资源简介

(共91张PPT)
第41讲 原子核
必备知识自查
核心考点探究
备用习题
◆
◆
听课手册
作业手册
答案核查【听】
答案核查【作】
一、天然放射现象和原子核的组成
1.天然放射现象
(1) 发现：由__________发现.
贝克勒尔
(2)概念：元素自发地发出射线的现象.
(3) 意义：天然放射现象的发现，说明________具有复杂的结构.
原子核
2.原子核的组成
(1) 原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为______.质子带正电，中
子不带电.
(2) 原子核的符号：，其中表示________， 表示电荷数.
核子
质量数
(3)基本关系
①电荷数质子数元素的原子序数 原子的核外电子数.
②质量数()核子数质子数 中子数.
二、原子核的衰变、半衰期
1.原子核的衰变
(1)概念：原子核放出 粒子或 粒子，变成另一种原子核的变化称为原
子核的衰变.
(2) 分类： 衰变：_____; 衰变： ____.
［注意］射线是伴随原子核发生 衰变或 衰变而产生的.
(3)规律：①质量数守恒；②电荷数守恒.
2.半衰期
(1) 定义：放射性元素的原子核有______发生衰变所需的时间.
(2) 影响因素：放射性元素的半衰期是由核______自身的因素决定的，跟
原子所处的化学状态和外部条件__________.
半数
内部
没有关系
(3)公式：， .
3.放射性同位素
(1) 放射性同位素：有______放射性同位素和______放射性同位素两类.一
种元素的各种同位素都有相同的化学性质.
(2) 应用：射线测厚仪、放射治疗、培优保鲜、__________等.
天然
人工
示踪原子
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害.
三、核力和核能
1.核力
(1)概念：原子核内部，核子间所特有的相互作用力.
(2) 特点：核力是强相互作用力、短程力，只发生在____________间.
相邻的核子
2.结合能与比结合能
(1)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需
要的能量，叫作原子核的结合能.
(2) 比结合能：原子核的结合能与________之比，叫作比结合能，也叫平
均结合能.比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.
核子数
3.核能
(1) 质能关系： _____.
(2) 核能的释放：核子在结合成原子核时出现质量亏损 ，其释放的能量
______.
(3) 核能的吸收：原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增
加，吸收的能量为 ______.
四、裂变反应和聚变反应
1.重核裂变
(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数
较小的原子核的过程.
(2)典型的裂变反应方程： .
(3) 链式反应：重核裂变产生的______使裂变反应一代接一代继续下去的
过程.
中子
1.重核裂变
(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数
较小的原子核的过程.
(2)典型的裂变反应方程： .
(4) 临界体积和临界质量：裂变物质能够发生__________的最小体积及其
相应的质量.
(5) 裂变的应用：________、核反应堆.
(6) 反应堆构造：核燃料(铀棒)、慢化剂(石墨、重水和普通水)、________
______、水泥防护层.
链式反应
原子弹
控制棒
(镉棒)
2.轻核聚变
(1)定义：两个轻核结合成__________的核的反应过程.轻核聚变反应必须
在高温下进行，因此又叫__________.
(2)典型的聚变反应方程： .
质量较大
热核反应
【辨别明理】
1.如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个.( )
×
2.人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的.( )
×
3.原子核的结合能越大,原子核就越稳定.( )
×
4.核反应中有质量亏损,一定有核能产生.( )
√
5.质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量.( )
×
考点一 原子核的衰变及半衰期
考向一 原子核的衰变
1. 衰变、衰变的比较
衰变类型 衰变 衰变
衰变过程
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一 个整体射出 1个中子转化为1个质子和1
个电子
衰变类型 衰变 衰变
匀强磁场中的 轨迹形状
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
续表
2.三种射线的成分和性质
名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领
射线 氦核 最强 最弱
射线 电子 较强 较强
射线 光子 0 0 最弱 最强
例1 [2025·云南卷] 2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛
龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破.碳
14的衰变方程为 ，则( )
A. 为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的
B. 为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的
C. 为质子，是由核内中子转化而来的
D. 为中子，是由核内质子转化而来的
[解析] 根据质量数和电荷数守恒有，可知 为电子，电子
是在核内中子转化为质子的过程中产生的，故选A.
