资源简介

(共38张PPT)
第4节　核裂变　核聚变　
第5节　粒子物理学发展概况(略)
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
1．重核被中子轰击后分裂成几个中等质量原子核的核反应现象称为_________。
核裂变
二、链式反应
1．如果一个反应过程的产物能够再次引发这种反应，从而使反应一旦开始后就能自动延续下去，这样的反应称为____________。
2．为了保证裂变时产生的中子不会轻易逃逸出去，必须使铀块有足够大的体积。我们把能够发生链式反应的裂变物质的最小体积叫作____________。
链式反应
临界体积
三、核反应堆
1．核反应堆是一种人为可控的核裂变链式反应装置。
2．慢中子反应堆：铀235能俘获慢中子，而不易俘获快中子。为此在铀棒周围放置慢化剂，常用作慢化剂的物质有普通水、重水和石墨。
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入一些控制棒。制造控制棒的材料是镉或硼等能强烈吸收______的物质，当反应过于剧烈时，就把控制棒插入得深一些，让它多吸收一些______，链式反应的速度就会慢一些。反之则把控制棒向外拔出一些。
中子
中子
四、核电站
核能发电指利用核反应堆中核裂变所释放出的核能进行发电。这些核能先转变成水的内能，使水变成高温高压的蒸汽，去推动汽轮发电机发电。
五、核聚变
1．把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应，简称核聚变。
2．要启动上述核聚变反应，必须要上亿摄氏度的温度，使21H核和31H核具有足够的动能克服库仑斥力进入核力作用范围之内。因此，核聚变反应也称热核反应。
3．优点
(1)轻核聚变产能效率高。
(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。
六、受控热核反应
磁约束和惯性约束
核聚变燃料氘
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。
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]　A、B表示的两个核反应都属于原子核的人工转变，D表示的核变化属于放射性元素原子核的衰变，只有C表示的核反应才属于原子核的裂变反应，故A、B、D错误，C正确。
√
原子核X的中子数为89－36＝53，B错误；
√
[解析]　由质能方程得ΔE＝Δmc2＝(232.037 2－4.002 6－228.028 7)×931.5 MeV＝5.495 85 MeV≈5.5 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剧烈程度？
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。
　　　原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成，分别是(　　)
A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统
C．原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统
D．原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统
√
[解析]　原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀(铀235占2%～4%)制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用减速剂(如石墨、重水、普通水)，让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；控制调节系统用于调节中子的数目以控制反应速度，它由镉做成的放置在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全。
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
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
√
角度2　核聚变中核能的计算
　　　两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为 2.014 1 u，氦核质量为 4.002 6 u。
(1)写出相应的核反应方程。
(2)求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量。已知：阿伏伽德罗常量NA为6.0×1023 mol－1，氘核的摩尔质量为2 g/mol，1 u相当于931.5 MeV的能量。(结果保留2位有效数字)
[答案]　3.6×1027 MeV
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
解析：X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；
中子数为(235－92)＋1－(94－38)－2＝86个，A正确；
裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误。
2．(核电站的工作原理)目前核电站利用的是(　　)
A．氘为核燃料的裂变反应
B．铀为核燃料的裂变反应
C．氘为核燃料的聚变反应
D．铀为核燃料的聚变反应
解析：目前核电站利用的能量来自铀为核燃料的裂变反应，以氘为核燃料的聚变反应目前尚不能有效控制进行发电。
√
√
核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱，故B正确；
伴随着天然放射现象发生的衰变中产生α粒子，这样的核反应属于α衰变，而中子轰击锂核的核反应是原子核的人工转变，不属于α衰变，故C错误；
核反应中释放的核能来源于核反应过程中的质量亏损，与核反应的条件无关，核聚变过程释放核能，故D错误。
√
√
我国大亚湾核电站是利用核裂变释放的能量来发电的，D错误。(共49张PPT)
第五章　原子核与基本粒子
第1节　原子核的组成
第2节　放射性元素的衰变
学习目标
1．掌握原子核的组成，知道同位素的概念。掌握质量数、中子数和质子数间的关系。
2．知道核力是四种基本相互作用中的强相互作用。
3．知道天然放射现象及其规律。理解三种射线的本质以及如何利用磁场区分它们。
4．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。
5．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。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、原子核的组成
1．原子核的组成
(1)质子的发现：卢瑟福用_______轰击氮原子核，发现了氢原子核，即质子。
(2)中子的预言：_________在1920年提出猜测：核内可能还存在一种电中性的粒子。
(3)中子的发现：____________用α粒子轰击铍时，得到了一种不带电的粒子，即中子，它的质量几乎与质子相等。
α粒子
卢瑟福
查德威克
质子
中子
核子
电荷数
质量数
2．同位素
(1)原子序数相同而_________不同的原子核互称为同位素。
(2)同位素具有相同的______性质，但由于中子数不同，它们的某些物理性质会有所不同。
3．核力
将原子核中的核子结合在一起的，______之间的相互作用力，称为核力，它属于四种基本相互作用中的强相互作用。
中子数
化学
核子
二、放射性元素的衰变
1．天然放射性
(1)1896年，法国物理学家_____________________发现铀化合物能放出某种射线，使密封完好的照相底片感光。
(2)物质发射射线的性质称为_________，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。
亨利·贝克勒尔
放射性
自发地
2．射线的性质
(1)α射线其实就是α粒子(氦原子核)流。α粒子带______，速度只有光速的10%，穿透能力弱，容易被物质吸收。一张薄薄的铝箔，或一层包裹底片的黑纸，甚至人体皮肤的角质层，都能将它挡住。
(2)β射线是带______的_________，它的速度很快，穿透力强，在空气中可以走几十米远，而碰到几毫米厚的铝片就不能穿过了。
(3)γ射线本质上是一种波长极短的_________，波长约是X射线波长的1%，穿透力极强，能穿过厚的混凝土和铅板。
正电
负电
电子流
电磁波
4．衰变
(1)定义：放射性元素是不稳定的，会_________蜕变为另一种元素，同时放出射线，我们称这种现象为放射性衰变。
(2)衰变分类
α衰变：放出α粒子的衰变。
β衰变：放出β粒子的衰变。
自发地
(4)衰变规律
原子核衰变时_________和_________都守恒。
5．半衰期
(1)放射性元素的原子核由于衰变而数目减少至原来一半所需的时间，叫作这种元素的半衰期。
(2)半衰期的统计规律和影响因素
单个放射性元素的衰变完全是一种随机事件。但众多原子核在一个半衰期中有一半发生衰变是确定的。放射性元素的半衰期，描述的就是这样的统计规律。放射性元素衰变的半衰期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(压力、温度等)没有关系。
电荷数
质量数
判断下列说法是否正确。
(1)质量较大的原子核中，中子数往往大于质子数。(　　)
(2)同位素在周期表中的位置相同，具有相同的化学性质。(　　)
(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)原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4。(　　)
(6)原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒。(　　)
(7)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。(　　)
(8)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　原子核的组成和同位素　核力
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。
4．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。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。
　　　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？
√
　　　(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。
√
知识点二　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
穿透 能力 最弱，用一张薄薄的铝箔就能挡住 较强，不能穿透几毫米厚的铝片 极强，能穿过厚的铅板和混凝土
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。
3．三种射线的穿透能力比较
　　　如图所示，放射性元素镭释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是(　　)
A．①表示γ射线，③表示α射线
B．②表示β射线，③表示α射线
C．④表示α射线，⑤表示γ射线
D．⑤表示β射线，⑥表示α射线
[解析]　由放射现象中α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线，①⑥是β射线，C正确。
√
　　　如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率将大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是(　　)
A．α和β的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．纯γ放射源
[解析]　在放射源和计数器之间加上薄铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线，因此放射源可能是α和γ的混合放射源。
√
知识点三　原子核的衰变和半衰期
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。
√
设需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有93＝2x－y＋83，4x＝237－209，解得x＝7，y＝4，故C正确；
α射线穿透能力很弱，无法穿透铅板，故B错误；
半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适用，故D错误。
√
　　　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．原子核在α衰变过程中，产生的α粒子与反冲核动量不守恒
