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(共39张PPT)
【学习目标】1.了解天然放射现象及三种射线的性质。
2.了解原子核的衰变，掌握半衰期的概念，并会进行有关计算。
3.了解四种核反应类型，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程。
4.认识原子核的结合能与比结合能，能进行有关核能的计算。
考点一　原子核的衰变　半衰期
考点二　核反应　核反应类型
考点三　质量亏损及核能的计算
内
容
索
引
课时作业
第41讲　原子核
1.原子核的组成
原子核是由________和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的___________。
2.天然放射现象
放射性元素________地发出射线的现象，由______________首先发现。天然放射现象的发现，说明___________具有复杂的结构。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，有的也能发出射线。
考点一　原子核的衰变　半衰期
质子
质子数
自发
贝克勒尔
原子核
3.三种射线的比较
氦
名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领
α射线 ______核 He ＋2e 4 u 最________ 最________
β射线 __________ e －e u 较强 较强
γ射线 光子 γ 0 0 最________ 最________
强
弱
电子
弱
强
4.原子核的衰变
(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。
(2)α衰变、β衰变
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程 XYHe XYe
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子并将电子射出
H＋nHe nHe
匀强磁场中 轨迹形状
衰变规律 ___________守恒、质量数守恒 (3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。
电荷数
5.半衰期
(1)公式：N余=N原 ，m余=m原，式中t为衰变时间，T为半衰期。
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由________________________决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)________(填“有关”或“无关”)。
6.放射性同位素的应用与防护
(1)放射性同位素：有________放射性同位素和________放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。
(2)应用：放射治疗、培优、保鲜、作______________等。
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。
核内部自身的因素
无关
天然
人工
示踪原子
1.人们认识原子核具有复杂的结构是从卢瑟福发现质子开始的。(　 　)
2.三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线。(　 　)
3.β衰变中的电子来源于原子核外电子。(　 　)
4.发生β衰变时，新核的电荷数不变。(　 　)
5.如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后还剩50个。(　 　)

√



(2023·浙江6月选考)“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PuUHe，则(　 　)
A.衰变方程中的X等于233
BHe的穿透能力比γ射线强
CPu比U的比结合能小
D.月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大
例 1
【解析】 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程为PuUHe，即衰变方程中的X=234，A错误He是α粒子，其穿透能力比γ射线弱，B错误；比结合能越大的原子核越稳定，由于Pu衰变成U，故U比Pu稳定，即Pu比U的比结合能小，C正确；半衰期由原子核本身的特点决定，与温度等外部因素无关，D错误。
C
(2025·金华期末)考古学家在考古过程中常用到C断代法，生物体死亡时C的摄入停止，体内的C与原有含量的比值P满足衰变规律P=，其中t的单位为年。现测得某古生物样品中P约为0.125，下列说法中，正确的是(　 　)
A.C比N原子核的比结合能更大
B.该古生物的年代距今约10 460年
C.弱相互作用是引起C衰变为N的原因
D.具体推测年代还需要考虑该古生物样品发掘位置的气候、湿度、岩层等影响
例 2
【解析】 C发生β衰变生成N过程释放能量，表明N比C更加稳定，原子核越稳定，比结合能越大，则C比N原子核的比结合能更小，A错误；现测得某古生物样品中P约为0.125，根据P=，解得t=17 190年，B错误；衰变是由弱相互作用引起的C发生β衰变生成N，则弱相互作用是引起C衰变为N的原因，C正确；半衰期与元素的化学性质和所处的物理环境无关，可知，具体推测年代不需要考虑该古生物样品发掘位置的气候、湿度、岩层等影响，D错误。