√
例2 [2025·湖北卷] (正电子发射断层成像)是核医学科重要的影像诊断
工具，其检查原理是将含放射性同位素如 的物质注入人体参与人体
代谢，从而达到诊断的目的.的衰变方程为，其中
是中微子.已知 的半衰期是110分钟.下列说法正确的是( )
A.为
B.该反应为核聚变反应
C.1克经110分钟剩下0.5克
D.该反应产生的 在磁场中会发生偏转
√
[解析] 设的质量数为，电荷数为 ，根据核反应过程中质量数守恒及电
荷数守恒，可得,,为，A错误；该反应为正 衰变，不是
核聚变,B错误；1克经过一个半衰期，质量变为原来的 ，还剩下0.5克
，C正确； 的电荷数为0，在磁场中不受洛伦兹力，不会发生偏转，
D错误.
例3 (多选)[2025·黑吉辽内蒙古卷] 某理论研究认为， 原子核可能发
生双 衰变，衰变方程为.处于第二激发态的 原
子核先后辐射能量分别为和的、 两光子后回
到基态.下列说法正确的是( )
A. B.
C.的频率比的大 D.的波长比 的大
[解析] 由核反应过程质量数和电荷数守恒可得, ，
解得,，A、B正确；由题可得光子的能量大于 光子的能
量，由光子的能量公式，波长，可得的频率大于 的频率，
的波长小于 的波长，C正确，D错误.
√
√
√
[技法点拨]
确定衰变次数的方法：
因为 衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定 衰变的次数，
然后再根据衰变规律确定 衰变的次数.
考向二 半衰期
例4 [2025·湖南卷] 关于原子核衰变，下列说法正确的是( )
A.原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量
B.大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期
C.放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长
D.采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期
√
[解析] 原子核衰变时释放能量，根据质能方程，总质量会减少，新核总
质量小于原核质量，故A错误；半衰期定义为大量放射性原子核半数发生
衰变所需的时间，题干中强调“大量”，符合定义，故B正确；半衰期由原
子核内部结构决定，与温度无关，故C错误；半衰期不受化学方法影响，
因化学变化不改变原子核性质，故D错误.
例5 [2025·河南卷] 由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生铍的两种放
射性同位素和 .测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，
可以研究大气环境的变化.已知和 的半衰期分别约为53天和139万
年.在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现和 的总原子个数
经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中和 的原子个
数比约为( )
A. B. C. D.
√
[解析] 设采集时大气中有个原子和个原子，由于 的半衰期
为139万年，故经过106天后原子的衰变个数可以忽略不计， 的半
衰期为53天，故经过106天后原子的剩余数量为 ，故有
，解得 ，故选B.
考点二 核反应及核反应类型
1.核反应的四种类型
类型 可控性 核反应方程典例
衰变 衰变 自发
衰变 自发
人工 转变 人工控制 (卢瑟福发现质子)
(查德威克发现中子)
类型 可控性 核反应方程典例
人工 转变 人工控制 约里奥·居里夫妇发
现放射性同位素，
同时发现正电子
重核裂变 容易控制
轻核聚变 很难控制
续表
例6 [2025·广东韶关模拟] 1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含
铀的矿物能够发出看不见的射线.这些射线分别为 射线、 射线和 射
线.原子核自发地放出 、 射线后，变成了另一种原子核，此现象称为
衰变.下列属于衰变的方程是( )
A. B.
C. D.
[解析] A项是铀衰变为钍的 衰变方程，故A正确； B项是卢
瑟福用 粒子轰击氮 原子核发现质子的核反应方程(人工转变)，
故B错误； C项是轻核的聚变反应，故C错误；D项是铀 重核裂变的
一种核反应方程，故D错误.
√
例7 [2025·湖北襄阳模拟] 2025年1月20日，我国有“人造太阳”之称的全超
导托夫马克核聚变实验装置 首次完成1亿摄氏度1066秒的高约束等
离子体运行.下列方程属于核聚变反应的是( )
A. B.
C. D.
[解析] 核聚变是指两个或多个轻核合并成一个质量较大的核的过程，释
放出大量能量.氘和氚发生反应生成氦和中子，符合核聚变的定义，故B正
确；核反应方程 为人工转变，故A错误；核反应方
程为 衰变，故C错误；核反应方程
为裂变反应，故D错误.