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]　升高温度或增大压强都不能改变原子核的半衰期，B错误；
α衰变或β衰变的过程均满足动量守恒定律，衰变后的α或β粒子和反冲核的速度相反，A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；
√
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
√
√
3．(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。
√
半衰期是原子核半数发生衰变所需要的时间，是一种针对大量原子核的统计规律，因此无需等待一个半衰期才产生氦气，故B错误；
铀核自发进行α衰变和β衰变，放出电子和氦核，两种微粒组合会形成氦原子，大量的氦原子就形成了氦气，故C错误；
只要存在铀核便会发生α衰变和β衰变，无需达到一定质量，故D错误。
√
解析：铯－137发生β衰变时，原子核中放出一个电子，衰变过程中的电子是由核内中子转化为质子时释放出来的，故A正确；
铯－137发生β衰变时释放的γ射线，来自衰变产生的新核，故B错误；
β粒子速度约为光速的十分之九，故C错误；(共27张PPT)
课后达标检测
√
√
√
√
√
解析：结合能是把核子分开所需的最小能量，A正确；
一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确；
核子数越多，结合能越大，C正确；
比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，D错误。
√
解析：β衰变的实质是原子核内中子转化为质子过程同时释放电子，故A错误；
原子核反应过程释放能量的原因是核反应过程产生质量亏损，故衰变前Th核质量大于衰变后Pa核与β粒子的总质量，故B正确；
α粒子散射实验的结果证明原子具有核式结构，故C错误；
原子核的比结合能越大，则原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)就越小，平均每个核子的质量亏损就越多，原子核越稳定，故D错误。
√
题组3　质能方程和核能的计算
5．已知中子的质量为1.674 9×10－27 kg，质子的质量为1.672 6×10－27 kg，氘核的质量为 3.343 6×10－27 kg，光速c＝3×108 m/s，以下说法正确的是(　　)
A．氘核的结合能约为1.1 MeV
B．氘核的比结合能约为1.1 MeV
C．氘核的比结合能约为1.76×10－11 J
D．一个质子与一个中子结合为氘核需要吸收能量
由上述分析可知，该反应过程有质量亏损，说明一个质子与一个中子结合为氘核需要放出能量，故D错误。
√
√
√
根据质能方程可知，由于质量亏损，核反应放出的能量为E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2，C错误，D正确。
√
半衰期是对大量原子核衰变的统计学规律，只对大量的原子核才有意义，故D错误。
√
√
√
(2)计算这一过程中所释放的核能。(6分)
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。(4分)
(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。(4分)INCLUDEPICTURE "物JKXZXBX3第五章LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "物JKXZXBX3第五章LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
第1节　原子核的组成
第2节　放射性元素的衰变
INCLUDEPICTURE "学习目标LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "学习目标LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1．掌握原子核的组成，知道同位素的概念。掌握质量数、中子数和质子数间的关系。
2．知道核力是四种基本相互作用中的强相互作用。
3．知道天然放射现象及其规律。理解三种射线的本质以及如何利用磁场区分它们。
4．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。
5．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。
INCLUDEPICTURE "课前知识梳理LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课前知识梳理LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
一、原子核的组成
1．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，发现了氢原子核，即质子。
(2)中子的预言：卢瑟福在1920年提出猜测：核内可能还存在一种电中性的粒子。
(3)中子的发现：查德威克用α粒子轰击铍时，得到了一种不带电的粒子，即中子，它的质量几乎与质子相等。
(4)原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。原子核通常用符号X表示，如图所示。其中X表示该核所属的化学元素符号，在元素符号的左下角和左上角分别标出它的电荷数和质量数。
INCLUDEPICTURE "JKBT23.TIF" INCLUDEPICTURE "JKBT23.TIF" \* MERGEFORMAT
2．同位素
(1)原子序数相同而中子数不同的原子核互称为同位素。
(2)同位素具有相同的化学性质，但由于中子数不同，它们的某些物理性质会有所不同。
3．核力
将原子核中的核子结合在一起的，核子之间的相互作用力，称为核力，它属于四种基本相互作用中的强相互作用。
二、放射性元素的衰变
1．天然放射性
(1)1896年，法国物理学家亨利·贝克勒尔发现铀化合物能放出某种射线，使密封完好的照相底片感光。
(2)物质发射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。
2．射线的性质
(1)α射线其实就是α粒子(氦原子核)流。α粒子带正电，速度只有光速的10%，穿透能力弱，容易被物质吸收。一张薄薄的铝箔，或一层包裹底片的黑纸，甚至人体皮肤的角质层，都能将它挡住。
(2)β射线是带负电的电子流，它的速度很快，穿透力强，在空气中可以走几十米远，而碰到几毫米厚的铝片就不能穿过了。
(3)γ射线本质上是一种波长极短的电磁波，波长约是X射线波长的1%，穿透力极强，能穿过厚的混凝土和铅板。
3．人工放射性同位素
有些同位素具有放射性，称为放射性同位素。1934年，约里奥·居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷P，即He＋Al―→P＋n，自然界没有天然的P，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。
4．衰变
(1)定义：放射性元素是不稳定的，会自发地蜕变为另一种元素，同时放出射线，我们称这种现象为放射性衰变。
(2)衰变分类
α衰变：放出α粒子的衰变。
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
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
5．半衰期
(1)放射性元素的原子核由于衰变而数目减少至原来一半所需的时间，叫作这种元素的半衰期。
(2)半衰期的统计规律和影响因素
单个放射性元素的衰变完全是一种随机事件。但众多原子核在一个半衰期中有一半发生衰变是确定的。放射性元素的半衰期，描述的就是这样的统计规律。放射性元素衰变的半衰期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(压力、温度等)没有关系。
INCLUDEPICTURE "深化辨析LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "深化辨析LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
判断下列说法是否正确。
(1)质量较大的原子核中，中子数往往大于质子数。(　　)
(2)同位素在周期表中的位置相同，具有相同的化学性质。(　　)
(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)原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4。(　　)
(6)原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒。(　　)
(7)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。(　　)
(8)半衰期可以通过人工进行控制。(　　)
提示：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√
(6)√　(7)×　(8)×
INCLUDEPICTURE "课堂深度探究LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课堂深度探究LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
知识点一　原子核的组成和同位素　核力
1．原子核
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。
4．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。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。
INCLUDEPICTURE "例1LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例1LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　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
INCLUDEPICTURE "例2LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例2LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　(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
INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
知识点二　三种射线的性质
INCLUDEPICTURE "23RJ1.TIF" INCLUDEPICTURE "23RJ1.TIF" \* MERGEFORMAT
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，用一张薄薄的铝箔就能挡住 较强，不能穿透几毫米厚的铝片 极强，能穿过厚的铅板和混凝土
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。
INCLUDEPICTURE "MV3.TIF" INCLUDEPICTURE "MV3.TIF" \* MERGEFORMAT
(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。
3．三种射线的穿透能力比较
INCLUDEPICTURE "JKBT24.TIF" INCLUDEPICTURE "JKBT24.TIF" \* MERGEFORMAT
INCLUDEPICTURE "例3LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例3LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　如图所示，放射性元素镭释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是(　　)
INCLUDEPICTURE "MV6.TIF" INCLUDEPICTURE "MV6.TIF" \* MERGEFORMAT
A．①表示γ射线，③表示α射线
B．②表示β射线，③表示α射线
C．④表示α射线，⑤表示γ射线
D．⑤表示β射线，⑥表示α射线
[解析]　由放射现象中α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线，①⑥是β射线，C正确。
[答案]　C
INCLUDEPICTURE "例4LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例4LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率将大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是(　　)
INCLUDEPICTURE "MV5.TIF" INCLUDEPICTURE "MV5.TIF" \* MERGEFORMAT
