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(共42张PPT)
第5章　原子核与核能
第1节　认识原子核
学习目标
1．知道什么是放射性及放射性元素。　2.了解三种射线的本质，知道其特点。　3.了解原子核的组成，知道原子核的表示方法，理解原子序数、核电荷数、质量数之间的关系。　4.了解同位素的概念。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、天然放射现象的发现
1．1896年，法国物理学家____________发现某些物质具有放射性。
2．物质能自发地放出______的现象称为天然放射现象，物质放出______的这种性质称为放射性，具有放射性的元素，称为放射性元素。
3．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为___________和___________。
贝可勒尔
射线
射线
钋(Po)
镭(Ra)
二、认识三种放射线
1．α射线：高速运动的____________粒子流，射出时的速率可达0.1c，α射线有很强的______作用，很容易使空气电离，使照相底片感光的作用增强，但它的______能力很弱，在空气中只能飞行几厘米，_____________________就能将它挡住。
2．β射线：高速运动的_________，射出时的速率可达0.99c，穿透能力较强，能穿透几毫米厚的铝板，但______作用较弱。
3．γ射线：波长很短的电磁波，____________很强，能穿透几厘米厚的______，但电离作用很弱。
氦原子核
电离
穿透
一张铝箔或一张薄纸
电子流
电离
穿透能力
铅板
三、质子和中子的发现
1．质子的发现：1919年，卢瑟福用_______轰击氮原子核的实验，发现了质子，质子是_________的组成部分。
2．中子的发现：卢瑟福猜想原子核内可能还存在着质量跟质子______的_________的中性粒子，并将其称为中子。查德威克利用云室进行实验验证了______的存在，中子是原子核的组成部分。
α粒子
原子核
相近
不带电
中子
四、原子核的组成
1．原子核的组成：原子核由______和______组成，质子和中子统称为______。
2．原子核的符号
质子
中子
核子
4．核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称为核反应，用原子核符号描述核反应过程的式子称为核反应方程。大量研究发现，在核反应中，质量数和核电荷数守恒，即核反应后的质量数等于核反应前的质量数，核反应后的核电荷数等于核反应前的核电荷数。
卢瑟福发现质子的核反应方程：_________________________________。
查德威克发现中子的核反应方程：__________________________________。
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)β射线能穿透几毫米厚的铅板。(　　)
(6)γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱。(　　)
×　
×　
√
×　
×　
√
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
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。
√
　 　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。
√
　 　如图，放射性元素镭衰变过程中释放出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。
(1)在这个实验中粒子流A是什么粒子？
[提示]　A为中子流。
(2)粒子流B又是什么粒子？
[提示]　B为质子流。
知识点二　原子核的组成和同位素的特点
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：
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。
角度1　原子核的组成
　 　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．天然放射性现象
[解析]　原子核的天然放射现象说明原子核有复杂的结构。
√
　 　卢瑟福发现质子后，猜想原子核中还有中子的存在，他的主要依据是(　　)
A．原子核外电子数与质子数相等
B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍
C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些
D．质子和中子的质量几乎相等
[解析]　当卢瑟福发现质子后，接着又发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或者更少一些，因此猜想在原子核内还存在有质量且不带电的中性粒子，即中子。
√
√
角度2　原子核的有关计算
　 　在元素周期表中查到铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，下列说法正确的是(　　)
A．核外有82个电子，核内有207个质子
B．核内有82个电子、125个中子
C．核内有82个质子、207个中子
D．核内有82个质子、207个核子
[解析]　在元素周期表中查到铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，则核外电子数为82个，根据质量数(核子数)等于质子数与中子数之和可知，铅原子核的中子数为207－82＝125个，故D正确，A、B、C错误。
　 　已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226，电子电荷量e＝1.6×10－19 C。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
√
√
[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。
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
√
[解析]　设Y的质量数和电荷数分别为a和b，由核反应方程中质量数守恒和电荷数守恒可知A＋14＝a＋17，Z＋7＝b＋8，a＋7＝2A，b＋3＝2Z，联立解得A＝4，a＝1，Z＝2，b＝1，故D正确。
√
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。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。
√
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为2，电荷数为1，为氘核。
√
√
√(共44张PPT)
第3节　核力与核能
学习目标
1．知道核力的概念、特点和四种基本相互作用。　2.了解结合能和比结合能的概念。　3.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、核力与核的稳定性
1．核力：把原子核中的核子维系在一起的力。
2．核力的特点
(1)核力是短程力。
(2)核力是一种___相互作用。
强
二、四种基本相互作用
1．引力相互作用是所有物体之间都存在的一种相互作用。
2．电磁相互作用是电荷间、磁体间或电荷与磁体间的相互作用。
3．强相互作用和弱相互作用是短程力，作用范围在原子核尺度内。
4．四种相互作用按由强到弱排列：_______________、__________________、_______________、__________________。
强相互作用
电磁相互作用
弱相互作用
引力相互作用
三、结合能与平均结合能
1．原子核的结合能：核子结合成原子核所释放的能量称为原子核的结合能。
2．质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损。
3．爱因斯坦质能方程：_________。
用Δm表示质量亏损，核子结合成原子核时，释放的结合能是ΔE＝Δmc2。
4．平均结合能：原子核的结合能与其_________之比称为该核的平均结合能，又称为比结合能。平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子，原子核越稳定。
E＝mc2
质量数
判断下列说法是否正确。
(1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。(　　)
(2)原子核内的质子是靠万有引力来抗衡库仑斥力的。(　　)
(3)组成原子核的核子越多，它的结合能就越大。(　　)
(4)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。(　　)
(5)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。(　　)
(6)质能方程表明了质量和能量可以相互转化。(　　)
×　
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√
×　
×　
×　
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10－15 m，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。
√
　 　(多选)关于原子内的相互作用力，下列说法正确的是(　　)
A．原子核与电子之间的作用力主要是电磁力
B．中子和质子间的作用力主要是核力
C．质子与质子间的核力，在8.0×10－15m的距离内远大于它们相互间的库仑力
D．原子核与电子之间的万有引力大于它们之间的电磁力
√
[解析]　原子核与电子之间的作用力主要是电磁力，故A正确；
中子和质子间的作用力主要是核力，故B正确；
核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围约10－15 m，故C错误；
原子核与电子之间的万有引力远小于它们之间的电磁力，故D错误。
知识点二　对结合能的理解
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。
1．比结合能曲线
不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示。

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。
2．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　原子核的结合能与比结合能
　 　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，分散的核子组成原子核时放出的能量叫作原子核结合能，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。
