中，核燃料以氟化物的形式溶解在熔盐中，当熔盐流经堆芯时发生裂变反应，生成上百种不同半衰期的裂变产物。在熔盐中，钍(Th)吸收中子生成钍(Th)，然后衰变成镤(Pa)，镤(Pa)以27天的半衰期衰变成铀(U)。下列说法正确的是(　　)
A．钍(Th)衰变为镤(Pa)时产生α粒子
B．镤(Pa)衰变为铀(U)时产生β粒子
C．近年来由于地球的温室效应，镤(Pa)衰变为铀(U)的半衰期会发生微小变化
D．1 g镤(Pa)经过54天会有0.25 g衰变为铀(U)
解析：选B。钍(Th)衰变为镤(Pa)时产生e，为β粒子，A错误；镤(Pa)衰变为铀(U)时产生e，为β粒子，B正确；外部条件不会影响半衰期，C错误； 1 g镤(Pa)经过54天，即两个半衰期，会有×1 g＝0.75 g镤(Pa)衰变为铀(U)，D错误。
3．“自热火锅”加热时既不用火也不插电，利用加热层中的发热包遇水反应释放热量为其中的食物加热，其结构可简化如图所示。加热过程中(　　)
A．能闻到米饭的香味是因为气体分子的布朗运动
B．若不慎堵住透气孔，则食材层内气体压强增大
C．食材层内所有气体分子的速率均增大
D．食材层内气体分子热运动的平均动能保持不变
解析：选B。能闻到米饭的香味是因为气体分子的扩散运动，故A错误；若不慎堵住透气孔，体积不变，根据查理定律＝C，可知温度升高，气体压强增大，故B正确；加热过程，温度升高，食材层内气体分子的平均速率增大，平均动能也增大，但不是所有分子速率均增大，故C、D错误。
4．一定质量的理想气体的压强随热力学温度变化的p－T图如图所示，已知ba的延长线过坐标原点，bc与横轴平行，则(　　)
A．由a→b的过程中，气体分子数密度变大
B．由b→c的过程中，气体分子平均动能不变
C．由a→b的过程中，气体从外界吸收热量
D．由b→c的过程中，外界对该气体做正功
解析：选C。由题意可知ba的延长线过p－T图的坐标原点，所以由a→b气体发生等容变化，气体分子数密度不变，故A错误；由b→c，气体的温度升高，气体分子的平均速率增大，平均动能增大，故B错误；由a→b，气体的体积不变，做功为零，但气体温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故C正确；由b→c，气体的压强不变做等压变化，根据盖-吕萨克定律可知，气体的体积增大，外界对该气体做负功，故D错误。
5．甲图为水黾停在水面上的情景；乙图为分子间作用力与分子间距离的关系；丙图为金刚石微观结构示意图；丁图中的每条折线表示一个炭粒每隔相同时间位置的连线。下列说法正确的是(　　)
A．水黾能停在水面上是因为其受到了水的表面张力作用
B．当分子间距离为r0时，分子间作用力为0，分子间没有引力和斥力
C．金刚石晶体中，原子按照一定规则排列，具有空间上的周期性
D．炭粒沿着笔直的折线运动，说明水分子在短时间内的运动是规则的
解析：选C。水黾能停在水面上是因为液体表面存在张力，而不是受到张力作用，故A错误；题图乙中r0处，分子引力和斥力的合力为零，但引力和斥力均不为零，故B错误；晶体中原子(或分子、离子)都按照一定规则排列，具有空间上的周期性，故C正确；题图丁是每隔一定时间把水中炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来，而炭粒本身并不是沿折线运动，该图说明炭粒的运动(布朗运动)是不规则的，从而反映了水分子运动的不规则性，故D错误。
6．如图所示为研究光电效应的电路图，开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数，下列说法正确的是(　　)
A．若只让滑片P向C端移动，则电流表的示数一定增大
B．若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大
C．若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大
D．若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数可能为零
解析：选D。电路所加电压为正向电压，滑片P向C端移动会减小极板间电压，电流可能会减小，故A错误；电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，滑片P向D端移动，极板间电压增加，电流也不会增大，故B错误；金属的逸出功与阴极金属材料和金属表面状态有关，与入射光无关，故C错误；改用波长大于λ0的光照射，光子的能量变小，可能不发生光电效应，无电流，故D正确。
7．氢原子光谱是由氢原子的核外电子从高能级向低能级跃迁产生的。如图所示是氢原子电子轨道示意图，a、b两束光分别由处在n＝5能级和n＝4能级的氢原子跃迁到n＝2能级时产生，下列说法错误的是(　　)
A．氢原子的光谱是分立谱
B．大量处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时，能产生3种不同频率的光子
C．氢原子不可以自发地从基态向n＝5能级跃迁
D．已知b光是蓝光，则a光可能是红光
解析：选D。由于原子能级具有分立性，可知，氢原子的光谱是分立谱，故A正确，不符合题意；大量处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时，能产生4能级到2能级、4能级到3能级与3能级到2能级3种不同频率的光子，故B正确，不符合题意；氢原子由低能级跃迁至高能级需要吸收能量，可知氢原子不可以自发地从基态向n＝5能级跃迁，故C正确，不符合题意；结合题意可知，a光的光子能量大于b光的光子能量，根据E＝hν可知，a光的频率大于b光的频率，由于蓝光的频率大于红光的频率，可以判定，若b光是蓝光，则a光不可能是红光，故D错误，符合题意。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求。全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。
8．太阳能量的来源主要通过质子-质子链反应(简称PP链)，太阳产生的能量约99%来自该链反应。科学研究发现，该链反应主要通过如下方程发生：3H→X＋e＋νc①；2X→Y＋2H②，其中e为正电子，νc为太阳中微子，下列说法正确的是(　　)
A．方程式中X为He，Y为He
B．方程式中X为H，Y为He
C．反应①属于核聚变反应
D．Y的比结合能大于X的比结合能
解析：选ACD。根据质量数守恒和电荷数守恒，方程式中X为He，Y为He，故A正确，B错误；反应①、②均属于核聚变反应，Y的比结合能大于X的比结合能，故C、D正确。
9．为了减少某病毒传播，人们使用乙醇喷雾消毒液和免洗洗手液，如图所示，两者的主要成分都是酒精，则下列说法正确的是(　　)
A．使用免洗洗手液洗手后，手部很快就干爽了，是由于液体分子扩散到了空气中
B．在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，与分子运动无关
C．在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，这是酒精分子做布朗运动的结果
D．使用免洗洗手液洗手后，洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中，分子间距与内能均增大