A．α和β的混合放射源 B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源 D．纯γ放射源
[解析]　在放射源和计数器之间加上薄铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线，因此放射源可能是α和γ的混合放射源。
[答案]　C
知识点三　原子核的衰变和半衰期
INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
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．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穿越出来，放射性元素就发生了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．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。
INCLUDEPICTURE "例5LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例5LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界中一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，下列选项正确的是(　　)
A．Bi的原子核比Np的原子核少28个中子
B．Np经过衰变变成Bi，衰变过程中产生的α射线可以穿透铅板
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D．Np的半衰期等于任一个Np原子核发生衰变的时间
[解析]　Bi的原子核比Np的原子核少10个质子，质子数和中子数总共少28，故Bi的原子核比Np的原子核少18个中子，故A错误；设需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有93＝2x－y＋83，4x＝237－209，解得x＝7，y＝4，故C正确；α射线穿透能力很弱，无法穿透铅板，故B错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适用，故D错误。
[答案]　C
INCLUDEPICTURE "例6LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例6LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　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(　　)
INCLUDEPICTURE "TKM2.TIF" INCLUDEPICTURE "TKM2.TIF" \* MERGEFORMAT
A．原子核在α衰变过程中，产生的α粒子与反冲核动量不守恒
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]　升高温度或增大压强都不能改变原子核的半衰期，B错误；α衰变或β衰变的过程均满足动量守恒定律，衰变后的α或β粒子和反冲核的速度相反，A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，则大圆和小圆的半径之比应为47∶1，若乙图表示92号元素发生了衰变，则大圆和小圆的半径之比为90∶2＝45∶1，D错误。
[答案]　C
INCLUDEPICTURE "例7LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例7LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过24天后，该药物中碘131的含量大约还有(　　)
A． B．
C． D．
[解析]　半衰期公式为m′＝m，由题可知τ＝8天，t＝24天，代入解得m′＝。
[答案]　B
eq \o(\s\up7( INCLUDEPICTURE "随堂巩固落实LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "随堂巩固落实LLL.TIF" \* MERGEFORMAT ),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(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。
2．(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。
3．(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。
4．(原子核的衰变)把一块铀矿石放在一只玻璃管内，过几天在管内发现了氦气。已知矿石中存在铀核U，则在此过程中(　　)
A．涉及的反应方程式为U→Th＋He
B．放入矿石后至少需等待一个半衰期才有氦气产生
C．矿石中的铀核发生α衰变生成氦原子
D．矿石必须达到一定质量才有氦气产生
解析：选A。铀核自发进行α衰变和β衰变，会涉及α衰变方程，即U→Th＋He，故A正确；半衰期是原子核半数发生衰变所需要的时间，是一种针对大量原子核的统计规律，因此无需等待一个半衰期才产生氦气，故B错误；铀核自发进行α衰变和β衰变，放出电子和氦核，两种微粒组合会形成氦原子，大量的氦原子就形成了氦气，故C错误；只要存在铀核便会发生α衰变和β衰变，无需达到一定质量，故D错误。
5．(原子核的衰变和半衰期)铯－137(Cs)无色无味，会发生 β衰变同时释放γ射线，半衰期约30年，放射性较强，如果人接触到一定剂量，会对人体造成伤害甚至致死。下列说法正确的是(　　)
A．铯－137发生β衰变时，原子核中放出一个电子
B．铯－137发生β衰变时释放的γ射线，来自铯－137
C．β粒子的速度为光速的十分之一
D．一定量的铯－137，经过60年将全部衰变完
解析：选A。铯－137发生β衰变时，原子核中放出一个电子，衰变过程中的电子是由核内中子转化为质子时释放出来的，故A正确；铯－137发生β衰变时释放的γ射线，来自衰变产生的新核，故B错误；β粒子速度约为光速的十分之九，故C错误；一定量的铯－137，经过60年即经过两个半衰期，还剩原来的没有衰变，故D错误。INCLUDEPICTURE "课后达标检测LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课后达标检测LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
INCLUDEPICTURE "基础对点练.TIF" INCLUDEPICTURE "基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT
题组1　原子核的组成
1．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。
2．(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。
3．(多选)Ra是Ra的一种同位素，对于这两种镭的原子核而言，下列说法正确的是(　　)
A．它们具有相同的质子数和不同的质量数
B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数
C．它们具有相同的电荷数和不同的中子数
D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质
解析：选AC。原子核的原子序数与核内质子数、电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和。由此知这两种镭的原子核质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因它们的核外电子数相同，故它们的化学性质也相同。故A、C正确。
题组2　三种射线的性质
4．下列现象中，说明原子核具有复杂结构的是(　　)
A．光电效应 B．α粒子的散射
C．天然放射现象 D．康普顿效应
解析：选C。光电效应表明了光具有粒子性，故A错误；α粒子的散射实验表明原子具有核式结构，故B错误；天然放射现象反映了原子核具有复杂的结构，故C正确；康普顿效应说明光具有粒子性，光子和实物粒子一样，具有能量和动量，光子和电子碰撞过程中能量守恒，动量也守恒，故D错误。
5．(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(　　)
INCLUDEPICTURE "MV9.TIF" INCLUDEPICTURE "MV9.TIF" \* MERGEFORMAT
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，最终亮斑不可能只剩下b处，故A、C正确，B、D错误。
6．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(　　)
INCLUDEPICTURE "24CR23.TIF" INCLUDEPICTURE "24CR23.TIF" \* MERGEFORMAT
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射线能贯穿纸，但遇到几毫米厚的铝板就不能穿过了，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。
题组3　原子核的衰变
7．原子序数为n的某放射性元素经过1次α衰变和1次β衰变，衰变后元素的原子序数为(　　)
A．n－2 B．n－1
C．n＋1 D．n＋2
解析：选B。某放射性元素经过1次α衰变和1次β衰变共产生1个He和1个e，所以质子数减少2×1＋1×(－1)＝1，衰变后元素的原子序数为n－1，B正确，A、C、D错误。
8．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(　　)
INCLUDEPICTURE "23RJ5.TIF" INCLUDEPICTURE "23RJ5.TIF" \* MERGEFORMAT
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，可得半径公式为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。
题组4　半衰期
9．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。
10．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。
INCLUDEPICTURE "综合提升练.TIF" INCLUDEPICTURE "综合提升练.TIF" \* MERGEFORMAT
11．(多选)钍(Th)是一种放射性金属元素，带钢灰色光泽，质地柔软，广泛分布在地壳中，是一种前景十分可观的能源材料。已知钍发生衰变的半衰期为24天，关于钍的衰变，下列说法正确的是(　　)
A．衰变放出的γ射线具有很强的穿透能力
B．钍原子发生一次β衰变，原子核放出一个电子
C．β射线是高速电子流，它的电离能力比α射线强
D．现在有160个钍原子，经过72天后，未衰变的钍原子个数为20个
解析：选AB。衰变放出的γ射线具有很强的穿透能力，A正确；钍原子发生一次β衰变，原子核内的一个中子转化为一个质子，放出一个电子，B正确；β射线是高速电子流，它的电离能力比α射线弱，C错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少数原子核是没有意义的，D错误。
12．应用放射性元素U的衰变规律，可以测定矿石、地层的生成年代，这种方法称为铀铅法。放射性元素U经过x次α衰变和y次β衰变，最终形成铅的稳定同位素Pb，同时释放出γ射线，则(　　)
A．x＝6，y＝8
B．U与U的半衰期一定相同
C．每发生一次β衰变，将有一个中子转化为一个质子
D．γ射线是由核外电子从高能级向低能级跃迁产生的
解析：选C。根据质量数和电荷数守恒可知，2x－y＋82＝92，238＝206＋4x，解得x＝8，y＝6，故A错误；不同的同位素有不同的半衰期，故B错误；β衰变的实质是原子核内的一个中子转化为质子同时生成一个电子，每发生一次β衰变，将有一个中子转化为一个质子，故C正确；放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线，故D错误。
13．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(　　)
INCLUDEPICTURE "TKM4.TIF" INCLUDEPICTURE "TKM4.TIF" \* MERGEFORMAT
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，磁场方向垂直于纸面向里，故二者均带正电，且电荷量之比为85∶1，故A、C、D错误，B正确。
14．(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：选D。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，Pu衰变为U时产生He，即α粒子，故A、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D正确，C错误。(共3张PPT)