C
1.裂变反应和聚变反应、核反应方程
(1)重核裂变
①定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。
②典型的裂变反应方程：
UnBaKr＋n
③链式反应：重核裂变产生的________使裂变反应一代接一代继续下去的过程。
④临界体积和临界质量：裂变物质能够发生______________的最小体积及其相应的质量。
⑤裂变的应用：___________、核反应堆。
⑥反应堆构造：核燃料(铀棒)、慢化剂(石墨、重水和普通水)、______________________、水泥防护层。
考点二　核反应　核反应类型
中子
链式反应
原子弹
控制棒(镉棒)
(2)轻核聚变
①定义：两个轻核结合成______________的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫______________。
②典型的聚变反应方程：
HHHen＋17.6 MeV
质量较大
热核反应
2.核反应的四种类型
He
类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 UTh＋______ β衰变 自发 ThPae 人工转变 人工控制(基本粒子轰击原子核) NHe________H(卢瑟福发现质子) HeBeCn(查德威克发现中子) AlHe_______n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素
PSi＋______ 重核裂变 容易控制(慢中 子、链式反应) UnBaKr＋_______ UnXeSr＋__________ 轻核聚变 现阶段很难控制(需要极高温度——一般由核裂变提供) HHn O
P
e
n
1n
He
3.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(_______)、中子
(_______)、α粒子(_______)、β粒子(_______)、正电子(_______)、氘核(_______)、氚核
(_______)等。
(2)掌握核反应方程遵循的规律：___________守恒，___________守恒。
(3)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。
H
已知铀(U)经过8次α衰变和6次β衰变变为铅(Pb)，则铀(U)经过4次α衰变和2次β衰变后的下一级衰变方程式可能为(　 　)
A.RaRnHe
B.RnPoHe
C.PoAte
D.PbBie
例 3
【解析】 设铀U经过4次α衰变和2次β衰变后的生成物为X，根据电荷数和质量数守恒可得92=4×2＋2×(－1)＋Z，238=4×4＋2×0＋A，解得Z=86，A=222，故X为Rn，所以下一级衰变方程式可能为RnHe，B正确。
B
1.核力和核能
(1)核力：原子核内部，________间所特有的相互作用力。核力是强相互作用，为短程力，作用范围只有约10－15 m，与电性无关。
(2)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________需要能量，这个能量叫作原子核的结合能，也叫核能。
(3)比结合能：原子核的结合能与___________之比，叫作比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越________，原子核越________。
考点三　质量亏损及核能的计算
核子
分开
核子数
牢固
稳定
2.质量亏损
凡是释放核能的核反应，反应后各原子核(新生核)及微观粒子的质量(即静止质量)之和________，反应前后质量的差值就叫______________。
3.质能方程
(1)爱因斯坦得出物体的能量与它的质量的关系：____________。
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应减少的能量ΔE=_________。原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE=________。
变小
质量亏损
E=mc2
Δmc2
Δmc2
4.核能的计算
(1)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2计算核能
①ΔE=Δmc2中，若Δm的单位为“kg”，c的单位为“m/s”，则ΔE的单位为“J”。
②ΔE=Δmc2中，若Δm的单位为“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 5×10－27 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=原子核的比结合能×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。
1.核力就是库仑力。(　 　)
2.核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生。(　 　)
3.原子核的结合能越大，原子核越稳定。(　 　)