√
考点三 质量亏损与核能的计算
1.能量与质量的关系的理解
(1)物体的能量与它的质量相联系，且.
物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少.
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损，其能量也要相应减少，且
.
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加，吸收的
能量为.
2.核能释放的两种途径
中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定.由比结合能较小的核
反应生成比结合能较大的核会释放能量.核能释放一般有两种途径：
(1)使较重的核分裂成中等大小的核；
(2)使较小的核结合成中等大小的核.
3.计算核能的几种常用方法
(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中亏损的质量乘以真空中光速
的平方，即，计算时的单位是“”，的单位是“”，
的单位是“”.
(2)根据原子质量相当于的能量，得，
计算时的单位是“”，的单位是“”.
(3)根据平均结合能来计算核能
原子核的结合能 平均结合能×核子数.反应前后原子核的结合能之差即释
放(增加)的核能.
(4)有时可结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算.
总之，应根据题目的具体情况合理选择核能的求解方法，且计算时要注意
各量的单位.
例8 [2025·辽宁大连模拟] 如图甲所示为原子核的比结合能与质量数的关
系曲线，如图乙所示为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线.下
列说法正确的是( )
甲
乙
甲
乙
A.根据图甲可知，核的结合能约为
B.根据图甲可知，比 更稳定
C.根据图乙可知，核裂变成核和的过程中，生成的新核、 的比结
合能减小
D.根据图乙可知，若、能结合成 ，则结合过程中一定要吸收能量
√
[解析] 根据题图甲可知，核的比结合能约为，则 核的结合能
约为，A错误；根据题图甲可知， 核的比结
合能比核的比结合能小，所以比 更稳定，B正确；根据题图
乙可知，核裂变成核和 的过程中，核子的平均质量减少，放出核能，
比结合能增大，C错误；根据题图乙可知，若、能结合成 ，核子的平
均质量减少，结合过程一定要放出能量，D错误.
甲
乙
例9 [2025·河北名校联考] 已知氘核与氚核聚变时的核反应方程为
，氘核与氦 核聚变时的核反应方程为
；若氦核的质量为 ，氚核的质量为
，质子的质量为，中子的质量为 .下列说法正确的
是( )
A.为
B.为
C.
D. 核的质量等于一个质子与一个中子的质量之和
√
[解析] 根据核反应过程中质量数和电荷数守恒可推知为，为 ，故
A、B错误；设核的质量为，核的质量为 ，根据质能方程有
，
，故C
正确；一个质子与一个中子在结合成 核时，有质量亏损，故D错误.
例10 [2024·浙江1月选考] 已知氘核质量为 ，氚核质量为
，氦核质量为，中子质量为 ，阿伏加德罗常数
取，氘核摩尔质量为，相当于 .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
B.氘核的比结合能比氦核的大
C.氘核与氚核的间距达到 就能发生核聚变
D.氘完全参与聚变释放出能量的数量级为
√
[解析] 根据核反应中质量数守恒、电荷数守恒，可知核反应方程式为
，选项A错误；生成物比反应物更稳定，因此生成物
的比结合能更大，即氦核的比结合能比氘核的大，选项B错误；发生轻核
聚变的条件是原子核之间距离达到原子核的尺度，即达到 ，选项
C错误；根据核反应可知，每次核聚变反应后质量亏损为
， 氘参加反应，含有氘核个数
，质量亏损产生的核能为， 选项D正确.
考点一 原子核的衰变及半衰期
1.[2024·广西卷] 近期，我国科研人员首次合成了新核素锇 和
钨.若锇经过1次 衰变，钨经过1次 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] 锇经过1次 衰变后产生的新核素质量数为156，质子数为74，
钨经过1次 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，故选C.
√
2.(多选)在磁感应强度为 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了
一次 衰变，放射出的 粒子在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动，
其轨道半径为.以、分别表示 粒子的质量和电荷量， 表示新核的
质量，放射性原子核用表示，新核的元素符号用 表示，该衰变过程释
放的核能都转化为 粒子和新核的动能，光速为 ，则( )
A. 粒子和新核的轨道半径之比
B. 粒子的匀速圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小为
C.新核的运动周期
D.衰变过程的质量亏损为
√
√
[解析] 衰变过程中满足动量守恒，即 ，又由于粒子在匀强
磁场中的轨道半径，而 粒子带两个单位正电荷，因此 粒子和
新核的轨道半径之比，A正确； 粒子的匀速圆周运动可
以等效成一个环形电流，环形电流大小 ，B错误；新核的运
动周期，C错误；由于 ，根据质能方程有
，整理得 ，D正确.