解析：选AD。一切物质的分子都在不停地做无规则运动，使用免洗洗手液时，手部很快就干爽了，这是扩散现象，液体分子扩散到了空气中，故A正确；在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，这是扩散现象，是酒精分子在不停地做无规则运动，不属于布朗运动，故B、C错误；洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中，分子平均动能不变，但是分子之间的距离变大，分子势能增大，则内能增大，故D正确。
10．不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显
C．若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高
D．若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大
解析：选BD。由题图中a、b两单色光在电磁波谱中的位置，判断出a光的波长λa大于b光的波长λb，a光的频率νa小于b光的频率νb。若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，根据玻尔原子理论的频率条件hν＝En－Em，可知产生a光的能级能量差小，故A错误；若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，根据发生明显衍射现象的条件，a光的衍射现象更明显，故B正确；在分别照射同一光电管发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程eUc＝Ek＝hν－W0，可知a光的遏止电压低，故C错误；a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，相邻两条亮纹或暗纹的中心间距Δx＝λ，可知a光的干涉条纹间距大，故D正确。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
11．(10分)如图1所示，用一个带有刻度的注射器及DIS来探究一定质量气体的压强和体积的关系。
(1)所研究的对象是__________________，它的体积可由______________直接读出，它的压强是由____________和____________得到的。
(2)表格中记录了实验中5组数据，根据这些数据在图2中作出p－V图线。
实验次数 压强/kPa 体积/cm3
1 101.5 20
2 107.5 18
3 123.5 16
4 139.0 14
5 161.5 12
(3)实验过程中，下列哪些操作是错误的_______________________________________________________。
A．推拉活塞时，动作要慢
B．推拉活塞时，手不能握住注射器筒有气体的部位
C．压强传感器与注射器之间的软管脱落后，应立即重新接上，继续实验并记录数据
D．活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气
(4)在验证玻意耳定律的实验中，如果用实验所得数据在如图3所示的p－图像中标出，可得图中________线。
解析：(1)所研究的对象是封闭在注射器内的气体。实验中封闭气体的体积可由注射器刻度直接读出，压强可以通过压强传感器和数据采集器读出。
(2)利用表中数据采用描点法得出对应的图像，如图所示。
(3)本实验条件是温度不变，迅速推动注射器的活塞，会使温度升高，所以推拉活塞时，动作要慢，故A正确，与题意不符；手握住注射器会使得气体温度升高，则推拉活塞时，手不能握住注射器筒有气体的部位，故B正确，与题意不符；软管脱落后若再重新接上，则里面气体质量发生了变化，实验将出现较大的误差，故C错误，与题意相符；为了防止摩擦生热，活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气，故D正确，与题意不符。
(4)由理想气体状态方程＝C可知，p与成正比，故图线应为乙。
答案：(1)封闭在注射器内的气体　注射器　压强传感器　数据采集器　(2)图见解析　(3)C　(4)乙
12．(8分)如图所示，某饮料瓶内密封一定质量的理想气体，t＝27 ℃时，压强p＝1.050×105 Pa。
(1)求t′＝37 ℃时的气压大小。(4分)　
(2)保持温度不变，挤压气体，使之压强与(1)相同时，气体体积变为原来的多少倍？(4分)
解析：(1)由查理定律有
＝
代入数据解得p′＝1.085×105 Pa。
(2)由玻意耳定律有pV＝p′V′
代入数据解得V′＝V。
答案：(1)1.085×105 Pa　(2)
13．(10分) Ba核发生β衰变的方程是 Ba→ La＋e。已知Ba核的质量为m1，La核的质量为m2，电子的质量为m3，质子的质量为m4，中子的质量为m5，真空中的光速为c，求：
(1)该衰变过程中释放的核能；(4分)
(2) Ba的结合能和比结合能。(6分)
解析：(1)衰变过程的质量亏损Δm＝m1－m2－m3
根据ΔE＝Δmc2
得ΔE＝(m1－m2－m3)c2。
(2)根据ΔE＝Δmc2
可得Ba的结合能
E1＝[56m4＋(141－56)m5－m1]c2
即E1＝(56m4＋85m5－m1)c2
则Ba的比结合能
2＝＝。
答案：(1)(m1－m2－m3)c2　(2)见解析
14．(12分)一定质量的理想气体，从A状态经B、C变化到D状态的变化过程的p－V图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，CD的延长线过坐标原点。已知气体在A状态时温度为400 K，从A状态至C状态的过程中气体吸收了480 J的热量，求：
(1)气体在D状态时的温度；(6分)
(2)从A状态到C状态的过程中，气体内能的改变量。(6分)
解析：(1)由题图可得pD＝×1.2×105 Pa＝0.9×105 Pa
根据理想气体状态方程得
＝
代入数据解得TD＝225 K。
(2)从A状态到B状态的过程中，气体对外做功，因p－V图像与V轴围成的面积等于功的大小，可得
WAB＝－2.4×105×2×10-3 J＝－480 J
从B状态到C状态的过程中
WBC＝0
气体从A状态到C状态的过程中，根据热力学第一定律可得
ΔU＝Q＋WAB＋WBC＝0。
答案：(1)225 K　(2)0
15．(14分)如图所示，导热良好带有吸管的瓶子，通过瓶塞密闭T1＝300 K，体积V1 ＝ 1×103 cm3处于状态1的理想气体，管内水面与瓶内水面高度差h＝10 cm。将瓶子放进T2＝303 K的恒温水中，瓶塞无摩擦地缓慢上升恰好停在瓶口，h保持不变，气体达到状态2，此时锁定瓶塞，再缓慢地从吸管中吸走部分水后，管内和瓶内水面等高，气体达到状态3。已知从状态2到状态3，气体对外做功1.02 J；从状态1到状态3，气体吸收热量4.56 J，大气压强p0 ＝ 1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0 ×103 kg/m3，g取10 m/s2；忽略表面张力和水蒸气对压强的影响。
(1)从状态2到状态3，气体分子平均速率______(选填“增大”“不变”或“减小”)，单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数________(选填“增大”“不变”或“减小”)。(4分)