4.原子核的核子数越多，它的结合能就越大，比结合能反而可能越小。(　 　)
5.质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。(　 　)

√

√
√
(2025·嘉兴期末)如图所示，一个原子核X经过一系列α衰变、β衰变后，生成稳定的原子核Y，质量数与中子数的关系如图所示，下列说法中，正确的是(　 　)
A.X的比结合能比Y大
B.X、Y的质子数之比为9∶8
C.X变成Y经历了8次α衰变、6次β衰变
D.发生β衰变时，放出的β粒子来自原子核外
例 4
C
【解析】 比结合能越大，原子核越稳定，Y是稳定的原子核，其比结合能大于X，A错误；因为质子数=质量数－中子数，设X质量数AX、中子数NX，Y质量数AY、中子数NY，则X质子数ZX=238－146=92，则Y质子数ZY=206－124=82，质子数之比，B错误；质量数减少ΔA=238－206=32，α衰变每次质量数减4，所以α衰变次数=8次，质子数变化ΔZ=92－82=10，α衰变使质子数减2×8=16，β衰变质子数加m，则－16＋m=－10，得m=6，C正确；β衰变的β粒子是原子核内中子转化为质子时产生的，D错误。
(2025·杭州三模)月壤中含有丰富的He，He参与核反应释放巨大能量，同时几乎不产生具有长期放射性的核废料，因此是清洁、高效的未来能源。其核反应方程为He＋He＋2X＋12.86 MeV，下列说法中，正确的是(　 　)
A.X为质子，该核反应是α衰变 B.He的比结合能比He的比结合能大
C.核子平均释放的能量约为6.42 MeV D.该反应的质量亏损约为2.3×10－29 kg
例 5
【解析】 设X粒子质量数和核电荷数分别为x、y，根据质量数守恒和电荷数守恒可得3＋3=4＋2x，2＋2=2＋2y，解得x=1，y=1，由此可知X粒子为质子，该核反应是核聚变，A错误；核反应放出核能，生成物比反应物更稳定，比结合能也更大，即He的比结合能比He的小，B错误；参与反应的核子数为3＋3=6，核子平均释放的能量E=≈2.14 MeV，C错误；根据质能方程ΔE=Δmc2可知，质量亏损约为Δm= kg≈2.3×10－29 kg，D正确。
D
课时作业
答案速对
第十六单元 第41讲　原子核 题号 1 2 3 4 5 6 7
答案 A B C AB B CD D
题号 8 9 10 11 12 13 14
答案 B D B C D A D
1.(2025·北京卷)自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法中，正确的是(　 　)
A.已知氢原子的基态能量为－13.6 eV，则反氢原子的基态能量也为－13.6 eV
B.一个中子可以转化为一个质子和一个正电子
C.一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子
D.反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量
【解析】 氢原子基态能量由电子与质子决定，反氢原子由正电子和反质子构成，电荷结构相同，能级结构不变，基态能量仍为－13.6 eV，A正确；若中子衰变(β＋衰变)生成质子、正电子，即nHe，不符合质子数守恒，B错误；正负电子对撞湮灭时，总动量为零，需产生至少两个光子以保证动量守恒，单个光子无法满足动量守恒，C错误；核聚变通常释放能量(如普通氘核聚变)，反氘核聚变遵循相同规律，应释放能量而非吸收能量，D错误。
A
2.如图所示，在牛奶灌装生产线上，传送带一侧设置一个放射源，另一侧放置射线接收器，调整放射源和接收器之间的距离，使得射线刚好不能穿透装满牛奶的纸盒。每当传送带上的纸盒经过放射源位置时，若接收器检测不到射线，说明牛奶已经灌满；若接收器仍能检测到射线，说明牛奶未灌满，不合格。使用的射线是(　 　)
A.α射线 B.β射线
C.γ射线 D.紫外线
B
3.下列说法中，正确的是(　 　)
A.电子的衍射现象说明光具有波动性
B.235U的半衰期约为7亿年，14亿年后地球上235U衰变完毕
C.β衰变的实质是原子核内的中子转化成了质子和电子，电子发射到核外，就是β粒子
D.原子核外电子从高能级跃迁到低能级时，有γ射线放出
C
4.(多选)(2022·浙江6月选考)秦山核电站生产C的核反应方程为NnC＋X，其产物C的衰变方程为CNe。下列说法中，正确的有(　 　)
A.X是H
BC可以用作示踪原子
Ce来自原子核外
D.经过一个半衰期，10个C将剩下5个
AB
5.最近杂志报道，由Pb和Ni经过“聚变”后，释放出2个中子并生成110号元素的同位素X。下列说法中，正确的是(　 　)
A.该“聚变”过程可以在常温下完成
B.X原子核具有天然放射现象
C.该聚变反应方程为PbNiXn
D.可以用镉棒吸收中子控制反应速度
【解析】 核聚变需要极高的温度和压力，常温下无法完成，A错误；110号元素为人工合成元素，原子序数大于83，具有天然放射性，B正确；由核反应前后质量数守恒可得生成物X的质量数为208＋62－2×1=268，但选项中X的质量数为269，方程错误，C错误；镉棒用于控制核裂变的中子数，聚变反应不依赖中子链式反应，D错误。
B
6.(多选)(2021·浙江6月选考)对四个核反应方程：
(1UThHe；(2ThPae；(3NOH；(4HHn＋17.6 MeV。
下列说法中，正确的有(　 　)
A.(1)(2)式核反应没有释放能量
B.(1)(2)(3)式均是原子核衰变方程