　 　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]　根据质量数及电荷数守恒规律，质量数为1，电荷数为1，可判断出X为质子，A错误；
√
√
[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，并不是说质量可以转化为能量。
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。
(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
√
√
该核反应过程中放出的能量Q＝(206E2＋4E3)－210E1，故B正确；
X的速度与匀强磁场方向平行时，不受洛伦兹力作用，故D错误。
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，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力，核力发生在相邻核子之间。
√
√
√
√
解析：根据题图可知，随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能并不是一直增大，故A错误；
√
解析：根据比结合能等于结合能与核子数的比值，可得该反应释放的能量ΔE＝14E3－12E1－2E2，A正确，B、C、D错误。
(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。(共27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．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3　半衰期
4．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。
√
√
半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，C正确；
√
解析：根据质量数和电荷数守恒可推知X为α粒子，其穿透能力较弱，故A错误；
γ射线是由钚-238原子核由高能级向低能级跃迁时产生的，与核外电子无关，故B错误；
半衰期是针对大量放射性原子核的统计规律，对少数原子核不适用，故C错误；
γ射线必须伴随着α或β射线产生，故D正确。
√
解析：β射线的穿透能力比γ射线的穿透能力弱，故A错误；
√
√
√
√
√
根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知，新核要沿逆时针方向旋转，故D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28张PPT)
课后达标检测
√
题组1　对核力的理解
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、质子和中子之间则没有核力作用
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，才能维持原子核的稳定，故D正确。
√
√
√
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：衰变过程中放出了一个负电子，所以该衰变过程是β衰变，故A错误，B正确；
√
5．比结合能可以反映原子核的稳定程度。已知氦核的质量为4.001 5 u，质子的质量为1.007 8 u，中子的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速。则氦核的比结合能约为(　　)
A．5 MeV　　　　 　　 B．6 MeV
C．7 MeV D．8 MeV
√
6．(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。
√
题组3　质能方程和核能的计算
7．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。
√
解析：由衰变过程电荷数守恒和质量数守恒可知，X为α粒子，故A错误；
衰变过程中有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知该过程会放出能量，故B错误；
√
由上述核反应方程式可得质量亏损Δm＝3m1－m2，故B错误；
√
√
√
(1)写出核反应方程式；(2分)
(2)核反应发生前后的质量亏损Δm；(2分)
解析：核反应前后的质量亏损Δm＝mp＋MLi－2Mα＝1.007 8 u＋7.016 0 u－2×4.002 6 u＝0.018 6 u。
答案：0.018 6 u
(3)核反应中释放出的能量ΔE；(2分)
解析：核反应中释放的能量ΔE＝0.018 6 u×931 MeV≈17.3 MeV。
答案：17.3 MeV　
(4)核反应释放的能量全部用来增加了两个α粒子的动能，则核反应后两个粒子具有总动能是多少？(6分)
解析：具有的总动能Ek＝ΔE＋E1＝17.9 MeV。
答案：17.9 MeV第2节　原子核衰变及半衰期
1．知道放射现象的实质是原子核的衰变。　2.了解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义，能利用半衰期进行简单的计算。　3.知道两种衰变的性质，能运用衰变规律写出衰变方程。　4.了解放射性在生产和科学领域的应用和防护。
一、原子核的衰变
1．原子核的衰变：原子核因释放出像α、β这样的射线(粒子流)而转变成新核的变化。
2．衰变类型：放出α粒子的衰变称为α衰变，放出β粒子的衰变称为β衰变，而γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的。
3．衰变方程
(1)α衰变：U→He＋Th。
(2)β衰变：Th→e＋Pa＋。
4．衰变规律：原子核衰变时，遵循两个守恒定律，其一是电荷数守恒，其二是质量数守恒。
二、衰变的快慢——半衰期
1．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。
2. 公式：m＝M，其中：T为半衰期，原来的质量为M，衰变后剩余的质量为m。
3．适用条件：半衰期描述的是大量原子核发生衰变的统计规律，即在大量原子核群体中，经过一定时间将有一定比例的原子核发生衰变。但对于一个特定的原子核，我们不知道它将何时发生衰变，只知道它发生衰变的概率。
4．特点
(1)不同元素的放射性半衰期一般不同。
(2)元素半衰期的长短只由原子核自身因素决定，一般与原子核所处的物理、化学状态无关。无论放射性元素所处的温度和压强如何变化、是以单质还是化合物的形式存在，原子的结构都不会受到影响，它的半衰期不会改变。
三、放射性的应用
1．利用半衰期非常稳定这一特点，可以通过测量其剩余质量来推断时间。
2．示踪原子：在某种元素里掺进一些该元素的放射性同位素，用仪器探测它放出的射线，就可查明这种元素的行踪，具有这种用途的放射性同位素称为示踪原子。
3．应用射线：利用γ射线的穿透能力强可以测厚度等，还可以用于放射治疗、照射种子培育优良品种、制作放射性同位素电池等。
四、放射性污染和防护
放射性污染主要来自核爆炸、核泄漏和医疗照射。过量的放射线对人体和其他生物体有很强的杀伤作用。为了避免放射线的危害，人们要尽量减少受辐射的时间，同时采取必要的防范措施。
判断下列说法是否正确。
(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核。(　　)
(2)原子核衰变时质量是守恒的。(　　)
(3)β衰变时放出的电子就是核外电子。(　　)
(4)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。(　　)
(5)对放射性元素加热时，其半衰期缩短。(　　)
(6)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保质期。(　　)
提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√
知识点一　原子核的衰变
原子核α衰变实质是放出一个氦原子核，β衰变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·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]　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。
[答案]　B
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，不可能同时放出α、β和γ三种射线，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
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．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，它只与核本身的因素有关，与外部因素无关，不同元素的半衰期是不同的。
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，T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。
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
角度2　半衰期的计算
　(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D正确，C错误。
[答案]　D
知识点三　放射性同位素的应用
1．分类
放射性同位素可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达3 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素。
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。
　正电子发射计算机断层显像(PET)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，回答下列问题：
(1)写出O的衰变和正负电子湮灭的方程式
________________________________________________。
(2)将放射性同位素O注入人体，O的主要用途是________。
A．利用它的射线　　　　 B．作为示踪原子
C．参与人体的代谢过程 D．有氧呼吸
(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应________(选填“长”“短”或“长短均可”)。
[解析]　(1)由题意得O→N＋e，e＋e→2γ。