章末知识网络建构
感谢观看
THANKS第4节　核裂变　核聚变
第5节　粒子物理学发展概况(略)
INCLUDEPICTURE "学习目标LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "学习目标LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
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。
INCLUDEPICTURE "课前知识梳理LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课前知识梳理LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
一、核裂变
1．重核被中子轰击后分裂成几个中等质量原子核的核反应现象称为核裂变。
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。
二、链式反应
1．如果一个反应过程的产物能够再次引发这种反应，从而使反应一旦开始后就能自动延续下去，这样的反应称为链式反应。
2．为了保证裂变时产生的中子不会轻易逃逸出去，必须使铀块有足够大的体积。我们把能够发生链式反应的裂变物质的最小体积叫作临界体积。
三、核反应堆
1．核反应堆是一种人为可控的核裂变链式反应装置。
2．慢中子反应堆：铀235能俘获慢中子，而不易俘获快中子。为此在铀棒周围放置慢化剂，常用作慢化剂的物质有普通水、重水和石墨。
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入一些控制棒。制造控制棒的材料是镉或硼等能强烈吸收中子的物质，当反应过于剧烈时，就把控制棒插入得深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些。反之则把控制棒向外拔出一些。
四、核电站
核能发电指利用核反应堆中核裂变所释放出的核能进行发电。这些核能先转变成水的内能，使水变成高温高压的蒸汽，去推动汽轮发电机发电。
五、核聚变
1．把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应，简称核聚变。
2．要启动上述核聚变反应，必须要上亿摄氏度的温度，使H核和H核具有足够的动能克服库仑斥力进入核力作用范围之内。因此，核聚变反应也称热核反应。
3．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。
六、受控热核反应
磁约束和惯性约束
INCLUDEPICTURE "深化辨析LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "深化辨析LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
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。(　　)
提示：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√
INCLUDEPICTURE "课堂深度探究LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课堂深度探究LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
知识点一　重核的裂变
　　　　　　　　　　　　　　　
INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
图为重核裂变的链式反应。
INCLUDEPICTURE "23RJ10.TIF" INCLUDEPICTURE "23RJ10.TIF" \* MERGEFORMAT
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：
①U＋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
INCLUDEPICTURE "例1LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例1LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　下列核反应属于裂变反应的是(　　)
A．O＋n→N＋H
B．Si＋H→P＋n
C．U＋n→Ba＋Kr＋3n
D．Ra→Rn＋He
[解析]　A、B表示的两个核反应都属于原子核的人工转变，D表示的核变化属于放射性元素原子核的衰变，只有C表示的核反应才属于原子核的裂变反应，故A、B、D错误，C正确。
[答案]　C
INCLUDEPICTURE "例2LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例2LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和原子核X，同时放出三个中子，核反应方程是U＋n→Ba＋X＋3 n，下列说法正确的是(　　)
A．原子核X的质量数为88
B．原子核X的中子数为55
C．U的比结合能比Ba的比结合能小
D．U的比结合能比Ba的比结合能大
[解析]　根据质量数和电荷数守恒得核反应方程是U＋n→Ba＋X＋3n，原子核X的质量数为89，A错误；原子核X的中子数为89－36＝53，B错误；比结合能是原子核稳定程度的量度，生成物比反应物更稳定，则U的比结合能比Ba的比结合能小，C正确，D错误。
[答案]　C
角度2　重核裂变中的能量计算
INCLUDEPICTURE "例3LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例3LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核 Th(原子质量为228.028 7 u)。已知1 u相当于931.5 MeV的能量。铀核的衰变反应方程为U→Th＋He，算出该衰变反应中释放出的核能约为(　　)
A．5.35 MeV B．5.5 MeV
C．10.35 MeV D．10.5 MeV
[解析]　由质能方程得ΔE＝Δmc2＝(232.037 2－4.002 6－228.028 7)×931.5 MeV＝5.495 85 MeV≈5.5 MeV。
[答案]　B
知识点二　核电站的工作原理
INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
慢中子反应堆的示意图如图所示。
INCLUDEPICTURE "MV29A.TIF" INCLUDEPICTURE "MV29A.TIF" \* MERGEFORMAT
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剧烈程度？
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。
INCLUDEPICTURE "例4LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例4LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成，分别是(　　)
A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统
C．原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统
D．原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统
[解析]　原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀(铀235占2%～4%)制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用减速剂(如石墨、重水、普通水)，让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；控制调节系统用于调节中子的数目以控制反应速度，它由镉做成的放置在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全。
[答案]　A
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
角度1　核聚变的理解
INCLUDEPICTURE "例5LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例5LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　2024年2月29日，国际热核聚变实验堆(ITER)组织与中核集团牵头的中法联合体正式签署真空室模块组装合同，中国将再次为ITER计划顺利推进贡献智慧和力量。下列核反应方程，属于热核反应的是(　　)
A．H＋H→He＋n
B．N＋He→O＋H
C．U→Th＋He
D．U＋n→Ba＋Kr＋3n
[解析]　太阳内部的两个轻核结合成质量较大的核，可在瞬间产生大量热能，发生的反应是热核反应，核反应方程为H＋H→He＋n。
[答案]　A
角度2　核聚变中核能的计算
INCLUDEPICTURE "例6LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例6LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为 2.014 1 u，氦核质量为 4.002 6 u。
(1)写出相应的核反应方程。
(2)求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量。已知：阿伏伽德罗常量NA为6.0×1023 mol－1，氘核的摩尔质量为2 g/mol，1 u相当于931.5 MeV的能量。(结果保留2位有效数字)
[解析]　(1)核聚变反应的方程为
H＋H→He。
(2)两个氘核结合成一个氦核时释放的能量
ΔE＝Δmc2＝(2×2.014 1 u－4.002 6 u)c2
＝0.025 6×931.5 MeV＝23.846 4 MeV
由于1 kg氘中含有n对的氘核，n＝×(×NA)＝×(×6.0×1023)＝1.5×1026
1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量
E＝nΔE＝1.5×1026×23.846 4 MeV≈3.6×1027 MeV。
[答案]　(1)H＋H→He　(2)3.6×1027 MeV
eq \o(\s\up7( INCLUDEPICTURE "随堂巩固落实LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "随堂巩固落实LLL.TIF" \* MERGEFORMAT ),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(重核的裂变)一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U＋n→X＋Sr＋2n，则下列叙述正确的是(　　)
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有141个核子
C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2可知，裂变后的总质量数增加
D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
解析：选A。X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；中子数为(235－92)＋1－(94－38)－2＝86个，A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误。
2．(核电站的工作原理)目前核电站利用的是(　　)
A．氘为核燃料的裂变反应
B．铀为核燃料的裂变反应
C．氘为核燃料的聚变反应
D．铀为核燃料的聚变反应
解析：选B。目前核电站利用的能量来自铀为核燃料的裂变反应，以氘为核燃料的聚变反应目前尚不能有效控制进行发电。
3．(核聚变及核能)“人造太阳”实验中的可控热核反应的聚变方程为H＋H→He＋n，反应原料氘(H)富存于海水中，氚(H)可以用中子轰击锂核(Li)得到，则关于中子轰击锂核(Li)产生一个氚核(H)和一个新核，下列说法正确的是(　　)
A．该核反应方程为Li＋n→He＋H
B．核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱
C．在中子轰击锂核(Li)的核反应生成物中有α粒子，故该核反应属于α衰变
D．核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，故核聚变过程不能释放出核能