C.(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程
D.利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一
【解析】 (1)式核反应是α衰变，(2)式核反应是β衰变，在反应过程中均有核能释放，A错误；(3)式是第一次实现原子核人工转变的方程，不是衰变方程，B错误，C正确；利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一，D正确。
CD
7.(2023·浙江1月选考)宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应NnCH，产生的C能自发进行β衰变，其半衰期为5 730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法中，正确的是(　 　)
A.C发生β衰变的产物是N
B.β衰变辐射出的电子来自碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应，引起C的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的C含量为活体植物的，则该古木距今约为11 460年
【解析】 根据CNe，可知C发生β衰变的产物是N，A错误；β衰变辐射出的电子来自原子核内的中子转化为质子时放出的电子，B错误；半衰期是放射性物质的固有属性，由原子核本身决定，与外界环境无关，C错误；若测得一古木样品的C含量为活体植物的，可知经过了2个半衰期，则该古木距今约为5 730×2年=11 460年，D正确。
D
8.(2025·河南卷)由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素Be和Be。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知Be和Be的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现Be和Be的总原子个数经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中Be和Be的原子个数比约为(　 　)
A.1∶4 B.1∶2
C.3∶4 D.1∶1
【解析】 设采集时大气中有x个Be原子和y个Be原子，由于Be的半衰期为139万年，故经过106天后Be原子的衰变个数可以忽略不计，Be的半衰期为53天，故经过106天后Be原子的剩余数量为x·，故有，解得x∶y=1∶2，B正确。
B
9.(2024·浙江1月选考)已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol－1，氘核摩尔质量为2 g·mol－1，
1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法中正确的是(　 　)
A.核反应方程式为HHHen
B.氘核的比结合能比氦核的大
C.氘核与氚核的间距达到10－10 m就能发生核聚变
D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
【解析】 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，核反应方程式为HHHen，A错误；生成物比反应物更稳定，因此生成物的比结合能更大，即氘核的比结合能比氦核的小，B错误；要使氘核与氚核发生核聚变，它们间的距离必须达到10－15 m以内，C错误；一个氘核与一个氚核聚变反应过程的质量亏损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是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，D正确。
D
10.云室是一种可以显示带电粒子运动径迹的装置。将云室置于垂直纸面向里的匀强磁场中，云室中一静止的U发生了一次衰变，其衰变产物为新的原子核X和粒子Y。观察到X、Y在磁场中的运动轨迹互为外切的圆，如图所示。下列说法中，正确的是(　 　)
A.U的衰变为β衰变
B.X的运动轨迹为右侧的小圆
C.X和Y的物质波波长不相等
D.改变磁场的磁感应强度时，U的半衰期会发生改变
【解析】 静止的原子核U发生了一次衰变，根据动量守恒定律可知，衰变后的两粒子速度方向相反，两粒子在磁场中的运动轨迹是互为外切的圆，可见两粒子电性相同，所以发生的衰变应为α衰变，Y为He，X为Th，A错误；根据动量守恒定律可知，X和Y的动量大小相等，由粒子运动半径R=，可知，因为X的电荷量大于Y的电荷量，所以X的轨道半径较小，B正确；因为X和Y的动量大小相等，由p=可知，X和Y的物质波波长相等，C错误；半衰期由原子核内部的因素决定，与外界因素无关，D错误。
B
11.活着的有机生物体由于新陈代谢要与环境中的碳进行交换，故其体内碳14和碳12的比例与大气中碳14和碳12的比例相同，均约为1∶7.7×1011，且认为这个比例在过去几万年内几乎没有改变。当有机生物体死亡后，新陈代谢停止，其体内的碳12的含量不变，但碳14由于发生衰变而减少，碳14的半衰期为5 730年。现测得某古生物骨骼中的碳14和碳12的比例为0.38∶7.7×1011，则该古生物死亡的时间距今最接近的是(　 　)