3.对于质量为的放射性元素，经过时间 后剩
余的质量为 ，其图线如图所示，从图中可以得
到 的半衰期为( )
A. B. C. D.
[解析] 由图像可知，放射性元素的质量从 变
为 ，刚好衰变了一半的放射性元素，经历的时间为一个半衰期，则有
，故选C.
√
4.两种放射性元素的半衰期分别为和，在 时刻这两种元素的原
子核总数为，在时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在
时刻，尚未衰变的原子核总数为( )
A. B. C. D.
[解析] 设半衰期为的元素原子核数为，另一种元素原子核数为 ，依题
意有，经历后有，联立可得， ,在
时，原子核数为的元素经历了4个半衰期，原子核数为 的元素经
历了2个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为 ,故选C.
√
考点二 核反应及核反应类型
5.下列说法正确的是( )
A.中为中子，该方程属于 衰变
B.中 为中子，该方程属于人工核转变
C.中 为10个中子，该方程属于重核裂变
D.中 为氢核，该方程属于轻核聚变
√
[解析] 根据衰变过程及核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知，A中的
质量数为4，电荷数为2，为 粒子，该方程属于 衰变，故A错误；同
理可知，B中的质量数为1，电荷数为0， 为中子，该方程属于轻核聚变，
故B错误；同理可知，C中的质量数为10，电荷数为0， 为10个中子，该
方程属于重核裂变，故C正确；同理可知，D中的 质量数为1，电荷数为
1， 为质子，该方程属于人工核转变，故D错误.
6.(多选)下列关于原子结构和原子核的说法中正确的
( )
A.卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出了原子的
核式结构模型
B.天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守
恒,其放射线在磁场中不偏转的是 射线
C.据图可知,原子核A裂变成原子核B和C要放出核能
D.据图可知,原子核D和聚变成原子核 要吸收能量
√
√
√
[解析] 卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型,故
A正确;天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒,其放射线在磁
场中不偏转的是 射线,B正确;裂变和聚变都有质量亏损,根据质能方程可
知,都放出能量,C正确,D错误.
7.如图所示,将氦核和从圆形匀强磁场区域的水平直径上的 点以大小相
等的动量沿反方向射出,二者分别从水平直径的、 点射出磁场,则下列说
法正确的是( )
A.一定有
B.射出的粒子速度大小满足
C.氦核在磁场中运动的时间比 的短
D.若氦核由与 聚变产生,则核反应方程为
√
[解析] 氦核和 在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,故有
,解得,则从、 两点离开的粒子做匀速圆周运动的半径
之比为,结合几何知识可知,故A错误;氦核的质量大于 的质
量, 二者动量大小相等,则有,故B错误;氦核和 的比荷相同,由
可知,二者运动周期相同,又根据几何知识
可知二者在磁场中的偏转角度相等,则二者在磁场中运动
的时间相等,故C错误;若氦核由与 聚变产生,根据质
量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程为
,故D正确.
考点三 质量亏损与核能的计算
8.(多选)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.核的结合能约为
B.核比 核更稳定
C.两个核结合成 核时释放能量
D.核的比结合能比 核的大
√
√
[解析] 的比结合能为，因此它的结合能为 ，
A错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，
结合题图可知B正确；两个比结合能小的核结合成比结合能大的 时，
会释放能量，C正确；由题图可知， 核的比结合能(即平均结合能)比
核的小，D错误.
9.(多选)在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料
作为发电能源为火星车供电中的元素是 ，其半衰期是
87.7年，可衰变为.某次火星探测时火星车储存了 的放射性材料
.下列说法正确的是( )
A.的同位素 的半衰期一定为87.7年
B.的衰变方程为
C.的比结合能小于 的比结合能
D.经过87.7年，该火星车上的能释放约 的能量
√
√
[解析] 的半衰期为87.7年，但其同位素 的半衰期不一定为87.7
年，故A错误；衰变过程满足质量数守恒、电荷数守恒，则 衰变为
和，其衰变方程为 ，故B正确；比结合能越大，
则原子核越稳定，由于核反应的产物更稳定，所以 的比结合能小于
的比结合能，故C正确；经过87.7年，有的 衰变，而不是质
量亏损，所以不能直接将代入公式 来算释放的能量，
故D错误.