(2)求气体在状态3的体积V3。(4分)
(3)求从状态1到状态3气体内能的改变量ΔU。(6分)
解析：(1)从状态2到状态3，温度保持不变，气体分子的内能保持不变，则气体分子平均速率不变，由于气体对外做功，则气体压强减小，故单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数减小。
(2)气体从状态1到状态2的过程，由盖-吕萨克定律＝
其中V1＝1×103 cm3
T1＝300 K，T2＝303 K
解得V2＝1.01×103 cm3
此时气体压强
p2＝p1＝p0＋ρgh＝1.01×105 Pa
气体从状态2到状态3的过程，由玻意耳定律p2V2＝p3V3
其中p3＝p0
代入数据解得，气体在状态3的体积
V3＝1.020 1×103 cm3。
(3)气体从状态1到状态2的过程中，气体对外做的功
W1＝p1(V2－V1)＝1.01 J
由热力学第一定律
ΔU＝Q－(W1＋W2)
其中Q＝4.56 J，W2＝1.02 J
代入解得，从状态1到状态3气体内能的改变量
ΔU＝2.53 J。
答案：(1)不变　减小　(2)1.020 1×103 cm3　(3) 2.53 J(共37张PPT)
单元过关检测(五)
√
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。
1．贝克勒尔是最早发现衰变的科学家，在衰变过程中往往能放出α、β、γ三种射线，下列关于三种射线的说法正确的是(　　)
A．α射线的穿透性最弱
B．β射线的电离能力最强
C．γ射线带负电
D．三种射线均来自核外电子的跃迁
解析：α射线的穿透性最弱，γ射线的穿透性最强；α射线的电离能力最强，γ射线的电离能力最弱，故A正确，B错误；
α、β射线来自原子核的衰变，γ射线来自衰变后的新核从高能态向低能态跃迁，γ射线是一种电磁波，不带电，故C、D错误。
√
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A正确。
√
3．诺贝尔奖官方称居里夫人“笔记”仍具放射性，还将持续1 500年。关于放射性元素、衰变和半衰期，下列说法正确的是(　　)
A．一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，它的总质量仅剩下原来的四分之一
B．放射性元素的半衰期不仅与核内部本身因素有关，还与质量有关
C．一个放射性原子核，发生一次β衰变，则它质子数减少一个，中子数增加一个
D．同种放射性元素不论在化合物中还是单质中半衰期都一样
解析：一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，其没有衰变的放射性元素的质量是原来放射性元素总质量的四分之一，而不是矿石的总质量变为原来的四分之一，故A错误；
放射性元素的半衰期仅由核内部自身因素决定，与其他条件无关，故B错误；
β衰变实质上是原子核内的一个中子变为一个质子同时释放出一个电子的过程，因此发生一次β衰变，质子数增加一个，中子数减少一个，故C错误；
半衰期反映的是原子核的特性，跟元素的化学状态无关，故D正确。
√
半衰期是对大量原子核的统计规律，对少量原子核不适用，故C错误；
该反应是α衰变，不是核裂变反应，所以没有临界体积的要求，故D错误。
√
解析：该核反应放出能量，根据爱因斯坦质能方程可知，反应后有质量亏损，故A错误；
核反应过程中系统不受外力作用，遵循动量守恒定律，故B正确；
核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，故C错误；
根据电荷数守恒可知，生成物中的中微子不带电，故D错误。
√
该反应前后质量亏损Δm＝mI－mXe－me＝131.037 21 u－131.031 86 u－0.000 549 u＝0.004 801 u，故B错误；
√
解析：γ射线是波长很短的电磁波，与α射线和β射线相比，其穿透能力是最强的，故A错误；
半衰期是大量原子核的统计学规律，对于少量原子核不成立，故B错误；
β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化为质子和电子所产生的，故D错误。
√
√
√
√
√
√
√
92
56
9×1013
解析：根据核反应前后质量数守恒有1＋235＝141＋A＋3，解得A＝92；根据核反应前后电荷数守恒有92＝Z＋36，解得Z＝56；根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中释放的能量E＝Δmc2 ＝ 1×10-3×9.0×1016 J＝9×1013 J。
衰变
聚变
人工转变
裂变
(2)求Pb核的质量。(4分)
14．(8分)铀238的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2 kg铀238。
(1)经过45亿年后还剩下多少铀238？假设发生衰变的铀238均变成了铅206，则此矿石中含有多少铅？(4分)
答案：1 kg　0.866 kg
(2)若测出某块矿石中的铀、铅含量比为119∶309，求此矿石的年龄。(4分)
答案：90亿年
根据爱因斯坦质能方程，释放的能量ΔE＝Δmc2
解得ΔE＝(2m1－m2－m3)c2。
(2)计算该衰变反应中释放出的核能。(4分)
(3)若释放的核能全部转化为新核和X粒子的动能，则X粒子的动能为多少？(4分)题组1　核力的理解
1．(多选)关于核力，下列说法正确的是(　　)
A．核力是一种特殊的万有引力
B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间没有核力作用
C．核力是原子核稳定存在的原因
D．核力是一种短程强力作用
解析：选CD。 核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围在1.5×10-15 m，原子核的半径数量级在10-15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故C、D正确。
2．对于原子核的组成，下列说法正确的是(　　)
A．核力可使一些中子组成原子核
B．核力可使非常多的质子组成原子核
C．不存在只有质子的原子核
D．质量较大的原子核内一定有中子
解析：选D。由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能维系原子核的稳定，故D正确。
题组2　结合能和比结合能
3．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是　(　　)
A．原子核的结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，则衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．铯原子核( Cs)的结合能一定小于铅原子核( Pb)的结合能
D．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