A.2 000年 B.5 000年
C.7 000年 D.12 000年
【解析】 根据碳14测年法，剩余碳14的比例为=0.38，利用半衰期公式N=N0·代入数据得0.38=，取自然对数并解方程t=×5 730年≈1.396×5 730年≈8 000年，选项中最接近的是7 000年，C正确。
C
12.2025年1月20日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)首次完成1亿摄氏度1 000秒“高质量燃烧”，标志我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越，其结构示意图如图所示。在“人造太阳”周围，距“人造太阳”中心L处有半径均为r的球面形状(可近似为圆形)能量接收装置，“人造太阳”内部发生的氘—氚聚变的核反应方程为HHHen，释放出的能量都转化为原子核的动能，最终被能量接收装置吸收并输出，经时间t测得反应物的质量减少了Δm，光速为c。下列说法中，正确的是　(　 　)
A.He的比结合能比H的小
B.方程中未知量满足a=2d＋b
C.一次氘—氚聚变释放的能量为Δmc2
D.单个接收装置对外输出功率P=
D
【解析】 该核反应释放能量，生成的He更稳定，因此He的比结合能比H的大，A错误；结合核反应过程中电荷数守恒可得a＋b=2d，即a=2d－b，B错误；由质能方程得t时间内“人造太阳”释放的能量为E=Δmc2，并非一次聚变释放的能量，以“人造太阳”的中心为球心、L为半径的球面上，单位面积接收到的能量为E'=，单个接收装置接收到的能量为E0=E'πr2，则单个接收装置的功率为P=，C错误，D正确。
13.如图所示，一静止的原子核Th(钍)在P点发生衰变，放出一个粒子并产生新核X，它们在匀强磁场中的运动轨迹如图中a、b所示。已知钍核质量为m1，新核X质量为m2，粒子质量为m3，真空中的光速为c，则(　 　)
A.b是新核X的轨迹
B.衰变方程为ThXHe
C.衰变释放的核能为(m2＋m3－m1)c2
D.该原子核Th衰变的时间等于钍234的半衰期
A
【解析】 根据洛伦兹力提供向心力有Bqv=，可得r=，静止的原子核Th(钍)发生衰变过程，动量守恒，因此新核X与衰变产生的粒子动量大小相等、方向相反，而新核X的电荷量大，因此新核X的轨迹半径小，故b是新核X的轨迹，A正确；由A中分析可知，新核X与衰变产生的粒子速度方向相反，由题图可知，新核X与衰变产生的粒子在磁场中偏转方向相同，根据左手定则可知，新核X与衰变产生的粒子带异种电荷，该衰变为β衰变，B错误；由质能方程可得衰变释放的核能为ΔE=(m1－m2－m3)c2，C错误；半衰期是大量原子核半数衰变所用的时间，是大量原子核衰变的统计规律，对个别原子核没有意义，D错误。
14.“氦－3”是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”。普通水中含有质量约0.015 0%的“重水”(普通水H2O的两个氢中的一个被氘核取代)，使两个氘核通过反应HHHen发生聚变产生“氦－3”，已知氘核的质量是3.343 6×10－27 kg，“氦－3”的质量是5.006 4×10－27 kg，中子的质量是1.674 9×10－27 kg，19 g“重水”含有的氘核数目为6.02×1023个，若一天内“烧”掉1 L普通水中的所有氘核，下列说法中，正确的是(　 　)
A.发生聚变反应后比结合能减小
B.聚变反应前后质量守恒但能量不守恒
C.两个氘核聚变后释放的能量约为2.5 MeV
D.所有氘核聚变后可获得约14.6 kW的平均功率
D
【解析】 聚变反应释放能量，产物的比结合能比反应物更高，因此“氦－3”的比结合能大于氘核的比结合能，A错误；核反应中质量亏损转化为能量，质量不守恒，但总能量(质量与能量的总和)守恒，B错误；质量亏损Δm=2m氘－(m氦－3＋m中子)=2×3.343 6×10－27 kg－(5.006 4 ×10－27＋1.674 9×10－27) kg=5.9×10－30 kg，释放能量E=Δm·c2=5.9×10－30× J =5.31×10－13 J，即E= MeV≈3.3 MeV，C错误。1 L普通水中重水质量为1 000 g× 0.015 0%=0.15 g，氘核的数目为×6.02×1023≈4.75×1021，反应次数(每次需2个氘核)为=2.375×1021，总能量E=2.375×1021×5.31×10－13 J=1.26×109 J，平均功率P= W≈14.6 kW，D正确。第41讲　原子核
【学习目标】
1.了解天然放射现象及三种射线的性质。
2.了解原子核的衰变，掌握半衰期的概念，并会进行有关计算。
3.了解四种核反应类型，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程。
4.认识原子核的结合能与比结合能，能进行有关核能的计算。
考点一　原子核的衰变　半衰期
1.原子核的组成
原子核是由　质子　和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的　质子数　。
2.天然放射现象
放射性元素　自发　地发出射线的现象，由　贝克勒尔　首先发现。天然放射现象的发现，说明　原子核　具有复杂的结构。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，有的也能发出射线。
3.三种射线的比较