10.(多选)2020年12月17日,携带“月壤”的“嫦娥五号”返回器成功着陆.“月壤”
中的氦 是目前为止最理想的核聚变能源,它是一种高效、清洁、安全的
核燃料,其参与的一种核反应为 ,其中辐射出一个
光子.已知质子、氦、氦的质量分别为、、,普朗克常量为 ,
真空中的光速为 ,则下列说法正确的是( )
A.的比结合能比 的小
B.目前核电站使用的核燃料是
C.辐射出的 光子的能量
D.辐射出的 光子的波长
√
√
[解析] 核反应生成,同时释放巨大能量,则的比结合能比 的
小,故A正确;目前核电站使用的核燃料是和 ,故B错误;由质能方程
可知辐射出的 光子的能量为 ,故C错误;由
及得, 光子的波长 ,故D正确.
11.用速度大小为的中子轰击静止的锂核 ，发生核反应后生成氚核和
粒子，生成的氚核的速度方向与中子的速度方向相反，氚核与 粒子
的速度大小之比为.已知中子的质量为，质子的质量可近似看作 ，
光速为 .
(1) 写出核反应方程；
[答案]
[解析] 根据电荷数守恒和质量数守恒可知，核反应方程为
11.用速度大小为的中子轰击静止的锂核 ，发生核反应后生成氚核和
粒子，生成的氚核的速度方向与中子的速度方向相反，氚核与 粒子
的速度大小之比为.已知中子的质量为，质子的质量可近似看作 ，
光速为 .
(2) 求氚核和 粒子的速度大小；
[答案]
[解析] 由动量守恒定律得
由题意得，
解得,
11.用速度大小为的中子轰击静止的锂核 ，发生核反应后生成氚核和
粒子，生成的氚核的速度方向与中子的速度方向相反，氚核与 粒子
的速度大小之比为.已知中子的质量为，质子的质量可近似看作 ，
光速为 .
(3) 若核反应过程中放出的核能全部转化为 粒子和氚核的动能，求质量
亏损.
[答案]
[解析] 氚核和 粒子的动能之和为
释放的核能为
由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为
作业手册
1.[2025·河北邯郸模拟] 2025年6月，中国科学院近代物理研究所甘再国研
究员团队合成了新核素镤210并精确测量其衰变特性.下列关于原子核衰变
的说法正确的是( )
A.半衰期是指一个原子核衰变至稳定状态所需时间的一半
B.若使放射性物质的温度升高，其半衰期将会明显缩短
C. 衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子
D.镤发生 衰变后，生成的新核质量数为208
√
[解析] 半衰期是统计规律，指大量原子核有半数发生衰变所需的时间，
而非单个原子核衰变时间的一半，故A错误；半衰期由原子核内部结构决
定，与温度等外部条件无关，故B错误； 衰变是原子核内中子转化为质
子(释放电子和反电子中微子)，故C正确； 衰变质量数减少4，镤
(质量数210)衰变后新核质量数为 ，而非208，故D错误.
2.[2025·安徽卷] 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
利用钍核俘获个中子，共发生次 衰变，转化为易裂变的
铀核 ，则( )
A.， B.， C.， D.，
[解析] 根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数加1，电荷数不变，每
发生一次 衰变，质量数不变，电荷数加1，钍核变成铀核，质量数加1，
电荷数加2，则俘获1个中子，发生2次 衰变，即， ，故选B.