解析：选BCD。原子核的比结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定，故A错误；重原子核衰变成α粒子和另一原子核的过程中放出能量，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故B正确；核子数越多，结合能越大，所以铯原子核Cs的结合能一定小于铅原子核Pb的结合能，故C正确；原子核是核子结合在一起构成的，把它们分开为自由核子需要的最小能量等于原子核的结合能，故D正确。
4．(2025·广东湛江市期末)锂元素是一种具有独特性质和广泛应用前景的金属元素，随着科技进步和新能源产业的快速发展，应用非常广泛。已知核反应方程 C＋H→Li＋2X＋He，该核反应放出热量，则(　　)
A．X为H
B．X为e
C．核反应前后结合能变小
D．核反应前后结合能不变
解析：选A。由质量数守恒和电荷数守恒，可知X粒子的质量数和电荷数均为1，则X为H，A正确，B错误；由于核反应放出能量，因此反应后结合能变大，C、D错误。
5．2024年10月3日，Physical Review C期刊上发表了中国科学院近代物理研究所的研究成果：研究团队合成新核素钚-227( Pu)，并测量了该新核素的半衰期。已知钚-227的衰变方程为Pu→Y＋ U，下列说法正确的是　(　　)
A．10个钚-227原子核经过一个半衰期后还剩余5个
B．钚-227原子核发生的是α衰变
C．钚-227原子核发生衰变时需要吸收能量
D．Pu原子核的比结合能比U原子核的比结合能大
解析：选B。半衰期是大量粒子的统计规律，10个钚-227经过一个半衰期不一定还剩余5个，A错误；根据电荷数和质量数守恒，可知Y的质量数为4，电荷数为2，可知Y为α粒子，则钚-227发生的是α衰变，B正确；钚-227衰变的过程中是释放能量的，比结合能增大，Pu的比结合能比U的比结合能小，C、D错误。
6． Am(镅)是一种半衰期长达433年的放射性金属，通过衰变释放射线而被用于烟雾探测器，其衰变方程为Am→ Np＋He＋γ，在该烟雾探测器中装有大约0.3 μg的镅241，其释放的射线可以使腔内空气电离，从而在探测腔内加有低压的电极间形成微小电流。一旦烟雾进入探测器，就会阻挡部分射线而使电流减小引发警报。下列说法正确的是(　　)
A．He是α粒子，有很强的贯穿本领
B．γ是光子，不具有能量
C．0.3 μg的镅经过866年剩余Am的质量为0.075 μg　
D．镅241衰变过程要放出能量，故Am的比结合能比Np的大
解析：选C。 He是α粒子，有很强的电离本领，故A错误；γ是光子，具有能量，故B错误；根据半衰期公式m＝m0()，0.3 μg的镅经过866年剩余Am的质量为0.075 μg，故C正确；结合能是指，自由核子结合成原子核所释放的能量，或者原子核分裂成自由电子所需要的能量，比结合能是指，结合能与核子数的比值，比结合能越大，说明核子越稳定，镅241衰变为Np，说明Np比Am更稳定，所以Am的比结合能比Np的小，故D错误。
题组3　质能方程和核能的计算
7．(2025·山西阳泉市期末)我国高海拔宇宙线观测站“拉索”首次完整记录迄今最亮“宇宙烟花”——伽马射线暴GRB 221009A爆发全过程，并精确测量了迄今最亮伽马暴的高能辐射能谱，据此为检验相对论的适用范围提供了重要信息。该伽马暴在1 s内释放的能量数量级为1046 J。假设释放的能量来自物质质量的减少，则每分钟平均减少的质量数量级为(光速为3×108 m/s)(　　)
A．1019 kg　　　　　　　 B．1024 kg
C．1029 kg D．1030 kg
解析：选D。根据质能方程ΔE＝Δmc2，可得每分钟平均减少的质量Δm＝×60≈6.7×1030 kg，即每分钟平均减少的质量数量级为1030 kg。
8．热核聚变反应之一是氘核(H)和氚核(H)聚变反应生成氦核(He)和中子。已知H的静止质量为2.013 6 u，H的静止质量为3.015 0 u，He的静止质量为4.001 5 u，中子的静止质量为1.008 7 u。又有1 u相当于931.5 MeV，则反应中释放的核能约为(　　)
A．4 684.1 MeV B．4 667.0 MeV
C．17.1 MeV D．939.6 MeV
解析：选C。反应的质量亏损Δm＝(2.013 6 u＋3.015 0 u)－(4.001 5 u＋1.008 7 u)＝0.018 4 u，根据爱因斯坦的质能方程，有ΔE＝Δmc2，又有1 u＝931.5 MeV，解得ΔE≈17.1 MeV。
9．(2025·江西萍乡市期中)用粒子X轰击原子核Be生成C与n，用粒子X轰击原子核 C生成Y，此反应放出的核能为E0。已知Be、X、C的比结合能分别为E1、E2、E3，下列说法正确的是(　　)
A．X是β粒子
B．Y是 O
C．粒子X轰击Be后放出的核能为9E1＋4E2－12E3
D．Y的比结合能为
解析：选B。粒子X轰击原子核Be的核反应方程为Be＋X→C＋n，则X为He，即α粒子，故A错误；粒子X轰击原子核C的核反应方程为C＋X→Y，则Y是O，故B正确；Be与粒子X发生核反应产生的核能ΔE＝12E3－9E1－4E2，故C错误；C与粒子X发生核反应放出的核能为E0，设Y的比结合能为E，由能量守恒E0＝16E－4E2－12E3，解得E＝，故D错误。
10．静止的镭核 Ra发生α衰变，释放出的α粒子的动能为E0，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，则衰变过程中总的质量亏损是　(　　)
A． B．
C． D．
解析：选B。镭核发生α衰变的衰变方程为Ra→He＋ Rn，令氦核的质量为m，氡核的质量为M，则根据动量守恒定律可得mvm＝MvM，其中E0＝ eq \f(p,2m)＝，所以氡核的动能EM＝ eq \f(p,2M)＝＝E0＝E0，根据爱因斯坦质能方程，总的质量亏损Δm＝＝＝。
11．(10分)原子核的人工转变是通过高速粒子轰击某些元素的原子核并生成新的原子核，它是人们研究原子核组成的重要手段。用粒子加速器加速后的质子H轰击静止的锂Li原子核，可以生成两个α粒子He。已知质子质量为1.007 825 u，锂原子核的质量为7.016 004 u，α粒子的质量为4.002 603 u，1 u相当于931 MeV。
(1)写出该核反应的反应方程式。(4分)
(2)求该核反应释放的核能(结果保留3位有效数字)。(6分)
解析：(1)根据质量数和电荷数守恒，该核反应的反应方程式为H＋Li→2He。
(2)核反应释放的核能
ΔE＝Δmc2＝(1.007 825＋7.016 004－2×4.002 603)×931 MeV≈17.3 MeV。
答案：(1)H＋Li→2He　(2)17.3 MeV
12．(10分)一个铀核(U)衰变为钍核(Th)时释放一个α粒子。已知铀核的质量为3.853 13 × 10-25 kg，钍核的质量为3.786 57 × 10-25 kg，α粒子的质量为6.646 72 × 10-27 kg，光在真空中的速度为3 × 108 m/s。
(1)写出这个衰变过程的衰变方程。(4分)
(2)在这个衰变过程中释放的能量等于多少焦耳(结果保留3位有效数字)？(6分)
解析：(1)根据电荷数守恒和质量数守恒写出衰变方程为U→Th＋He。
(2)衰变前后亏损的质量
Δm ＝ mU－mTh－mα ＝ 0.000 092 8 × 10-25 kg
c ＝ 3.0 × 108 m/s，
释放的能量ΔE ＝ Δmc2
解得ΔE ＝ 8.35 × 10-13 J。
答案：(1)U→Th＋He　(2)8.35 × 10-13 J(共41张PPT)