(2)将放射性同位素O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的主要用途是作示踪原子，B正确。
(3)根据同位素的用途，为了减少对人体的伤害，半衰期应该很短。
[答案]　(1)O→N＋e　e＋e→2γ　(2)B　(3)短
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(半衰期)核污染水中的放射性元素锶(Sr)会发生β衰变，半衰期为28.8年，则(　　)
A．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
B．海水稀释不能改变锶的半衰期
C．秋冬气温逐渐变低时，锶的衰变速度会变慢
D．经过约57.6年，核污染水中的锶(Sr)将全部衰变结束
解析：选B。β衰变的本质是原子核内的一个中子转变成一个质子和一个电子，故A错误；半衰期由原子核内部因素决定，与原子核所处的物理环境和化学状态无关，故B正确，C错误；半衰期是原子核发生半数衰变所需的时间，经过57.6年，即两个半衰期，剩余锶为原来的四分之一，并没有完全衰变完，故D错误。
2．(原子核的衰变)自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的递次衰变，又称为放射系或衰变链。每个放射性衰变系都有一个半衰期很长的始祖核素，经过若干次连续衰变，直至生成一个稳定核素。钍Th系衰变的示意图如图所示，横坐标为质子数，纵坐标为中子数。下列判断正确的是(　　)
A．该图中的始祖元素质量数为228
B．最终生成的稳定核素为Tl
C．衰变全过程最终生成稳定核素，共有四种不同的衰变路径
D．衰变全过程最终生成稳定核素，共发生了6次α衰变，4次β衰变
解析：选D。始祖元素对应最上方的点，横坐标为核电荷数，纵坐标为中子数，可知质量数为232，故A错误；最终的稳定核素为Pb，是Tl继续衰变的产物，故B错误；从题图中可知有两种衰变路径，故C错误；横纵坐标均减小2的路径对应α衰变，横坐标增加1，纵坐标减小1的路径对应β衰变，由题图中信息可知衰变全过程最终生成稳定核素，共发生了6次α衰变，4次β衰变，故D正确。
3．(衰变粒子在磁场中的运动)实验观察到，静止在匀强磁场中某点的原子核发生了β衰变。若磁场方向垂直于纸面向外，衰变产生的新核与电子恰好在纸面内做匀速圆周运动，则关于两者运动轨迹以及方向的示意图正确的是(　　)
解析：选A。原子核发生了β衰变，核内一个中子转变为一个质子同时释放一个电子，故衰变产生的新核带正电。根据动量守恒定律，新核与电子的动量大小相同，方向相反，初始时刻两者速度方向相反。根据洛伦兹力提供向心力有qvB＝，R＝＝ ，新核的电荷量大，则新核的轨迹半径小。结合左手定则可判断A图正确。
4．(半衰期的计算)家庭装修中释放的甲醛和射线是白血病的重要诱因。家庭装修中的射线来源往往是不合格的瓷砖、洁具等，瓷砖、洁具释放的氡气(Rn)具有放射性，氡222衰变为钋218(Po)的半衰期为3.8天，则氡222衰变释放出的粒子和密闭房间中氡气浓度减小87.5%需要的时间分别为(　　)
A．电子，15.2天　 　 　 B．α粒子，11.4天
C．中子，19天 D．质子，7.6天
解析：选B。根据质量数与电荷数守恒有222－218＝4，86－84＝2，可知氡222衰变释放出的粒子为α粒子，根据半衰期表达式有m余＝m原()，由于密闭房间中氡气浓度减小87.5%，则有×100%＝87.5%，解得t＝3T＝11.4天。
5.(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：选C。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。1．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．下列说法正确的是(　　)
A．发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构
B．发现电子的意义在于使人类认识到原子也有内部结构
C．玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说
D．原子光谱规律表明原子具有核式结构
解析：选B。发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子核具有复杂的结构，A错误；发现电子的意义在于使人类认识到原子也有内部结构，B正确；玻尔在卢瑟福的原子核式结构学说基础上，引进了量子理论，提出了玻尔原子模型，C错误；α粒子散射实验表明原子具有核式结构，D错误。
3．某种元素的原子核用X表示，下列说法正确的是(　　)
A．原子核的质子数为Z，中子数为A
B．原子核的质子数为Z，中子数为A－Z
C．原子核的质子数为A，中子数为Z
D．原子核的质子数为A－Z，中子数为Z
解析：选B。根据原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为A－Z，所以B正确。
4．关于γ射线，下列说法不正确的是(　　)
A．它是处于激发状态的原子核放射的
B．它是原子内层电子受到激发时产生的
C．它是一种不带电的光子流
D．它是波长极短的电磁波
解析：选B。γ射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子，故B错误。
5．以下说法正确的是(　　)
A．Au为金核，由此可知，金核的质量数为79，金核的质子数为197
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。Au的质量数为197，质子数为79，A错误；Be的质量数为9，质子数为4，中子数为5，B错误；由于同一元素的两种同位素质子数相同而中子数不同，故质量数不同，C错误，D正确。
6．(多选)质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如He是H的镜像核，同样H也是He的镜像核。下列说法正确的是(　　)
A．N和C互为镜像核
B．N和O互为镜像核
C．N和O互为镜像核
D．互为镜像核的两个核质量数相同
解析：选ACD。根据镜像核的定义及质量数A等于核电荷数Z和中子数n之和，可知N和C的质子数与中子数互换了，互为镜像核，N和O的质子数与中子数互换了，互为镜像核，A、C正确；N的质子数为7，中子数为8，而O的质子数和中子数都为8，没有互换，不是镜像核，B错误；互为镜像核的质子数与中子数互换，质子数加中子数不变，所以互为镜像核的两个核质量数相同，D正确。
7．卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子(即中子)存在。他的主要依据是通过实验发现原子核(　　)
A．核外电子数与核内质子数相等
B．核电荷数与核外电子数相等
C．核电荷数与核内质子数相等
D．核电荷数约是质量数的一半或更少一些
解析：选D。卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子(即中子)存在。他的主要依据是通过实验发现原子核的核电荷数约是质量数的一半或更少一些，故D正确，A、B、C错误。
8．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。
9．在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对射线的性质进行了深入的研究，发现α、β、γ射线的穿透本领不同。这三种射线穿透能力的比较如图所示，图中射线①②③分别是(　　)
A．γ、β、α B．β、γ、α
C．α、β、γ D．γ、α、β
解析：选C。α射线穿透能力最弱，不能穿透黑纸，故①为α射线；γ射线穿透能力最强，能穿透厚铝板和铅板，故③为γ射线；β射线穿透能力较强，能穿透黑纸，但不能穿透厚铝板，故②是β射线，故C正确。
10．如图所示，曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是(　　)
A．a、b为β粒子的径迹
B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹
D．c、d为β粒子的径迹
解析：选D。由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为α粒子的径迹，c、d可能为β粒子的径迹，D正确。
11．查德威克实验示意图如图所示，由天然放射性元素钋(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，经研究知道(　　)
A．A为中子，B为质子
B．A为质子，B为中子
C．A为γ射线，B为中子
D．A为中子，B为γ射线
解析：选A。用放射源钋的α射线轰击铍时能发射出一种穿透力极强的中性射线，即中子流，中子轰击石蜡，将氢中的质子打出，即形成质子流。
12．(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：选D。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。
13．(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→ A119X＋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：选C。根据核反应方程Y＋Am→ A119X＋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。
14．(12分)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，则：
(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？(4分)
(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？(4分)
(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？(4分)
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，故该元素同位素中子数为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
15．(12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)(4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)α射线粒子的圆周运动半径很大，在磁场中几乎不偏转，故无法与γ射线分离题组1　重核的裂变
1．1947年，我国科学家发现铀核裂变中的三分裂和四分裂现象中涉及轻核出射。一种典型的铀核裂变反应方程为U＋n→Ba＋X＋yn。下列说法正确的是(　　)
A．y＝4
B．x＝36
C．太阳通过核裂变不断向外界释放能量
D．核反应过程中能量一定不守恒