解析：选B。根据题意及质量数守恒和电荷数守恒可得中子轰击锂核的核反应方程为Li＋n→He＋H，故A错误；核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱，故B正确；伴随着天然放射现象发生的衰变中产生α粒子，这样的核反应属于α衰变，而中子轰击锂核的核反应是原子核的人工转变，不属于α衰变，故C错误；核反应中释放的核能来源于核反应过程中的质量亏损，与核反应的条件无关，核聚变过程释放核能，故D错误。
4．(核裂变与核聚变)(多选)轻核聚变的一个核反应方程为H＋H→He＋X，若已知H的质量为m1，H的质量为m2，He的质量为m3，X的质量为m4，则下列说法正确的是(　　)
A．H和H在常温下就能够发生聚变
B．X是中子
C.这个反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
D．我国大亚湾核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的
解析：选BC。 H和H在高温下才能够发生聚变，A错误；核反应方程为H＋H→He＋n，X是中子，B正确；这个反应释放的核能ΔE＝c2，C正确；我国大亚湾核电站是利用核裂变释放的能量来发电的，D错误。章末过关检测(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，只有一个选项符合题目要求)
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。在泄漏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(　　)
INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-43.TIF" INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-43.TIF" \* MERGEFORMAT
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.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(　　)
INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-34.TIF" INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-34.TIF" \* MERGEFORMAT
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：选AC。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。
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(　　)
INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-44.TIF" INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-44.TIF" \* MERGEFORMAT
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)
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。机组利用铀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)一个静止的铀核U衰变为钍核，释放出一个α粒子。已知铀核的质量为238.007 u，钍核(其元素符号为Th)的质量为234.038 u，α粒子质量为3.897 u，1 u相当于931.5 MeV，请完成以下问题。
(1)写出核反应方程。(4分)
(2)求此衰变过程释放的核能为多少MeV？(保留2位有效数字)(4分)
解析：(1)核反应方程为U→He＋Th。
(2)设m1＝238.007 u ，m2＝234.038 u，m3＝3.897 u
则质量亏损Δm＝m1－m2－m3＝0.072 u
根据公式ΔE＝Δmc2
解得释放的核能ΔE≈67 MeV。
答案：(1)U→He＋Th　(2)67 MeV
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．(10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。(6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＝[1－]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．(10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。(4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)c2INCLUDEPICTURE "课后达标检测LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课后达标检测LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
INCLUDEPICTURE "基础对点练.TIF" INCLUDEPICTURE "基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT
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．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＋ y36Kr＋3n＋γ，反应产物Ba会发生β衰变。已知核U、Ba、 y36Kr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：选B。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→X＋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。
题组2　核聚变及核能
5．下列核反应方程中，属于太阳内部核聚变反应方程的是(　　)
A．U→Th＋He
B．N＋He→O＋H
C．U＋n→Ba＋Kr＋3n
D．H＋H→He＋n
解析：选D。A反应是α衰变方程；B是原子核的人工转变方程；C是重核裂变方程；D是轻核聚变方程，也是太阳内部核聚变反应方程。
6．D(氘)和T(氚)发生核反应会产生氦核，核反应方程是H＋H→He＋X。关于该核反应下列说法正确的是(　　)
A．该反应为α衰变
B．方程中的X是卢瑟福发现的
C．H的比结合能比He的大
D．反应后核子的平均质量减小
解析：选D。该反应为聚变反应，不是α衰变，A错误；根据质量数和电荷数守恒可知，方程中的X表示中子n，是查德威克发现的，B错误；聚变反应释放能量，有质量亏损，反应后核子的平均质量减小，H的比结合能比He的小，C错误，D正确。
7．20世纪60年代，我国以国防为主的尖端科技取得了突破性的发展。1964年，我国第一颗原子弹试爆成功；1967年，我国第一颗氢弹试爆成功。关于原子弹和氢弹，下列说法正确的是(　　)
A．原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研制的
B．原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研制的
C．原子弹是根据核裂变原理研制的，氢弹是根据核聚变原理研制的
D．原子弹是根据核聚变原理研制的，氢弹是根据核裂变原理研制的
解析：选C。原子弹是根据重核裂变研制的，而氢弹是根据轻核聚变研制的，故A、B、D错误，C正确。
8．从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳的求知探索从未停歇。太阳的能量由核反应提供，其中一种反应序列包含核反应：He＋He→He＋2X，下列说法正确的是(　　)
A．X是中子
B．该反应有质量亏损
C．He比He的质子数多
D．该反应是裂变反应
解析：选B。根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，可知X是质子，故A错误；两个轻核结合成质量较大的核，核反应属于聚变反应，反应过程存在质量亏损，释放能量，故B正确，D错误；He与He的质子数相同，均为2个质子，故C错误。
INCLUDEPICTURE "综合提升练.TIF" INCLUDEPICTURE "综合提升练.TIF" \* MERGEFORMAT
9．关于核反应的知识，下列说法正确的是(　　)
A．Rn→Po＋X，X是α粒子
B．He＋Al→P＋n是聚变方程
C．一个静止的硒核发生衰变Se→Kr＋2e，反应前后质量守恒
D.核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n是太阳中主要进行的热核反应之一
解析：选A。由质量数和电荷数守恒知，X为He即α粒子，故A正确；He＋Al→P＋n为人工转变，故B错误；由方程式可知，一个静止的硒核发生β衰变放出能量，则质量发生亏损，故C错误；U＋n→Ba＋Kr＋3n为核裂变，太阳中主要进行的热核反应为核聚变，故D错误。
10．我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核(Mg)放出两个质子后变成氖核(Ne)，同时放出γ射线，核反应方程为：Mg→Ne＋2H。下列说法错误的是(　　)
A．Z＝10，A＝20
B．γ射线具有很强的穿透本领
C．该反应属于核裂变
D．该反应一定释放能量
解析：选C。根据反应过程中满足质量数和电荷数守恒可知Z＝12－2×1＝10，A＝22－2×1＝20，故A正确，不符合题意；γ射线具有很强的穿透本领，故B正确，不符合题意；核裂变是在中子的轰击下一个重的原子核分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出多个中子，该反应不属于核裂变，故C错误，符合题意；该反应存在质量亏损，一定释放能量，故D正确，不符合题意。
11．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(　　)
INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-40.TIF" INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-40.TIF" \* MERGEFORMAT
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：选A。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。
12．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(　　)
INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-41.TIF" INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-41.TIF" \* MERGEFORMAT
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。
13．(10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，阿伏伽德罗常量取6.02×1023 mol－1，结果均保留3位有效数字)(4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37张PPT)
章末过关检测(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，只有一个选项符合题目要求)
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。
√
√
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。
(2)求此衰变过程释放的核能为多少MeV？(保留2位有效数字)(4分)
解析：设m1＝238.007 u ，m2＝234.038 u，m3＝3.897 u
则质量亏损Δm＝m1－m2－m3＝0.072 u
根据公式ΔE＝Δmc2
解得释放的核能ΔE≈67 MeV。
答案：67 MeV
(2)求Pb核的质量。(4分)
14．(10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。(6分)
答案：90亿年
(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)第3节　核反应　结合能
INCLUDEPICTURE "学习目标LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "学习目标LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。
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。