名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领
α射线 　氦　核 He ＋2e 4 u 最　强　 最　弱　
β射线 　电子　 e －e u 较强 较强
γ射线 光子 γ 0 0 最　弱　 最　强　
4.原子核的衰变
(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。
(2)α衰变、β衰变
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程 XYHe XYe
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子并将电子射出
H＋nHe nHe
匀强磁场中轨 迹形状
衰变规律 　电荷数　守恒、质量数守恒
(3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。
5.半衰期
(1)公式：N余=N原 ，m余=m原，式中t为衰变时间，T为半衰期。
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由　核内部自身的因素　决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)　无关　(填“有关”或“无关”)。
6.放射性同位素的应用与防护
(1)放射性同位素：有　天然　放射性同位素和　人工　放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。
(2)应用：放射治疗、培优、保鲜、作　示踪原子　等。
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。
1.人们认识原子核具有复杂的结构是从卢瑟福发现质子开始的。(　 　)
2.三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线。(　√　)
3.β衰变中的电子来源于原子核外电子。(　 　)
4.发生β衰变时，新核的电荷数不变。(　 　)
5.如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后还剩50个。(　 　)
[例1]　(2023·浙江6月选考)“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PuUHe，则(　C　)
A.衰变方程中的X等于233
BHe的穿透能力比γ射线强
CPu比U的比结合能小
D.月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大
【解析】 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程为PuUHe，即衰变方程中的X=234，A错误He是α粒子，其穿透能力比γ射线弱，B错误；比结合能越大的原子核越稳定，由于Pu衰变成U，故U比Pu稳定，即Pu比U的比结合能小，C正确；半衰期由原子核本身的特点决定，与温度等外部因素无关，D错误。
[例2]　(2025·金华期末)考古学家在考古过程中常用到C断代法，生物体死亡时C的摄入停止，体内的C与原有含量的比值P满足衰变规律P=，其中t的单位为年。现测得某古生物样品中P约为0.125，下列说法中，正确的是(　C　)
A.C比N原子核的比结合能更大
B.该古生物的年代距今约10 460年
C.弱相互作用是引起C衰变为N的原因
D.具体推测年代还需要考虑该古生物样品发掘位置的气候、湿度、岩层等影响
【解析】 C发生β衰变生成N过程释放能量，表明N比C更加稳定，原子核越稳定，比结合能越大，则C比N原子核的比结合能更小，A错误；现测得某古生物样品中P约为0.125，根据P=，解得t=17 190年，B错误；衰变是由弱相互作用引起的C发生β衰变生成N，则弱相互作用是引起C衰变为N的原因，C正确；半衰期与元素的化学性质和所处的物理环境无关，可知，具体推测年代不需要考虑该古生物样品发掘位置的气候、湿度、岩层等影响，D错误。
考点二　核反应　核反应类型
1.裂变反应和聚变反应、核反应方程
(1)重核裂变
①定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。
②典型的裂变反应方程：
UnBaKr＋n
③链式反应：重核裂变产生的　中子　使裂变反应一代接一代继续下去的过程。
④临界体积和临界质量：裂变物质能够发生　链式反应　的最小体积及其相应的质量。
⑤裂变的应用：　原子弹　、核反应堆。
⑥反应堆构造：核燃料(铀棒)、慢化剂(石墨、重水和普通水)、　控制棒(镉棒)　、水泥防护层。
(2)轻核聚变
①定义：两个轻核结合成　质量较大　的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫　热核反应　。
②典型的聚变反应方程：
HHHen＋17.6 MeV
2.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 UTh＋He
β衰变 自发 ThPae
人工转变 人工控制(基本粒子轰击原子核) NHeO H (卢瑟福发现质子)
HeBeCn (查德威克发现中子)
AlHeP n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素
PSi＋e
重核裂变 容易控制(慢中 子、链式反应) UnBaKr＋ n