模块综合检测卷
√
√
√
3．“自热火锅”加热时既不用火也不插电，利用加热层中的发热包遇水反应释放热量为其中的食物加热，其结构可简化如图所示。加热过程中(　　)

A．能闻到米饭的香味是因为气体分子的布朗运动
B．若不慎堵住透气孔，则食材层内气体压强增大
C．食材层内所有气体分子的速率均增大
D．食材层内气体分子热运动的平均动能保持不变
解析：能闻到米饭的香味是因为气体分子的扩散运动，故A错误；
加热过程，温度升高，食材层内气体分子的平均速率增大，平均动能也增大，但不是所有分子速率均增大，故C、D错误。
√
4．一定质量的理想气体的压强随热力学温度变化的p－T图如图所示，已知ba的延长线过坐标原点，bc与横轴平行，则(　　)

A．由a→b的过程中，气体分子数密度变大
B．由b→c的过程中，气体分子平均动能不变
C．由a→b的过程中，气体从外界吸收热量
D．由b→c的过程中，外界对该气体做正功
解析：由题意可知ba的延长线过p－T图的坐标原点，所以由a→b气体发生等容变化，气体分子数密度不变，故A错误；
由b→c，气体的温度升高，气体分子的平均速率增大，平均动能增大，故B错误；
由a→b，气体的体积不变，做功为零，但气体温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故C正确；
由b→c，气体的压强不变做等压变化，根据盖-吕萨克定律可知，气体的体积增大，外界对该气体做负功，故D错误。
√
5．甲图为水黾停在水面上的情景；乙图为分子间作用力与分子间距离的关系；丙图为金刚石微观结构示意图；丁图中的每条折线表示一个炭粒每隔相同时间位置的连线。下列说法正确的是(　　)

A．水黾能停在水面上是因为其受到了水的表面张力作用
B．当分子间距离为r0时，分子间作用力为0，分子间没有引力和斥力
C．金刚石晶体中，原子按照一定规则排列，具有空间上的周期性
D．炭粒沿着笔直的折线运动，说明水分子在短时间内的运动是规则的
解析：水黾能停在水面上是因为液体表面存在张力，而不是受到张力作用，故A错误；
题图乙中r0处，分子引力和斥力的合力为零，但引力和斥力均不为零，故B错误；
晶体中原子(或分子、离子)都按照一定规则排列，具有空间上的周期性，故C正确；
题图丁是每隔一定时间把水中炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来，而炭粒本身并不是沿折线运动，该图说明炭粒的运动(布朗运动)是不规则的，从而反映了水分子运动的不规则性，故D错误。
√
6．如图所示为研究光电效应的电路图，开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数，下列说法正确的是(　　)
A．若只让滑片P向C端移动，则电流表的示数一定增大
B．若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大
C．若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K，
则阴极K的逸出功变大
D．若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数可能为零
解析：电路所加电压为正向电压，滑片P向C端移动会减小极板间电压，电流可能会减小，故A错误；
电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，滑片P向D端移动，极板间电压增加，电流也不会增大，故B错误；
金属的逸出功与阴极金属材料和金属表面状态有关，与入射光无关，故C错误；
改用波长大于λ0的光照射，光子的能量变小，可能不发生光电效应，无电流，故D正确。
√
7．氢原子光谱是由氢原子的核外电子从高能级向低能级跃迁产生的。如图所示是氢原子电子轨道示意图，a、b两束光分别由处在n＝5能级和n＝4能级的氢原子跃迁到n＝2能级时产生，下列说法错误的是(　　)
A．氢原子的光谱是分立谱
B．大量处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时，
能产生3种不同频率的光子
C．氢原子不可以自发地从基态向n＝5能级跃迁
D．已知b光是蓝光，则a光可能是红光
解析：由于原子能级具有分立性，可知，氢原子的光谱是分立谱，故A正确，不符合题意；
大量处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时，能产生4能级到2能级、4能级到3能级与3能级到2能级3种不同频率的光子，故B正确，不符合题意；
氢原子由低能级跃迁至高能级需要吸收能量，可知氢原子不可以自发地从基态向n＝5能级跃迁，故C正确，不符合题意；
结合题意可知，a光的光子能量大于b光的光子能量，根据E＝hν可知，a光的频率大于b光的频率，由于蓝光的频率大于红光的频率，可以判定，若b光是蓝光，则a光不可能是红光，故D错误，符合题意。
√
√
√
反应①、②均属于核聚变反应，Y的比结合能大于X的比结合能，故C、D正确。
√
9．为了减少某病毒传播，人们使用乙醇喷雾消毒液和免洗洗手液，如图所示，两者的主要成分都是酒精，则下列说法正确的是(　　)
A．使用免洗洗手液洗手后，手部很快就干爽了，
是由于液体分子扩散到了空气中
B．在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，与分子运动无关
C．在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，这是酒精分子做布朗运动的结果
D．使用免洗洗手液洗手后，洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中，分子间距与内能均增大
√
解析：一切物质的分子都在不停地做无规则运动，使用免洗洗手液时，手部很快就干爽了，这是扩散现象，液体分子扩散到了空气中，故A正确；
在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，这是扩散现象，是酒精分子在不停地做无规则运动，不属于布朗运动，故B、C错误；
洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中，分子平均动能不变，但是分子之间的距离变大，分子势能增大，则内能增大，故D正确。
√
10．不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显
C．若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高
D．若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大
√
解析：由题图中a、b两单色光在电磁波谱中的位置，判断出a光的波长λa大于b光的波长λb，a光的频率νa小于b光的频率νb。若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，根据玻尔原子理论的频率条件hν＝En－Em，可知产生a光的能级能量差小，故A错误；
若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，根据发生明显衍射现象的条件，a光的衍射现象更明显，故B正确；