解析：选B。根据反应过程质量数守恒和电荷数守恒可得235＋1＝144＋89＋y×1，92＋0＝56＋x＋y×0，可得y＝3，x＝36，故A错误，B正确；太阳通过核聚变不断向外界释放能量，故C错误；核反应过程中能量一定守恒，故D错误。
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＝141＋92＋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．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，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141个，质子56个，中子数为141－56＝85个，故D错误。
题组2　核聚变及核能
4．20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。
5．普通的手机电池含有已经存在了大约137亿年的一种化学元素——锂，根据最新的大爆炸理论，在宇宙诞生很短时间内，其中一种方式是He和H发生核聚变形成Li，He＋H→Li＋X，He、H、Li和X的质量分别为m1、m2、m3、m4，光速为c。关于该核反应，下列说法正确的是(　　)
A．X为H
B．在锂元素形成的过程中宇宙的温度一定很高
C．He和H聚合时两者间距离的数量级为10－10 m
D．该反应释放的核能为(m3＋m4－m1－m2)c2
解析：选B。根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，故X为中子n，故A错误；在锂元素形成的过程中，发生核聚变反应，发生核聚变需要很高温度才能进行，可知宇宙的温度一定很高，故B正确；He和H聚合时两者间距离的数量级为10－15m，故C错误；该反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故D错误。
6．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。
7．(2023·天津卷，T3)关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是(　　)
A．核聚变需要在高温下进行
B．核聚变中电荷不守恒
C．太阳质量不变
D．太阳核反应方程式：U＋n→Ba＋Kr＋3n
解析：选A。因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，才有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得它们间的距离缩短，才能发生聚变，故A正确；核聚变中电荷是守恒的，故B错误；因为太阳一直在发生核聚变，需要放出大量能量，根据质能方程可知是要消耗一定的质量的，故C错误；太阳的核反应为核聚变，题中为核裂变方程，故D错误。
8．太阳辐射的能量主要来源于聚变反应，H＋H→He＋n＋17.6 MeV，现有1 mol氘和1.5 mol氚充分发生聚变反应，已知阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，则该聚变反应释放的总能量约为(　　)
A．1×1025 MeV　 　 　 B．1.5×1025 MeV
C．2×1025 MeV D．5×1025 MeV
解析：选A。由聚变反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出 17.6 MeV的能量和1个中子，当1 mol 的氘和1.5 mol氚充分发生聚变反应，其中氚过量，则反应生成1 mol氦且释放能量E＝NA×17.6 MeV≈1×1025 MeV。
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＝141＋92＋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．(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。
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？(阿伏伽德罗常数取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)。
故发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第4节　核裂变和核聚变
第5节　核能的利用与环境保护
1．知道重核裂变和轻核聚变。　2.会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量。
3．了解核能的利用与环境保护。
一、重核裂变
1．核裂变：用中子轰击铀核，铀核分裂成质量相近的两部分，这种核反应过程称为核裂变。
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，其中一种典型的反应是U＋n→Ba＋Kr＋3n。
二、链式反应
1．链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应。
2．临界体积：能发生链式反应的铀块的最小体积称为临界体积。
3．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于临界体积。
三、轻核聚变
1．核聚变：采用轻核聚变成较重核引起结合能变化的方式可获得核能，这样的核反应称为核聚变。
2．举例：H＋H→He＋n。
四、可控热核聚变
1．使轻核发生聚变的条件：必须使它们的间距达到核力作用的范围。
2．控制方法：①引力约束；②磁约束；③惯性约束。
五、核能的利用与环境保护
1．核电站：将核反应堆释放的核能转化为电能的发电厂。
2．原子弹和氢弹。
3．核能的优势：产热效率高、安全运行的情况下污染小。
4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。
判断下列说法是否正确。
(1)铀块的体积大于临界体积时链式反应才能不停地进行下去。(　　)
(2)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变。(　　)
(3)核聚变时吸收能量。(　　)
(4)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。(　　)
提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√
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)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叫链式反应。
(2)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
　近年来我国第四代反应堆钍基熔盐堆能源系统(TMSR)研究已获重要突破，该反应堆以放射性元素钍为核燃料。钍(Th)俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成放射性元素铀(U)，铀(U)的一种典型裂变产物是钡(Ba)和氪(Kr)，同时释放巨大能量。下列方程正确的是(　　)
A．U→Th＋He
B．Th→Ra＋He
C．Th＋n→U＋3e
D．U＋n→Ba＋Kr＋2n
[解析]　铀(U)会自发衰变为钍(Th)，且方程中电荷数守恒，质量数守恒，故A正确；钍(Th)会自发衰变为镭(Ra)，方程中电荷数守恒，质量数不守恒，故B错误；钍(Th)俘获一个中子后经过两次β衰变转化成铀(U)，方程中电荷数不守恒，质量数守恒，故C错误；中子轰击铀(U)，释放三个中子，方程中电荷数守恒，质量数不守恒，故D错误。
[答案]　A
　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＋3n，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；根据比结合能曲线可知，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
　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]　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→La＋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
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是取自海水中的氘
B．玲龙一号原理是利用轻核的聚变释放核能
C．玲龙一号是利用重核裂变释放的核能来发电
D．玲龙一号是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]　玲龙一号是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，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
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
　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
角度2　核聚变中核能的计算
　(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，阿伏伽德罗常数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10－15 m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
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
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28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．下列说法正确的是(　　)
A．发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构
B．发现电子的意义在于使人类认识到原子也有内部结构
C．玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说
D．原子光谱规律表明原子具有核式结构
解析：发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子核具有复杂的结构，A错误；
发现电子的意义在于使人类认识到原子也有内部结构，B正确；
玻尔在卢瑟福的原子核式结构学说基础上，引进了量子理论，提出了玻尔原子模型，C错误；
α粒子散射实验表明原子具有核式结构，D错误。
√