INCLUDEPICTURE "课前知识梳理LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课前知识梳理LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
　　　　　　　　　　　　　　　　
一、核反应
1．1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子的同时，发现氮原子变成了氧原子，产生了氧的一种同位素——O，即He＋N―→O＋H，这是人类历史上第一次实现了原子核结构的人工转变。
2．原子核与原子核，或者原子核与其他粒子相互作用产生新核的过程，叫作核反应。大量实验表明，在核反应中，质量数和电荷数都守恒。
二、原子核结合能
1．结合能
试图将原子核中的核子拆散为质子和中子，要克服核力做巨大的功。同样，要把两个分散的核子聚集到强相互作用力的作用范围，结合成一个原子核，核力做功而释放出巨大的能量。这种由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量称为原子核的结合能。
2．质量亏损
在核反应过程的前后，原子核的总质量并不相等，通过精确计算表明，氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫作质量亏损。
3．质能方程：E＝mc2
三、比结合能曲线
1．比结合能
一般来说，组成原子核的核子数越多，其结合能也越大。把原子核的结合能ΔE除以核子数A，即，称为原子核的比结合能，也叫平均结合能。不同种类的原子核其比结合能不同，比结合能越大，核就越稳定。比结合能是原子核稳定程度的量度。
2．比结合能曲线
比结合能曲线如图所示，曲线中间高两头低，中等质量的原子核(A＝40～120)的比结合能较大，这表明中等质量的核最稳定。质量较大的重核(A>120)和质量较小的轻核(A<40)比结合能都较小，且轻核的比结合能曲线还有较大起伏。
INCLUDEPICTURE "JKBT25.TIF" INCLUDEPICTURE "JKBT25.TIF" \* MERGEFORMAT
INCLUDEPICTURE "深化辨析LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "深化辨析LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
判断下列说法是否正确。
(1)在核反应中，质量数和电荷数都守恒。(　　)
(2)若核反应过程前后，原子核的质量有亏损，则一定释放能量。(　　)
(3)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量。　(　　)
(4)比结合能越大，原子核越稳定。(　　)
(5)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系。(　　)
提示：(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√
INCLUDEPICTURE "课堂深度探究LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课堂深度探究LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
知识点一　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＋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
INCLUDEPICTURE "例1LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例1LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　(多选)1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发生的核反应方程为Al＋He―→P＋X，反应生成物P像天然放射性元素一样发生衰变，放出正电子e，且伴随产生中微子ν，核反应方程为P―→Si＋e＋ν。下列说法正确的是(　　)
A．核反应生成物X是质子
B．中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0
C．当温度、压强等条件变化时，放射性元素 P 的半衰期随之变化
D．正电子产生的原因是原子核内的质子转化为中子的同时将正电子释放出来
[解析]　根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，核反应生成物X质量数为1，电荷数为0，是中子，A错误；根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0，B正确；温度、压强等条件对半衰期无影响，C错误；正电子产生的原因是原子核内的质子转化为中子的同时将正电子释放出来，D正确。
[答案]　BD
知识点二　结合能和比结合能
INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
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。结合能是把分散的核子结合成原子核的过程中所释放的能量，并不是原子核具有的能量。
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。
INCLUDEPICTURE "MV23.TIF" INCLUDEPICTURE "MV23.TIF" \* MERGEFORMAT
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
INCLUDEPICTURE "例2LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例2LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　)
A．原子核的比结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．原子核的核子越多，则比结合能越大
D．比结合能越大，原子核越不稳定
[解析]　根据结合能的定义可知，分散的核子结合成原子核时放出的能量叫作原子核的结合能，所以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，原子核的比结合能等于结合能除以核子数，指平均分解出一个自由核子所需要提供的能量，故A错误；重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能，故B正确；原子核的核子越多，则结合能越大，但比结合能不一定越大，质量数为40左右的原子核的比结合能最大，故C错误；比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。
[答案]　B
角度2　原子核的比结合能
INCLUDEPICTURE "例3LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例3LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　下面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散成核子时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要大
[解析]　核子结合成原子核要放出的能量或原子核拆散成核子时要吸收的能量称为结合能，A错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能大的原子核，其结合能不一定大，例如，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，其结合能反而比重核小，B、C错误；中等质量的原子核的比结合能比轻核大，它的原子核内的核子数比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D正确。
[答案]　D
INCLUDEPICTURE "例4LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例4LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　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3　比结合能与质量数A的关系图像
INCLUDEPICTURE "例5LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例5LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　(多选)如图所示，表示原子核的比结合能与质量数A的关系，据此下列说法正确的是(　　)
INCLUDEPICTURE "TKM5.TIF" INCLUDEPICTURE "TKM5.TIF" \* MERGEFORMAT
A．重的原子核，例如铀核 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(U)) ，因为它的核子多，核力大，所以结合得坚固而稳定
B．锂核 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Li)) 的核子的比结合能比铀核 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(U)) 的比结合能小，因而比铀核结合得更坚固更稳定
C．原子核结合的松紧程度可以用“比结合能”来表征，比结合能的定义是每个核子的平均结合能，比结合能越大的原子核越稳定
D．H核的结合能约为2 MeV
[解析]　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，组成原子核的核子数越多，结合能越大，比结合能不一定越大，只有比结合能越大，原子核中的核子才结合得越牢固，原子核越稳定，故C正确，A、B错误；H核的比结合能约为1 MeV，核子数为2，结合能约为2 MeV，故D正确。
[答案]　CD
知识点三　质能方程和核能的计算
INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "问题探究LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
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。
角度1　质能方程的理解
INCLUDEPICTURE "例6LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例6LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　(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
角度2　核能的计算
INCLUDEPICTURE "例7LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例7LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　(多选)中子活化是指将样品用中子照射后，样品中的原子经中子俘获而变得具有放射性的过程。俘获中子后的原子核通常会立即衰变，释放出粒子同时生成新的活化产物。Mg经中子n照射后发生反应，最终生成Na并释放一粒子X，若n、Mg、Na和X的质量分别为 1.008 7 u、23.985 0 u、23.991 0 u、1.007 8 u，1 u 相当于931.5 MeV的能量，下列说法正确的是(　　)
A．反应方程式：n＋Mg→Na＋e
B．Mg具有放射性，能衰变成Na和X
C．生成物的质量减少0.005 1 u
D．反应将吸收能量约4.75 MeV
[解析]　反应方程式为n＋Mg→Na＋H，故A错误；由题意知，Mg俘获中子后，生成的Mg具有放射性，故B正确；反应前后生成物质量变化Δm＝23.991 0 u＋1.007 8 u－1.008 7 u－23.985 0 u＝0.005 1 u，说明生成物的质量增加0.005 1 u，故C错误；生成物的质量增加，所以吸收的能量E＝Δm×931.5 MeV＝4.750 65 MeV，故D正确。
[答案]　BD
INCLUDEPICTURE "例8LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例8LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　已知中子的质量mn ＝ 1.674 9 × 10－27kg，质子的质量mp＝1.672 6 × 10－27kg，氘核的质量mD ＝ 3.343 6 × 10－27kg，真空中的光速c＝3.00 × 108m/s，基本电荷e ＝ 1.60×10－19 C，则氘核的比结合能是多少eV