在分别照射同一光电管发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程eUc＝Ek＝hν－W0，可知a光的遏止电压低，故C错误；
三、非选择题：本题共5小题，共54分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
11．(10分)如图1所示，用一个带有刻度的注射器及DIS来探究一定质量气体的压强和体积的关系。
(1)所研究的对象是______________________，它的体积可由____________直接读出，它的压强是由____________和____________得到的。
解析：所研究的对象是封闭在注射器内的气体。实验中封闭气体的体积可由注射器刻度直接读出，压强可以通过压强传感器和数据采集器读出。
封闭在注射器内的气体
注射器
压强传感器
数据采集器
(2)表格中记录了实验中5组数据，根据这些数据在图2中作出p－V图线。
实验次数 压强/kPa 体积/cm3
1 101.5 20
2 107.5 18
3 123.5 16
4 139.0 14
5 161.5 12
解析：利用表中数据采用描点法得出对应的图像，如图所示。
答案：图见解析
(3)实验过程中，下列哪些操作是错误的____________。
A．推拉活塞时，动作要慢
B．推拉活塞时，手不能握住注射器筒有气体的部位
C．压强传感器与注射器之间的软管脱落后，应立即重新接上，继续实验并记录数据
D．活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气
C
解析：本实验条件是温度不变，迅速推动注射器的活塞，会使温度升高，所以推拉活塞时，动作要慢，故A正确，与题意不符；
手握住注射器会使得气体温度升高，则推拉活塞时，手不能握住注射器筒有气体的部位，故B正确，与题意不符；
软管脱落后若再重新接上，则里面气体质量发生了变化，实验将出现较大的误差，故C错误，与题意相符；
为了防止摩擦生热，活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气，故D正确，与题意不符。
乙
12．(8分)如图所示，某饮料瓶内密封一定质量的理想气体，t＝27 ℃时，压强p＝1.050×105 Pa。

(1)求t′＝37 ℃时的气压大小。(4分)　
答案：1.085×105 Pa
(2)保持温度不变，挤压气体，使之压强与(1)相同时，气体体积变为原来的多少倍？(4分)
解析：衰变过程的质量亏损Δm＝m1－m2－m3
根据ΔE＝Δmc2
得ΔE＝(m1－m2－m3)c2。
答案：(m1－m2－m3)c2
答案：见解析
14．(12分)一定质量的理想气体，从A状态经B、C变化到D状态的变化过程的p－V图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，CD的延长线过坐标原点。已知气体在A状态时温度为400 K，从A状态至C状态的过程中气体吸收了480 J的热量，求：
(1)气体在D状态时的温度；(6分)
答案：225 K
(2)从A状态到C状态的过程中，气体内能的改变量。(6分)
解析：从A状态到B状态的过程中，气体对外做功，因p－V图像与V轴围成的面积等于功的大小，可得WAB＝－2.4×105×2×10-3 J＝－480 J
从B状态到C状态的过程中WBC＝0
气体从A状态到C状态的过程中，根据热力学第一定律可得
ΔU＝Q＋WAB＋WBC＝0。
答案：0
15．(14分)如图所示，导热良好带有吸管的瓶子，通过瓶塞密闭T1＝300 K，体积V1 ＝ 1×103 cm3处于状态1的理想气体，管内水面与瓶内水面高度差h＝10 cm。将瓶子放进T2＝303 K的恒温水中，瓶塞无摩擦地缓慢上升恰好停在瓶口，h保持不变，气体达到状态2，此时锁定瓶塞，再缓慢地从吸管中吸走部分水后，管内和瓶内水面等高，气体达到状态3。已知从状态2到状态3，气体对外做功1.02 J；从状态1到状态3，气体吸收热量4.56 J，大气压强p0 ＝ 1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0 ×103 kg/m3，g取10 m/s2；忽略表面张力和水蒸气对压强的影响。
(1)从状态2到状态3，气体分子平均速率______(选填“增大”“不变”或“减小”)，单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数________(选填“增大”“不变”或“减小”)。(4分)
解析：从状态2到状态3，温度保持不变，气体分子的内能保持不变，则气体分子平均速率不变，由于气体对外做功，则气体压强减小，故单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数减小。
不变
减小
(2)求气体在状态3的体积V3。(4分)
此时气体压强p2＝p1＝p0＋ρgh＝1.01×105 Pa
气体从状态2到状态3的过程，由玻意耳定律p2V2＝p3V3
其中p3＝p0
代入数据解得，气体在状态3的体积
V3＝1.020 1×103 cm3。
答案：1.020 1×103 cm3
(3)求从状态1到状态3气体内能的改变量ΔU。(6分)
解析：气体从状态1到状态2的过程中，气体对外做的功
W1＝p1(V2－V1)＝1.01 J
由热力学第一定律
ΔU＝Q－(W1＋W2)
其中Q＝4.56 J，W2＝1.02 J
代入解得，从状态1到状态3气体内能的改变量
ΔU＝2.53 J。
答案：2.53 J(共29张PPT)
课后达标检测
√
题组1　重核的裂变
1．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：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，吸收中子能力不同，从而达到控制核反应速度的目的，C正确。
√
解析：该核电站通过核裂变获得核能，A错误；
铀核的质子数为92，B错误；
根据核反应过程满足质量数守恒可得235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3，C错误；
一个铀核发生上述核反应，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m4)c2，D正确。
√
解析：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；
贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯由高密度、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错误。
√
由爱因斯坦质能方程得，裂变时释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，故B正确；
半衰期与环境没有关系，故C错误；
根据核反应前后质量数和核电荷数均守恒，可得Y原子核中核子数144个，质子56个，中子数为144－56＝88个，故D错误。
√
该方程为可控核聚变，故B错误；
大亚湾核电站采用核裂变反应发电，故D错误。
√
该反应存在质量亏损，但质量数守恒，故B错误；
√
解析：该热核反应释放大量的热，故A错误；
√
√
√