解析：根据原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为A－Z，所以B正确。
√
4．关于γ射线，下列说法不正确的是(　　)
A．它是处于激发状态的原子核放射的
B．它是原子内层电子受到激发时产生的
C．它是一种不带电的光子流
D．它是波长极短的电磁波
解析：γ射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子，故B错误。
√
由于同一元素的两种同位素质子数相同而中子数不同，故质量数不同，C错误，D正确。
√
√
√
互为镜像核的质子数与中子数互换，质子数加中子数不变，所以互为镜像核的两个核质量数相同，D正确。
√
7．卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子(即中子)存在。他的主要依据是通过实验发现原子核(　　)
A．核外电子数与核内质子数相等
B．核电荷数与核外电子数相等
C．核电荷数与核内质子数相等
D．核电荷数约是质量数的一半或更少一些
解析：卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子(即中子)存在。他的主要依据是通过实验发现原子核的核电荷数约是质量数的一半或更少一些，故D正确，A、B、C错误。
√
√
9．在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对射线的性质进行了深入的研究，发现α、β、γ射线的穿透本领不同。这三种射线穿透能力的比较如图所示，图中射线①②③分别是(　　)
A．γ、β、α
B．β、γ、α
C．α、β、γ
D．γ、α、β
解析：α射线穿透能力最弱，不能穿透黑纸，故①为α射线；γ射线穿透能力最强，能穿透厚铝板和铅板，故③为γ射线；β射线穿透能力较强，能穿透黑纸，但不能穿透厚铝板，故②是β射线，故C正确。
√
10．如图所示，曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是(　　)
A．a、b为β粒子的径迹
B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹
D．c、d为β粒子的径迹
解析：由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为α粒子的径迹，c、d可能为β粒子的径迹，D正确。
√
11．查德威克实验示意图如图所示，由天然放射性元素钋(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，经研究知道(　　)
A．A为中子，B为质子
B．A为质子，B为中子
C．A为γ射线，B为中子
D．A为中子，B为γ射线
解析：用放射源钋的α射线轰击铍时能发射出一种穿透力极强的中性射线，即中子流，中子轰击石蜡，将氢中的质子打出，即形成质子流。
√
√
14．(12分)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，则：
(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？(4分)
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？(4分)
解析：原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素同位素中子数为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？(4分)
15．(12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)(4分)
答案：α射线粒子的圆周运动半径很大，在磁场中几乎不偏转，故无法与γ射线分离题组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．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。
题组2　衰变粒子在磁场中的运动
3.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，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。
题组3　半衰期
4．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。
5．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：选B。半衰期公式为m′＝m，由题可知T＝8天，t＝24天，代入解得m′＝。
6．银河系中存在大量的铝同位素Al，Al核β衰变的衰变方程为Al→Mg＋e，测得Al核的半衰期为72万年，下列说法正确的是(　　)
A．Al核的质量等于Mg核的质量
B．Al核的中子数大于Mg核的中子数
C．将铝同位素Al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Al将在144万年后全部衰变为Mg
解析：选C。Al和Mg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Al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Mg，D错误。
7．人造心脏的放射性同位素动力源用的燃料是钚-238，利用能量转换装置将载能粒子(如α粒子、β粒子和γ射线)的能量转换为电能，钚-238的衰变方程为Pu→U＋X＋γ。钚-238的半衰期为87.7年，则下列说法正确的是(　　)
A．X具有很强的穿透能力
B．γ射线是由钚-238的核外电子从高能级向低能级跃迁时产生的
C．取10个钚-238，经过87.7年后还剩下5个钚-238
D．γ射线必须伴随着α或β射线产生
解析：选D。根据质量数和电荷数守恒可推知X为α粒子，其穿透能力较弱，故A错误；γ射线是由钚-238原子核由高能级向低能级跃迁时产生的，与核外电子无关，故B错误；半衰期是针对大量放射性原子核的统计规律，对少数原子核不适用，故C错误；γ射线必须伴随着α或β射线产生，故D正确。
题组4　放射性同位素的应用
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。
9．在医学研究中把Sr-87m引入患者体内，待骨骼吸收后，用辐射检测器可测定其在患者骨骼中所处的位置，并确定患者体内出现的异常情况。Sr-87m的半衰期为2.8 h，对于质量为m0的Sr-87m，经过时间t后剩余的质量为m，其－t图线如图所示。从图中提供的信息，可知Sr-87m的半衰期可表示为(　　)
A．t1－0 B．t3－t1
C．t2－t1 D．t3－t2
解析：选B。由题图可知从＝0.8到＝0.4恰好衰变了一半，根据半衰期的定义，可知半衰期τ＝t3－t1。
10.(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 b81Tl，X和 b81Tl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→ b81Tl是β衰变
D．X→Pb是α衰变， b81Tl→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 b81Tl，核电荷数少2，为α衰变，即Bi→ b81Tl＋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 b81Tl→Pb是β衰变，故D正确。
11.(多选)在足够大的匀强磁场中，静止的钠核Na发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一新核，新核与放出粒子在磁场中运动的径迹均为圆，如图所示。以下说法正确的是(　　)
A．新核为Mg
B．发生的是α衰变
C．轨迹2是新核的径迹
D．新核沿顺时针方向旋转
解析：选AC。根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是β粒子，所以发生的是β衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒知，衰变方程为Na→Mg＋e，可知新核为Mg，故A正确，B错误；由题意知，静止的钠核Na发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为新核的电荷量大于所释放出的粒子电荷量，由半径公式r＝知，新核的半径小于粒子的半径，所以轨迹2是新核的轨迹，故C正确；根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知，新核要沿逆时针方向旋转，故D错误。
12．(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。
13．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。(共42张PPT)
第4节　核裂变和核聚变
第5节　核能的利用与环境保护
学习目标
1．知道重核裂变和轻核聚变。　2.会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量。
3．了解核能的利用与环境保护。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、重核裂变
1．核裂变：用______轰击铀核，铀核分裂成质量相近的两部分，这种核反应过程称为核裂变。
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，其中一种典型的反应是_____________________________。
中子
二、链式反应
1．链式反应：当一个______引起一个重核______后，裂变释放的______再引起其他重核______，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应。
2．临界体积：能发生链式反应的铀块的____________称为临界体积。
3．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于____________。
中子
裂变
中子
裂变
最小体积
临界体积
三、轻核聚变
1．核聚变：采用轻核聚变成较重核引起结合能变化的方式可获得核能，这样的核反应称为核聚变。
2．举例：_________________________。
四、可控热核聚变
1．使轻核发生聚变的条件：必须使它们的间距达到核力作用的范围。
2．控制方法：①引力约束；②磁约束；③惯性约束。
五、核能的利用与环境保护
1．核电站：将核反应堆释放的核能转化为电能的发电厂。
2．原子弹和氢弹。
3．核能的优势：产热效率高、安全运行的情况下污染小。
4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的_________，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的_________，需要装入特制的容器，深埋地下。