[解析]　自由核子结合时释放的核能即为氘核的结合能，ΔE ＝ Δmc2，Δm ＝ mp ＋ mn － mD
代入数据解得ΔE ＝ 3.51 × 10 － 13J
可得ΔE＝ eV≈2.19×106 eV
则氘核的比结合能E＝≈1.1×106 eV。
[答案]　1.1 × 106 eV
eq \o(\s\up7( INCLUDEPICTURE "随堂巩固落实LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "随堂巩固落实LLL.TIF" \* MERGEFORMAT ),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(原子核的人工转变)宇宙射线进入地球大气层时同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮核N引发核反应，产生碳核C和原子核X，则X为(　　)
A．H B．H
C．He D．He
解析：选A。根据题意以及电荷数守恒、质量数守恒，得该核反应方程为n＋N―→C＋H，所以原子核X为H，故A正确，B、C、D错误。
2.(对结合能的理解)(多选)如图所示，这是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图像，下列说法正确的是(　　)
INCLUDEPICTURE "WWL25.TIF" INCLUDEPICTURE "WWL25.TIF" \* MERGEFORMAT
A．若原子核D和E结合成F，则结合过程一定会吸收核能
B．若原子核D和E结合成F，则结合过程一定会释放核能
C．若原子核A分裂成B和C，则分裂过程一定会吸收核能
D.若原子核A分裂成B和C，则分裂过程一定会释放核能
解析：选BD。D和E结合成F，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故A错误，B正确；若A能分裂成B和C，则分裂过程有质量亏损，一定要释放能量，故C错误，D正确。
3．(质能方程和核能的计算)已知一种核聚变的方式是两个氘核通过核反应产生一个He核和一个中子，其中氘核的质量为2.013 u，该氦核的质量为3.015 u，中子的质量为1.008 7 u，已知1 u相当于931.5 MeV的能量。
(1)写出核反应方程。
(2)求该核反应方程释放的能量E(计算结果保留4位有效数字)。
解析：(1)核反应方程为H＋H→He＋n。
(2)核反应中的质量亏损
Δm＝2mH－mHe－mn＝0.002 3 u
则释放的能量E＝0.002 3×931.5 MeV≈2.142 MeV。
答案：(1)H＋H→He＋n　(2)2.142 MeV(共26张PPT)
课后达标检测
√
题组1　原子核的组成
1．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。
√
2．(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。
√
√
√
解析：原子核的原子序数与核内质子数、电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和。由此知这两种镭的原子核质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因它们的核外电子数相同，故它们的化学性质也相同。故A、C正确。
√
题组2　三种射线的性质
4．下列现象中，说明原子核具有复杂结构的是(　　)
A．光电效应 B．α粒子的散射
C．天然放射现象 D．康普顿效应
解析：光电效应表明了光具有粒子性，故A错误；
α粒子的散射实验表明原子具有核式结构，故B错误；
天然放射现象反映了原子核具有复杂的结构，故C正确；
康普顿效应说明光具有粒子性，光子和实物粒子一样，具有能量和动量，光子和电子碰撞过程中能量守恒，动量也守恒，故D错误。
√
5．(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
√
√
6．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射线能贯穿纸，但遇到几毫米厚的铝板就不能穿过了，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。
√
题组3　原子核的衰变
7．原子序数为n的某放射性元素经过1次α衰变和1次β衰变，衰变后元素的原子序数为(　　)
A．n－2 B．n－1
C．n＋1 D．n＋2
√
√
题组4　半衰期
9．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：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；
√
√
解析：衰变放出的γ射线具有很强的穿透能力，A正确；
钍原子发生一次β衰变，原子核内的一个中子转化为一个质子，放出一个电子，B正确；
β射线是高速电子流，它的电离能力比α射线弱，C错误；
半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少数原子核是没有意义的，D错误。
√
解析：根据质量数和电荷数守恒可知，2x－y＋82＝92，238＝206＋4x，解得x＝8，y＝6，故A错误；
不同的同位素有不同的半衰期，故B错误；
β衰变的实质是原子核内的一个中子转化为质子同时生成一个电子，每发生一次β衰变，将有一个中子转化为一个质子，故C正确；
放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线，故D错误。
√
√章末知识网络建构
INCLUDEPICTURE "MV38.TIF" INCLUDEPICTURE "MV38.TIF" \* MERGEFORMATINCLUDEPICTURE "课后达标检测LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课后达标检测LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
INCLUDEPICTURE "基础对点练.TIF" INCLUDEPICTURE "基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT
题组1　原子核的人工转变和核反应方程
1.Pu是一种人造同位素，可由下列反应合成：U＋H→Np＋2X，Np→Pu＋Y，期间伴随着γ射线释放，则下列说法正确的是(　　)
A．X为质子
B．U核比Pu核少了2个中子
C．Y是Np核中的一个中子转化成一个质子时产生的
D．γ射线是Np的核外电子从高能级往低能级跃迁时产生的
解析：选C。根据质量数和电荷数守恒可知，U＋H→Np＋2X应为U＋H→Np＋2n，即X为中子，A错误；U的中子数是238－92＝146，Pu的中子数为238－94＝144，U核比Pu核多了2个中子，B错误；根据质量数和电荷数守恒可知，Np→Pu＋Y的核反应方程是Np→Pu＋e，即发生β衰变，β衰变的实质是核内一个中子转化成一个质子，同时释放一个电子，C正确；γ射线是Np核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的，D错误。
2.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(　　)
INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-36.TIF" INCLUDEPICTURE "E26WLXB3O-36.TIF" \* MERGEFORMAT
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，4个核反应方程为N＋He→O＋H，Al＋He→P＋n，B＋H→Be＋He，Li＋H→He＋He，故A、C、D错误，B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．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，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)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
解析：选ABC。结合能是把核子分开所需的最小能量，A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确；核子数越多，结合能越大，C正确；比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，D错误。
4．下列说法正确的是(　　)
A．β衰变现象说明原子核外存在电子
B．Th(钍)核衰变为Pa(镤)核时，衰变前Th核质量大于衰变后Pa核与β粒子的总质量
C．α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的
D．原子核的比结合能越大，则原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)就越大，平均每个核子的质量亏损就越多，原子核越稳定
解析：选B。β衰变的实质是原子核内中子转化为质子过程同时释放电子，故A错误；原子核反应过程释放能量的原因是核反应过程产生质量亏损，故衰变前Th核质量大于衰变后Pa核与β粒子的总质量，故B正确；α粒子散射实验的结果证明原子具有核式结构，故C错误；原子核的比结合能越大，则原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)就越小，平均每个核子的质量亏损就越多，原子核越稳定，故D错误。
题组3　质能方程和核能的计算
5．已知中子的质量为1.674 9×10－27 kg，质子的质量为1.672 6×10－27 kg，氘核的质量为 3.343 6×10－27 kg，光速c＝3×108 m/s，以下说法正确的是(　　)
A．氘核的结合能约为1.1 MeV
B．氘核的比结合能约为1.1 MeV
C．氘核的比结合能约为1.76×10－11 J
D．一个质子与一个中子结合为氘核需要吸收能量
解析：选B。中子质量记为m1，质子质量记为m2，氘核质量记为m3，氘核是由1个中子和1个质子构成，一个中子和一个质子形成一个氘核的核反应过程中，反应前后的质量差Δm＝m1＋m2－m3，氘核的结合能ΔE＝Δmc2，单位换算关系1 MeV＝106×1.6×10－19J，代入数据解得ΔE≈2.19 MeV，氘核的比结合能为≈1.10 MeV＝1.76×10－13J，故A、C错误，B正确；由上述分析可知，该反应过程有质量亏损，说明一个质子与一个中子结合为氘核需要放出能量，故D错误。
6．(多选)居里夫妇发现放射性元素镭226的衰变方程为Ra→Rn＋X。已知Ra的半衰期为1 620年， Ra原子核的质量为226.025 4 u，衰变后产生的Rn原子核的质量为222.017 5 u，X原子核的质量为4.002 6 u，1 u相当于931 MeV的能量。对Ra 的衰变，以下说法正确的是(　　)
A．X表示氦原子
B．6 gRa原子核经过1 620年有3 g发生衰变
C．1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9 MeV
D．Ra衰变后比结合能变小
解析：选BC。根据核反应方程的质量数与电荷数守恒，得A＝4，Z＝2，故X是He，表示氦核，不是氦原子，故A错误；Ra的半衰期为1 620年，6 g Ra原子核经过1 620年有3 g发生衰变，故B正确；该反应质量亏损Δm＝226.025 4 u－222.017 5 u－4.002 6 u＝0.005 3 u，因1 u相当于931 MeV的能量，则1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9 MeV，故C正确；Ra衰变后变成Rn，放出能量，则其比结合能变大，故D错误。
7．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。根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，X为氕核H，A、B错误；根据质能方程可知，由于质量亏损，核反应放出的能量为E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2，C错误，D正确。
8．核反应原料钍234(Th )的半衰期为1.2 min，其衰变方程为Th→Pa＋e。已知Th原子核质量为m，下列说法正确的是(　　)
A．Th发生的是α衰变
B．Pa原子核质量小于m
C．在Th衰变过程中吸收能量
D．100个Th原子核经过2.4 min，一定有75个发生了衰变
解析：选B。根据Th的衰变方程可知，其发生的是β衰变，故A错误；Th原子核质量为m，其为反应物，衰变过程中有质量亏损，则有m>mPa＋me，所以Pa原子核质量小于m，亏损的质量以能量的形式辐射而出，故B正确，C错误；半衰期是对大量原子核衰变的统计学规律，只对大量的原子核才有意义，故D错误。
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9．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(　　)
INCLUDEPICTURE "TKM6.TIF" INCLUDEPICTURE "TKM6.TIF" \* MERGEFORMAT