解析：在铀核裂变的过程中，动量守恒，故A错误；
由能量守恒定律可知，该核反应中释放的核能ΔE＝E2＋E3－E1，故C错误。
√
该核反应为重核裂变反应，B错误；
核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，C错误；
√
解析：不同原子核的半衰期不同，A正确；
β衰变释放的电子来源于原子核，B错误；
钍232的质子数为90，中子数为142，C错误；
裂变方程应满足质子数和质量数守恒，该方程不满足，D错误。
答案：0.527 kg
13．(12分)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。
(1)若1 g氢完全聚变，能释放多少焦能量？(6分)
答案：6.73×1011 J
(2)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，质量亏损为1 u时，释放的能量为 931.5 MeV，阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol-1，结果均保留3位有效数字)(6分)
答案：2.00×104 kg(共45张PPT)
第3节　核力与结合能
学习目标
1．了解四种基本相互作用，知道核力的性质。
2．知道原子核的结合能和比结合能的概念。
3．知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、核力与四种基本相互作用
1．万有引力：引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是____在地球表面附近的一种表现。
2．电磁相互作用：____间的相互作用、____间的相互作用，从本质上说是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用称为____________或电磁力。它也是自然界的一种基本相互作用。宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等等，都起源于这些电荷之间的____________。
引力
电荷
磁体
电磁相互作用
电磁相互作用
3．强相互作用：原子核中的____之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的______，这种作用称为强相互作用。它的作用范围只有约________ m，超出这个界限，该力实际上已经不存在了，它是短程力。
4．弱相互作用：在某些____现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用是引起原子核______的原因，即引起__________转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强相互作用更短，只有_______ m。
核子
原子核
10-15
放射
β衰变
中子—质子
10-18
二、结合能
1．结合能：原子核是____凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要____，这就是原子核的结合能。
2．比结合能：原子核的结合能与______之比，叫作比结合能，也叫作____结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越____，原子核越____。
核子
能量
核子数
平均
牢固
稳定
三、质量亏损
1．质能方程
物体的能量与它的质量的关系：E＝____。
2．质量亏损
原子核的质量____组成它的核子的质量之和的现象。
mc2
小于
判断下列说法是否正确。
(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡。　(　　)
(2)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。(　　)
(3)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。　(　　)
(4)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量。　(　　)
(5)比结合能越大，原子核越稳定。(　　)
(6)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系。(　　)
√
×　
×　
×　
√
√
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　对核力的理解
1．核力的性质
(1)核力是四种基本相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现。
(2)核力是短程力。约在10-15 m数量级时起作用，距离大于0.8×10-15 m时表现为引力，距离小于 0.8×10-15 m 时表现为斥力，距离超过1.5×10-15 m时核力几乎消失。
(3)核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
(4)核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。
2．原子核中质子与中子比例关系
(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。
(2)形成原因
①若质子与中子成对地放在一起，人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。
②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的原子核中子数要比质子数多。
③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核， 一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。
(多选)对于核力与四种基本相互作用，以下说法正确的是(　　)
A．核力是弱相互作用力，作用力很小
B．核力是强相互作用的表现，是强力
C．核力使核子紧密结合为稳定的原子核
D．核力是万有引力在短距离内的表现
[解析]　核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围约10-15m，B正确，A、D错误；
核力使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，C正确。
√
√
1．结合能就是原子核具有的能量吗？
[提示]　不是。结合能是要把原子核分开成核子时吸收的能量，并不是原子核具有的能量，因为拆分后的核子仍然具有能量。
2．原子核的结合能越大，其比结合能也越大吗？
[提示]　不一定。结合能是核子结合成原子核放出的能量或原子核拆散成核子吸收的能量，而比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量或原子核拆散成核子时每个核子平均吸收的能量，结合能大的原子核，比结合能不一定大；结合能小的原子核，比结合能不一定小。
知识点二　结合能和比结合能
1．对结合能的理解