水泥层
放射性
判断下列说法是否正确。
(1)铀块的体积大于临界体积时链式反应才能不停地进行下去。(　　)
(2)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变。(　　)
(3)核聚变时吸收能量。(　　)
(4)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。(　　)
√
×　
×　
√
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]　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叫链式反应。
(2)链式反应中的临界体积和临界质量分别指什么？
[提示]　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。
√
√
原子核X的中子数为89－36＝53，B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。
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是取自海水中的氘
B．玲龙一号原理是利用轻核的聚变释放核能
C．玲龙一号是利用重核裂变释放的核能来发电
D．玲龙一号是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]　玲龙一号是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，故D错误。
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
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
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10－15 m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。
√
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：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。第3节　核力与核能
1．知道核力的概念、特点和四种基本相互作用。　2.了解结合能和比结合能的概念。　3.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算。
一、核力与核的稳定性
1．核力：把原子核中的核子维系在一起的力。
2．核力的特点
(1)核力是短程力。
(2)核力是一种强相互作用。
二、四种基本相互作用
1．引力相互作用是所有物体之间都存在的一种相互作用。
2．电磁相互作用是电荷间、磁体间或电荷与磁体间的相互作用。
3．强相互作用和弱相互作用是短程力，作用范围在原子核尺度内。
4．四种相互作用按由强到弱排列：强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用。
三、结合能与平均结合能
1．原子核的结合能：核子结合成原子核所释放的能量称为原子核的结合能。
2．质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损。
3．爱因斯坦质能方程：E＝mc2。
用Δm表示质量亏损，核子结合成原子核时，释放的结合能是ΔE＝Δmc2。
4．平均结合能：原子核的结合能与其质量数之比称为该核的平均结合能，又称为比结合能。平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子，原子核越稳定。
判断下列说法是否正确。
(1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。(　　)
(2)原子核内的质子是靠万有引力来抗衡库仑斥力的。(　　)
(3)组成原子核的核子越多，它的结合能就越大。(　　)
(4)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。(　　)
(5)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。(　　)
(6)质能方程表明了质量和能量可以相互转化。(　　)
提示：(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10－15 m，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
　(多选)关于原子内的相互作用力，下列说法正确的是(　　)
A．原子核与电子之间的作用力主要是电磁力
B．中子和质子间的作用力主要是核力
C．质子与质子间的核力，在8.0×10－15m的距离内远大于它们相互间的库仑力
D．原子核与电子之间的万有引力大于它们之间的电磁力
[解析]　原子核与电子之间的作用力主要是电磁力，故A正确；中子和质子间的作用力主要是核力，故B正确；核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围约10－15 m，故C错误；原子核与电子之间的万有引力远小于它们之间的电磁力，故D错误。
[答案]　AB
知识点二　对结合能的理解
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．比结合能曲线
不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示。
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。
2．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　原子核的结合能与比结合能
　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，分散的核子组成原子核时放出的能量叫作原子核结合能，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
　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
　我国科学家通过分析“嫦娥六号”探测器带回来的月壤发现，月球上含有丰富的He(氦3)，它是安全的核聚变燃料，He聚变的核反应方程为He＋He→2X＋He＋12.86 MeV，1u相当于931 MeV，下列表述正确的是(　　)
A．X为中子
B．方程中核子平均释放的能量约为4.28 MeV
C．反应后总质量减少0.018 3 u
D．He的比结合能比He的比结合能小
[解析]　根据质量数及电荷数守恒规律，质量数为1，电荷数为1，可判断出X为质子，A错误；方程中，每个He含有三个核子，因此核子平均释放的能量为≈2.14 MeV，B错误；根据质能方程可知，ΔE＝，代入数据解得Δm≈0.013 8 u，C错误；由核反应方程可知，该核反应释放出核能，所以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的比结合能小，D正确。
[答案]　D
角度2　比结合能与质量数A的关系图像
　(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(　　)
A．重的原子核，例如轴核 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
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，并不是说质量可以转化为能量。
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。
[答案]　ABD
角度2　核能的计算
　(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
　(多选)Po发生衰变时的核反应方程为Po→Pb＋X，该核反应过程中放出的能量为Q。设Po的比结合能为E1，Pb的比结合能为E2，X的比结合能为E3，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是(　　)
A．在该核反应方程中，X表示电子
B．该核反应过程中放出的能量Q＝(206E2＋4E3)－210E1
C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为m＝
D．若把X粒子射入匀强磁场中，则它一定受到洛伦兹力作用
[解析]　在该核反应方程中，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，为α粒子(He)，A错误；该核反应过程中放出的能量Q＝(206E2＋4E3)－210E1，故B正确；根据爱因斯坦质能方程可知，Q＝mc2，解得m＝，故C正确；X的速度与匀强磁场方向平行时，不受洛伦兹力作用，故D错误。
[答案]　BC
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
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，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力，核力发生在相邻核子之间。
2．(结合能的理解)(多选)如图所示的是原子核的平均结合能(也称比结合能)与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如O的核子平均结合能约为8 MeV，He的核子平均结合能约为7 MeV，根据该图像判断下列说法正确的是(　　)
A．随着原子核质量数的增加，原子核的平均结合能增大
B．Fe核的平均结合能最大，最稳定
C．把O分成8个质子和8个中子比把O分成4个He要多提供约16 MeV的能量
D．把O分成8个质子和8个中子比把O分成4个He要多提供约112 MeV的能量
解析：选BD。根据题图可知，随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能并不是一直增大，故A错误；Fe核的平均结合能最大，最稳定，故B正确；把O分成8个质子和8个中子，需要提供的能量约为E1＝16×8 MeV＝128 MeV，把O分成4个He要提供的能量约为E2＝16×(8－7) MeV＝16 MeV，提供的能量的差值ΔE＝E1－E2＝112 MeV，故C错误，D正确。
3．(质能方程和核能的计算)一个碳12核与一个氘核相撞，会产生一个氮14核，核反应方程为C＋H→N。如果碳核的比结合能为E1，氘核的比结合能为E2，氮核的比结合能为E3，则上述反应释放的能量可表示为(　　)
A．14E3－12E1－2E2
B．12E1＋2E2－14E3
C．14E3＋12E1－2E2