UnXeSr＋　n　
轻核聚变 现阶段很难控制(需要极高温度——一般由核裂变提供) HHHe n
3.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(e　)、氘核(H　)、氚核(H　)等。
(2)掌握核反应方程遵循的规律：　质量数　守恒，　电荷数　守恒。
(3)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。
[例3]　已知铀(U)经过8次α衰变和6次β衰变变为铅(Pb)，则铀(U)经过4次α衰变和2次β衰变后的下一级衰变方程式可能为(　B　)
A.RaRnHe
B.RnPoHe
C.PoAte
D.PbBie
【解析】 设铀U经过4次α衰变和2次β衰变后的生成物为X，根据电荷数和质量数守恒可得92=4×2＋2×(－1)＋Z，238=4×4＋2×0＋A，解得Z=86，A=222，故X为Rn，所以下一级衰变方程式可能为RnHe，B正确。
考点三　质量亏损及核能的计算
1.核力和核能
(1)核力：原子核内部，　核子　间所特有的相互作用力。核力是强相互作用，为短程力，作用范围只有约10－15 m，与电性无关。
(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们　分开　需要能量，这个能量叫作原子核的结合能，也叫核能。
(3)比结合能：原子核的结合能与　核子数　之比，叫作比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越　牢固　，原子核越　稳定　。
2.质量亏损
凡是释放核能的核反应，反应后各原子核(新生核)及微观粒子的质量(即静止质量)之和　变小　，反应前后质量的差值就叫　质量亏损　。
3.质能方程
(1)爱因斯坦得出物体的能量与它的质量的关系：　E=mc2　。
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应减少的能量ΔE=　Δmc2　。原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE=　Δmc2　。
4.核能的计算
(1)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2计算核能
①ΔE=Δmc2中，若Δm的单位为“kg”，c的单位为“m/s”，则ΔE的单位为“J”。
②ΔE=Δmc2中，若Δm的单位为“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 5×10－27 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=原子核的比结合能×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。
1.核力就是库仑力。(　 　)
2.核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生。(　√　)
3.原子核的结合能越大，原子核越稳定。(　 　)
4.原子核的核子数越多，它的结合能就越大，比结合能反而可能越小。(　√　)
5.质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。(　√　)
[例4]　(2025·嘉兴期末)如图所示，一个原子核X经过一系列α衰变、β衰变后，生成稳定的原子核Y，质量数与中子数的关系如图所示，下列说法中，正确的是(　C　)
A.X的比结合能比Y大
B.X、Y的质子数之比为9∶8
C.X变成Y经历了8次α衰变、6次β衰变
D.发生β衰变时，放出的β粒子来自原子核外
【解析】 比结合能越大，原子核越稳定，Y是稳定的原子核，其比结合能大于X，A错误；因为质子数=质量数－中子数，设X质量数AX、中子数NX，Y质量数AY、中子数NY，则X质子数ZX=238－146=92，则Y质子数ZY=206－124=82，质子数之比，B错误；质量数减少ΔA=238－206=32，α衰变每次质量数减4，所以α衰变次数=8次，质子数变化ΔZ=92－82=10，α衰变使质子数减2×8=16，β衰变质子数加m，则－16＋m=－10，得m=6，C正确；β衰变的β粒子是原子核内中子转化为质子时产生的，D错误。
[例5]　(2025·杭州三模)月壤中含有丰富的He，He参与核反应释放巨大能量，同时几乎不产生具有长期放射性的核废料，因此是清洁、高效的未来能源。其核反应方程为He＋He＋2X＋12.86 MeV，下列说法中，正确的是(　D　)
A.X为质子，该核反应是α衰变
B.He的比结合能比He的比结合能大
C.核子平均释放的能量约为6.42 MeV
D.该反应的质量亏损约为2.3×10－29 kg
【解析】 设X粒子质量数和核电荷数分别为x、y，根据质量数守恒和电荷数守恒可得3＋3=4＋2x，2＋2=2＋2y，解得x=1，y=1，由此可知X粒子为质子，该核反应是核聚变，A错误；核反应放出核能，生成物比反应物更稳定，比结合能也更大，即He的比结合能比He的小，B错误；参与反应的核子数为3＋3=6，核子平均释放的能量E=≈2.14 MeV，C错误；根据质能方程ΔE=Δmc2可知，质量亏损约为Δm= kg≈2.3×10－29 kg，D正确。

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