(1)结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。
(2)由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量。
2．比结合能曲线
不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如图所示。

从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的要小。
3．比结合能与原子核稳定的关系
(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。
(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。
角度1　原子核的结合能
下列关于结合能和比结合能的说法正确的是(　　)
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量的原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
√
[解析]　核子结合成原子核要放出能量，原子核拆解成核子要吸收能量，将原子核拆解成核子所吸收的能量或核子结合成原子核所放出的能量叫结合能，故A错误；
比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，中等质量的原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，故B错误；
重核与中等质量的原子核相比较，重核的结合能大，而比结合能比较小，故C错误；
中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的核子数又比轻核的多，所以结合能也比轻核的大，故D正确。
√
角度2　比结合能图像的理解
恒星之所以长期发光是因为在恒星内部会发生一系列的核反应生成：氦(He)、碳(C)、氧(O)、氖(Ne)、镁(Mg)、硅(Si)、硫(S)、钙(Ca)、铁(Fe)等。结合图像，判断下列说法正确的是(　　)
A．比结合能越大，原子核越不稳定
B．碳核的比结合能比氧核的比结合能大
C．3He核子的平均质量比2H核子的平均质量小
D．氦核的结合能比碳核的结合能大
√
[解析]　原子核的比结合能越大，核子的平均质量越小，原子核越稳定，由题图可知，3He核子的平均质量比2H核子的平均质量小，故A错误，C正确；
由题图可知，碳核的比结合能比氧核的比结合能小，故B错误；
比结合能是原子核的总结合能与核子数的比值，碳核的比结合能比氦核大，核子数比氦核大，故碳核的结合能比氦核大，故D错误。
1．质量亏损是不是这部分质量消失了或转变为能量了呢？
[提示]　不是。物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，并不是这部分质量消失了或转变为能量。
2．爱因斯坦质能方程是说明质量和能量可以相互转化吗？
[提示]　不是。爱因斯坦质能方程说明了质量和能量这两个物理量间的对应关系，说明有质量就有能量，并不是说质量转化为能量。
知识点三　质能方程和核能的计算
1．质量亏损
所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。
2．质能方程E＝mc2
(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系。
(2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。
3．核能的计算
(1)根据质量亏损计算
①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm。
②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。
其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。
(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算
根据1 u相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV。
(多选)1905年，爱因斯坦发表狭义相对论时提出了质能方程E＝mc2，质能方程的正确性已被大量的实验所证实，并为现代核能的研究和应用提供理论指导，具有深刻意义并发挥出巨大的作用。下列关于质能方程的说法正确的是(　　)
A．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量
B．根据质能方程可知，在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律
C．E＝mc2中的E是核反应中释放的核能
D．E＝mc2中的E为质量为m的物体所对应的能量
√
√
√
[解析]　根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量，故A正确；
在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，故B正确；
质能方程E＝mc2中的E表示质量为m的物体所对应的能量，故C错误，D正确。
√
根据质量数和核电荷数守恒，可知X为正电子，是电子的反粒子，B错误；
核反应中释放的能量ΔE＝26(E2－E1)，故C正确；
根据半衰期的定义可知，半衰期规律仅针对大量原子核，对于少量不适用，D错误。
(1)写出这一过程的核反应方程，计算过程中的质量亏损。
(2)计算这一过程中所释放的核能。
[解析]　释放核能
ΔE＝Δmc2＝3.09×10-29×(3×108)2 J＝2.781×10-12 J。
[答案]　2.781×10-12 J
(2)若该原子核发生衰变后的新核质量为M，求衰变后新核的速度大小。
(3)设该衰变过程释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能，求衰变过程的质量亏损Δm。
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
1．(对核力的理解)(多选)对核力的认识，下列说法正确的是(　　)
A．任何核子之间均存在核力
B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用
C．核力只存在于质子之间
D．核力只发生在相距1.5×10-15 m的核子之间，大于0.8×10-15 m为吸引力，而小于0.8×10-15 m为斥力
解析：由核力的特点知道，只有相距1.5×10-15 m内的核子之间存在核力，核力发生在相邻核子之间。
√
√
√
根据质能方程可知，该反应中释放的能量E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2，C错误，D正确。
√
解析：在很高的温度下原子核才能克服巨大的库仑斥力，使它们之间的距离达到10-15 m以内，以使核力起作用，从而发生核聚变，A错误；

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