D．12E1－14E3－2E2
解析：选A。根据比结合能等于结合能与核子数的比值，可得该反应释放的能量ΔE＝14E3－12E1－2E2，A正确，B、C、D错误。
4．(质能方程和核能的计算)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)题组1　对核力的理解
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、质子和中子之间则没有核力作用
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，才能维持原子核的稳定，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．(多选)氚是一种放射性物质，其衰变方程为H→He＋e，则(　　)
A．该衰变为α衰变
B．该衰变为β衰变
C．H的比结合能比He的大
D．H的比结合能比He的小
解析：选BD。衰变过程中放出了一个负电子，所以该衰变过程是β衰变，故A错误，B正确；衰变过程放出能量，所以He比H稳定，即He的比结合能比H的大，故C错误，D正确。
5．比结合能可以反映原子核的稳定程度。已知氦核的质量为4.001 5 u，质子的质量为1.007 8 u，中子的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速。则氦核的比结合能约为(　　)
A．5 MeV　　　　 　　 B．6 MeV
C．7 MeV D．8 MeV
解析：选C。根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，将氦核拆为单个核子所需能量ΔE＝[2(mH＋mn)－mHe]c2，解得ΔE＝28.3 MeV，因此氦核的比结合能为＝，即≈7 MeV。
6．(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：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。
题组3　质能方程和核能的计算
7．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＝106×1.6×10－19 J，代入数据解得ΔE≈2.19 MeV，氘核的比结合能为≈1.10 MeV＝1.76×10－13 J，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。
8．近年来，我国在新能源汽车领域取得了巨大的突破和发展。目前，核能汽车处于试验阶段，车上主要搭载了核动力电池，利用原子核衰变释放的核能转化为电池的电能。某种核动力电池利用了Pu的衰变，衰变方程为Pu→U＋X，下列说法正确的是(　　)
A．X为β粒子
B．该反应的发生需要吸收能量
C．Pu的结合能大于U的结合能
D．Pu的原子核比U的原子核更加稳定
解析：选C。由衰变过程电荷数守恒和质量数守恒可知，X为α粒子，故A错误；衰变过程中有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知该过程会放出能量，故B错误；根据自然组成原子核的核子越多，它的结合能就越高可知，Pu的结合能大于U的结合能，故C正确；原子的比结合能越大，越稳定，故U的原子核比Pu的原子核更加稳定，故D错误。
9．某行星内部含有氦核(He)，在一定条件下氦核经过核反应会生成碳核(C)。已知1个质子的质量为mp，1个中子的质量为mn，1个氦核(He)的质量为m1、1个碳核(C)的质量为m2，真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　)
A．He转变为C的核反应方程为2He→C
B．He转变为C的核反应中质量亏损为6mp＋6mn－m2
C．碳核(C)的比结合能为
D．C的同位素C中有6个中子，14个核子
解析：选C。根据质量数和电荷数守恒可知，核反应方程应为3He→C，故A错误；由上述核反应方程式可得质量亏损Δm＝3m1－m2，故B错误；由E＝mc2，得Δm＝6mp＋6mn－m2，所以比结合能E比＝，故C正确；C有14－6＝8个中子，故D错误。
10．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。
11．(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。
12．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＝＝＝。
13．(12分)用质子轰击静止的锂核Li生成2个α粒子。已知质子质量mp＝1.007 8 u，粒子的质量Mα＝4.002 6 u，锂核质量MLi＝7.016 0 u，质子的初动能E1相当于0.6 MeV。试回答下列问题(1 u相当于931 MeV的能量)：
(1)写出核反应方程式；(2分)
(2)核反应发生前后的质量亏损Δm；(2分)
(3)核反应中释放出的能量ΔE；(2分)
(4)核反应释放的能量全部用来增加了两个α粒子的动能，则核反应后两个粒子具有总动能是多少？(6分)
解析：(1)根据质量数和电荷数守恒可知该反应的核反应方程式为Li＋H→2He。
(2)核反应前后的质量亏损Δm＝mp＋MLi－2Mα＝1.007 8 u＋7.016 0 u－2×4.002 6 u＝0.018 6 u。
(3)核反应中释放的能量ΔE＝0.018 6 u×931 MeV≈17.3 MeV。
(4)具有的总动能Ek＝ΔE＋E1＝17.9 MeV。
答案：(1)Li＋H→2He　(2)0.018 6 u
(3)17.3 MeV　(4)17.9 MeV(共50张PPT)
第2节　原子核衰变及半衰期
学习目标
1．知道放射现象的实质是原子核的衰变。　2.了解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义，能利用半衰期进行简单的计算。　3.知道两种衰变的性质，能运用衰变规律写出衰变方程。　4.了解放射性在生产和科学领域的应用和防护。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、原子核的衰变
1．原子核的衰变：原子核因释放出像____________________(粒子流)而转变成新核的变化。
2．衰变类型：放出α粒子的衰变称为_______，放出β粒子的衰变称为_______，而γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的。
α、β这样的射线
α衰变
β衰变
3．衰变方程
(1)α衰变：________________________。
(2)β衰变：_____________________________。
4．衰变规律：原子核衰变时，遵循两个守恒定律，其一是_________守恒，其二是_________守恒。
电荷数
质量数
二、衰变的快慢——半衰期
1．定义：放射性元素的原子核有______发生衰变需要的时间。
2. 公式：___________，其中：T为半衰期，原来的质量为M，衰变后剩余的质量为m。
3．适用条件：半衰期描述的是大量原子核发生衰变的____________，即在大量原子核群体中，经过一定时间将有一定比例的原子核发生衰变。但对于一个特定的原子核，我们不知道它将何时发生衰变，只知道它发生衰变的概率。
半数
统计规律
4．特点
(1)不同元素的放射性半衰期一般______。
(2)元素半衰期的长短只由原子核自身因素决定，一般与原子核所处的物理、化学状态无关。无论放射性元素所处的温度和压强如何变化、是以单质还是化合物的形式存在，原子的结构都不会受到影响，它的半衰期不会改变。
不同
三、放射性的应用
1．利用半衰期非常稳定这一特点，可以通过测量其剩余质量来推断______。
2．示踪原子：在某种元素里掺进一些该元素的__________________，用仪器探测它放出的射线，就可查明这种元素的行踪，具有这种用途的放射性同位素称为示踪原子。
3．应用射线：利用γ射线的_______________可以测厚度等，还可以用于放射治疗、照射种子培育优良品种、制作放射性同位素电池等。
时间
放射性同位素
穿透能力强
四、放射性污染和防护
放射性污染主要来自核爆炸、核泄漏和医疗照射。过量的放射线对人体和其他生物体有很强的杀伤作用。为了避免放射线的危害，人们要尽量减少受辐射的时间，同时采取必要的防范措施。
判断下列说法是否正确。
(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核。(　　)
(2)原子核衰变时质量是守恒的。(　　)
(3)β衰变时放出的电子就是核外电子。(　　)
(4)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。(　　)
(5)对放射性元素加热时，其半衰期缩短。(　　)
(6)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保质期。(　　)
√
×　
×　
√
×　
√
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衰变实质是放出一个氦原子核,β衰变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，不可能同时放出α、β和γ三种射线，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
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。
√
[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。
√
知识点三　放射性同位素的应用
1．分类
放射性同位素可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达3 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素。
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。
B　
(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应________(选填“长”“短”或“长短均可”)。
[解析]　根据同位素的用途，为了减少对人体的伤害，半衰期应该很短。
短
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
解析：β衰变的本质是原子核内的一个中子转变成一个质子和一个电子，故A错误；
半衰期由原子核内部因素决定，与原子核所处的物理环境和化学状态无关，故B正确，C错误；
半衰期是原子核发生半数衰变所需的时间，经过57.6年，即两个半衰期，剩余锶为原来的四分之一，并没有完全衰变完，故D错误。
√
解析：始祖元素对应最上方的点，横坐标为核电荷数，纵坐标为中子数，可知质量数为232，故A错误；

从题图中可知有两种衰变路径，故C错误；