A．U核的结合能比Kr核的大
B．92U核比Kr核稳定
C．两个H核结合成He释放28 MeV能量
D．Li核的结合能约为15 MeV
解析：选A。核子数越多，结合能越大，则U核的结合能比Kr核的大，A正确；比结合能越大，原子核越稳定，由题图可知Kr核的比结合能比U核的大，则Kr 核比U核稳定，B错误；由题图可知He核的比结合能约为7 MeV，则He核的结合能约为4×7 MeV＝28 MeV，根据结合能定义可知，单个自由的核子结合成He核释放的能量为28 MeV，则两个H核结合成He 释放的能量必定小于28 MeV，C错误；由题图可知Li核的比结合能约为5 MeV，则Li核的结合能约为6×5 MeV＝30 MeV，D错误。
10．(多选)设钚的同位素离子Pu静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出α粒子以后，变成铀的一个同位素离子。已知钚核质量m1＝238.999 65 u，铀核质量m2＝234.993 47 u，α粒子的质量m3＝4.001 40 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，则(　　)
A．α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Rα∶RU＝46∶1
B．α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比 Rα∶RU＝235∶4
C．α粒子的动能为4.4 MeV
D．α粒子的动能为44 MeV
解析：选AC。核反应方程为Pu→He＋U，该反应放出的核能ΔE＝(m1－m2－m3)c2＝0.004 78×931.5 MeV＝4.452 57 MeV，又因为反应过程遵循动量守恒和能量守恒，所以有m2v2＝m3v3，ΔE＝Ek2＋Ek3，解得Ek3≈4.4 MeV，故C正确，D错误；由qvB＝m可知Rα∶RU＝qU∶qα＝92∶2＝46∶1，故A正确，B错误。
11．(10分)(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。(4分)
(2)计算这一过程中所释放的核能。(6分)
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
12．(12分)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。(4分)
(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。(4分)
(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。(4分)
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)由动量守恒定律有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)(共25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。
√
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：A反应是α衰变方程；B是原子核的人工转变方程；C是重核裂变方程；D是轻核聚变方程，也是太阳内部核聚变反应方程。
√
解析：该反应为聚变反应，不是α衰变，A错误；
√
7．20世纪60年代，我国以国防为主的尖端科技取得了突破性的发展。1964年，我国第一颗原子弹试爆成功；1967年，我国第一颗氢弹试爆成功。关于原子弹和氢弹，下列说法正确的是(　　)
A．原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研制的
B．原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研制的
C．原子弹是根据核裂变原理研制的，氢弹是根据核聚变原理研制的
D．原子弹是根据核聚变原理研制的，氢弹是根据核裂变原理研制的
解析：原子弹是根据重核裂变研制的，而氢弹是根据轻核聚变研制的，故A、B、D错误，C正确。
√
解析：根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，可知X是质子，故A错误；
两个轻核结合成质量较大的核，核反应属于聚变反应，反应过程存在质量亏损，释放能量，故B正确，D错误；
√
由方程式可知，一个静止的硒核发生β衰变放出能量，则质量发生亏损，故C错误；
√
解析：根据反应过程中满足质量数和电荷数守恒可知Z＝12－2×1＝10，A＝22－2×1＝20，故A正确，不符合题意；
γ射线具有很强的穿透本领，故B正确，不符合题意；
核裂变是在中子的轰击下一个重的原子核分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出多个中子，该反应不属于核裂变，故C错误，符合题意；
该反应存在质量亏损，一定释放能量，故D正确，不符合题意。
√
√
解析：不同原子核的半衰期不同，A正确；
β衰变释放电子，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。
13．(10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，阿伏伽德罗常量取6.02×1023 mol－1，结果均保留3位有效数字)(4分)
答案：2.00×104 kg(共41张PPT)
第3节　核反应　结合能
学习目标
1．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。
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
2．原子核与原子核，或者原子核与其他粒子相互作用产生新核的过程，叫作_________。大量实验表明，在核反应中，_________和电荷数都守恒。
质子
核反应
质量数
二、原子核结合能
1．结合能
试图将原子核中的核子拆散为质子和中子，要克服核力做巨大的功。同样，要把两个分散的核子聚集到强相互作用力的作用范围，结合成一个原子核，核力做功而释放出巨大的能量。这种由分散的核子结合成原子核的过程中所_________的能量称为原子核的_________。
释放出
结合能
2．质量亏损
在核反应过程的前后，原子核的总质量并不相等，通过精确计算表明，氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫作____________。
3．质能方程：E＝mc2
质量亏损
比结合能
稳定
2．比结合能曲线
比结合能曲线如图所示，曲线中间高两头低，中等质量的原子核(A＝40～120)的比结合能______，这表明中等质量的核_________。质量较大的重核(A>120)和质量较小的轻核(A<40)比结合能都______，且轻核的比结合能曲线还有较大起伏。
较大
最稳定
较小
判断下列说法是否正确。
(1)在核反应中，质量数和电荷数都守恒。(　　)
(2)若核反应过程前后，原子核的质量有亏损，则一定释放能量。(　　)
(3)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量。　(　　)
(4)比结合能越大，原子核越稳定。(　　)
(5)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　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
√
√
[解析]　根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，核反应生成物X质量数为1，电荷数为0，是中子，A错误；
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0，B正确；
温度、压强等条件对半衰期无影响，C错误；
正电子产生的原因是原子核内的质子转化为中子的同时将正电子释放出来，D正确。
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？
提示：不是。结合能是把分散的核子结合成原子核的过程中所释放的能量，并不是原子核具有的能量。
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。
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
　　　关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　)
A．原子核的比结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．原子核的核子越多，则比结合能越大
D．比结合能越大，原子核越不稳定
[解析]　根据结合能的定义可知，分散的核子结合成原子核时放出的能量叫作原子核的结合能，所以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，原子核的比结合能等于结合能除以核子数，指平均分解出一个自由核子所需要提供的能量，故A错误；
重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能，故B正确；
原子核的核子越多，则结合能越大，但比结合能不一定越大，质量数为40左右的原子核的比结合能最大，故C错误；
比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。
角度2　原子核的比结合能
　　　下面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散成核子时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要大
√
[解析]　核子结合成原子核要放出的能量或原子核拆散成核子时要吸收的能量称为结合能，A错误；
比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能大的原子核，其结合能不一定大，例如，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，其结合能反而比重核小，B、C错误；
中等质量的原子核的比结合能比轻核大，它的原子核内的核子数比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D正确。
√
√
√
[解析]　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，组成原子核的核子数越多，结合能越大，比结合能不一定越大，只有比结合能越大，原子核中的核子才结合得越牢固，原子核越稳定，故C正确，A、B错误；
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？
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。
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。
√
角度1　质能方程的理解
　　　(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。
√
√
反应前后生成物质量变化Δm＝23.991 0 u＋1.007 8 u－1.008 7 u－23.985 0 u＝0.005 1 u，说明生成物的质量增加0.005 1 u，故C错误；
生成物的质量增加，所以吸收的能量E＝Δm×931.5 MeV＝4.750 65 MeV，故D正确。
　　　已知中子的质量mn ＝ 1.674 9 × 10－27kg，质子的质量mp＝1.672 6 × 10－27kg，氘核的质量mD ＝ 3.343 6 × 10－27kg，真空中的光速c＝3.00 × 108m/s，基本电荷e ＝ 1.60×10－19 C，则氘核的比结合能是多少eV
[答案]　1.1 × 106 eV
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
2.(对结合能的理解)(多选)如图所示，这是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图像，下列说法正确的是(　　)
A．若原子核D和E结合成F，则结合过程一定会吸收核能
B．若原子核D和E结合成F，则结合过程一定会释放核能
C．若原子核A分裂成B和C，则分裂过程一定会吸收核能
D.若原子核A分裂成B和C，则分裂过程一定会释放核能
√
√
解析：D和E结合成F，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故A错误，B正确；
若A能分裂成B和C，则分裂过程有质量亏损，一定要释放能量，故C错误，D正确。
(2)求该核反应方程释放的能量E(计算结果保留4位有效数字)。
解析：核反应中的质量亏损
Δm＝2mH－mHe－mn＝0.002 3 u
则释放的能量E＝0.002 3×931.5 MeV≈2.142 MeV。
答案：2.142 MeV

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