横纵坐标均减小2的路径对应α衰变，横坐标增加1，纵坐标减小1的路径对应β衰变，由题图中信息可知衰变全过程最终生成稳定核素，共发生了6次α衰变，4次β衰变，故D正确。
3．(衰变粒子在磁场中的运动)实验观察到，静止在匀强磁场中某点的原子核发生了β衰变。若磁场方向垂直于纸面向外，衰变产生的新核与电子恰好在纸面内做匀速圆周运动，则关于两者运动轨迹以及方向的示意图正确的是(　　)
√
√
√(共25张PPT)
课后达标检测
√
解析：根据反应过程质量数守恒和电荷数守恒可得235＋1＝144＋89＋y×1，92＋0＝56＋x＋y×0，可得y＝3，x＝36，故A错误，B正确；
太阳通过核聚变不断向外界释放能量，故C错误；
核反应过程中能量一定守恒，故D错误。
√
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＝141＋92＋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。
√
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141个，质子56个，中子数为141－56＝85个，故D错误。
√
题组2　核聚变及核能
4．20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。
√
在锂元素形成的过程中，发生核聚变反应，发生核聚变需要很高温度才能进行，可知宇宙的温度一定很高，故B正确；
该反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故D错误。
√
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；
√
解析：因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，才有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得它们间的距离缩短，才能发生聚变，故A正确；
核聚变中电荷是守恒的，故B错误；
因为太阳一直在发生核聚变，需要放出大量能量，根据质能方程可知是要消耗一定的质量的，故C错误；
太阳的核反应为核聚变，题中为核裂变方程，故D错误。
√
解析：由聚变反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出 17.6 MeV的能量和1个中子，当1 mol 的氘和1.5 mol氚充分发生聚变反应，其中氚过量，则反应生成1 mol氦且释放能量E＝NA×17.6 MeV≈1×1025 MeV。
√
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。
√
√
√
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第1节　认识原子核
1．知道什么是放射性及放射性元素。　2.了解三种射线的本质，知道其特点。　3.了解原子核的组成，知道原子核的表示方法，理解原子序数、核电荷数、质量数之间的关系。　4.了解同位素的概念。
一、天然放射现象的发现
1．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性。
2．物质能自发地放出射线的现象称为天然放射现象，物质放出射线的这种性质称为放射性，具有放射性的元素，称为放射性元素。
3．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。
二、认识三种放射线
1．α射线：高速运动的氦原子核粒子流，射出时的速率可达0.1c，α射线有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光的作用增强，但它的穿透能力很弱，在空气中只能飞行几厘米，一张铝箔或一张薄纸就能将它挡住。
2．β射线：高速运动的电子流，射出时的速率可达0.99c，穿透能力较强，能穿透几毫米厚的铝板，但电离作用较弱。
3．γ射线：波长很短的电磁波，穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板，但电离作用很弱。
三、质子和中子的发现
1．质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子，质子是原子核的组成部分。
2．中子的发现：卢瑟福猜想原子核内可能还存在着质量跟质子相近的不带电的中性粒子，并将其称为中子。查德威克利用云室进行实验验证了中子的存在，中子是原子核的组成部分。
四、原子核的组成
1．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。
2．原子核的符号
3．同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子核，互称同位素。例如，氢有3种同位素H、H、H。
4．核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称为核反应，用原子核符号描述核反应过程的式子称为核反应方程。大量研究发现，在核反应中，质量数和核电荷数守恒，即核反应后的质量数等于核反应前的质量数，核反应后的核电荷数等于核反应前的核电荷数。
卢瑟福发现质子的核反应方程：
He＋N→O＋H。
查德威克发现中子的核反应方程：
He＋Be→C＋n。
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)β射线能穿透几毫米厚的铅板。(　　)
(6)γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱。(　　)
提示：(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。
　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
　如图，放射性元素镭衰变过程中释放出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。
[答案]　C
知识点二　原子核的组成和同位素的特点
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是什么粒子？
(2)粒子流B又是什么粒子？
[提示]　(1)A为中子流。
(2)B为质子流。
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。
角度1　原子核的组成
　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．天然放射性现象
[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
　卢瑟福发现质子后，猜想原子核中还有中子的存在，他的主要依据是(　　)
A．原子核外电子数与质子数相等
B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍
C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些
D．质子和中子的质量几乎相等
[解析]　当卢瑟福发现质子后，接着又发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或者更少一些，因此猜想在原子核内还存在有质量且不带电的中性粒子，即中子。
[答案]　C
角度2　原子核的有关计算
　在元素周期表中查到铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，下列说法正确的是(　　)
A．核外有82个电子，核内有207个质子
B．核内有82个电子、125个中子
C．核内有82个质子、207个中子
D．核内有82个质子、207个核子
[解析]　在元素周期表中查到铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，则核外电子数为82个，根据质量数(核子数)等于质子数与中子数之和可知，铅原子核的中子数为207－82＝125个，故D正确，A、B、C错误。
[答案]　D
　已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226，电子电荷量e＝1.6×10－19 C。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
角度3　同位素的特点
　(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
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＋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
　(2023·全国甲卷，T15)在下列两个核反应方程中X＋N―→Y＋O、Y＋Li―→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则(　　)
A．Z＝1，A＝1　　　 　 B．Z＝1，A＝2
C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4
[解析]　设Y的质量数和电荷数分别为a和b，由核反应方程中质量数守恒和电荷数守恒可知A＋14＝a＋17，Z＋7＝b＋8，a＋7＝2A，b＋3＝2Z，联立解得A＝4，a＝1，Z＝2，b＝1，故D正确。
[答案]　D
　核泄漏污染物铯137(Cs)会产生对人体有害的辐射，核反应方程为Cs→Ba＋X，其中X为(　　)
A．质子(H)　　　 　　 B．电子(e)
C．中子(n) D．α粒子(He)
[解析]　根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒，可知X为电子(e)。
[答案]　B
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
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。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．(核反应方程)很多人都听说过“点石成金”的故事。现在科学家在实验室里，用中子轰击汞可以得到金，核反应方程是n＋Hg→Au＋X，则X是(　　)
A．氕核　　　　　　　　 B．氘核
C．氚核 D．氦核
解析：选B。根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为2，电荷数为1，为氘核。
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)(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。

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