√
3.[2025·北京卷] 自然界中物质是常见的，反物质并不常见.反物质由反粒
子构成，它是科学研究的前沿领域之一.目前发现的反粒子有正电子、反
质子等；反氢原子由正电子和反质子组成.粒子与其对应的反粒子质量相
等，电荷等量异种.粒子和其反粒子碰撞会湮灭.反粒子参与的物理过程也
遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒.下列说法正确的是( )
A.已知氢原子的基态能量为 ，则反氢原子的基态能量也为
B.一个中子可以转化为一个质子和一个正电子
C.一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子
D.反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量
√
[解析] 氢原子基态能量由电子与质子决定，反氢原子由正电子和反质子
构成，电荷结构相同，能级结构不变，基态能量仍为 ，故A正确；
若中子衰变衰变生成质子、正电子，即 ，不符合质子数
守恒，故B错误；正负电子对撞湮灭时，总动量为零，需产生至少两个光
子以保证动量守恒，单个光子无法满足动量守恒，故C错误；核聚变通常
释放能量(如普通氘核聚变)，反氘核聚变遵循相同规律，应释放能量而非
吸收能量，故D错误.
4.下列原子核变化的方程中，表示重核裂变过程的是( )
A. B.
C. D.
[解析] 是重核裂变，故A正确；
是 衰变，故B错误； 是查德威
克发现中子的核反应方程，属于人工核转变，故C错误；
是轻核聚变，故D错误.
√
5.[2025·福建厦门二模] 我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实
验装置内发生的核反应方程之一为 ，已知该反应过程中
质量亏损为 ，则( )
A. 为电子
B.该反应为 衰变
C.该反应放出的能量为
D.的平均结合能大于 的平均结合能
√
[解析] 根据电荷数和质量数守恒，可知 为中子，故A错误；该反应为聚
变反应，故B错误；根据爱因斯坦的质能方程，可知该反应放出的能量为
，故C错误；核聚变的生成物比反应物更稳定，所以比 更稳定，
即的平均结合能大于 的平均结合能，故D正确.
6.如图所示，一个原子核 经图中所示的一系列
、 衰变后，生成稳定的原子核 ，在此过程中
放射出电子的总个数为( )
A.6 B.8 C.10 D.14
√
[解析] 由图像可知，的质子数为92，质量数为， 的质
子数为82，质量数为，设 变
成共发生次 衰变和次 衰变，根据核
反应方程满足电荷数守恒与质量数守恒可得，
，
，解得 ,
,故放射出电子的总个数为6，A正确.
7.[2025·广东深圳二模] 碳的核反应方程为 ，其半衰期
约为5730年.下列说法正确的是( )
A.该衰变过程吸收能量
B.增加碳 浓度可以缩短半衰期
C.碳 可做示踪原子进行考古断定年代
D.衰变中的电子是碳原子外层电子电离产生的
√
[解析] 该核反应是 衰变，是放能反应，故A错误；半衰期不会随碳
浓度变化而改变，故B错误；碳 可做示踪原子进行考古断定年代，故
C正确； 衰变中的电子来自原子核内部中子转化为质子的同时放出的一
个电子，故D错误.
8.核电作为清洁低碳、安全高效、稳定且可大规模发展的绿色能源，在推
动绿色发展和助力“双碳”目标实现方面发挥着重要的作用.据统计，一座百
万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600
多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一.下列关于核反应的说法正
确的是( )
A.重核裂变过程中能释放能量而轻核聚变过程中只吸收能量
B.核反应堆中发生的核裂变方程为
C.核裂变产生的一个 原子核中有56个质子，88个中子
D.的半衰期为7亿年，10个 原子核经过7亿年还有5个没发生衰变
√
[解析] 核聚变释放能量，故A错误；核反应堆中发生的核裂变方程为
，故B错误；核裂变产生的一个 原子
核中有56个质子， 个中子，故C正确；半衰期是对大量粒子
的统计规律，10个 原子核不适用半衰期规律，故D错误.
9.[2025·湖南长沙模拟] 元素半衰期被广泛应用于考古测年代、药物代谢
控制、核能利用及医学诊断治疗等领域.已知的半衰期为 ，
的半衰期为，现将质量为的和质量为的 投入研究，
研究时长为.设研究结束后的剩余质量为， 的剩余质
量为 ，下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
[解析] 经过时长为时，，即 ，
故A错误，C正确；经过时长为时， ，
即 ，故B、D 错误.
√
10.[2025·辽宁丹东二模] 如图所示，卢瑟
福用 粒子轰击氮原子核产生了氧原子核
和一个质子，这是人类第一次实现了原子核的人工转变.若利用速度为的
粒子去轰击静止的氮原子核，该反应过程遵循动量守恒定律，忽略粒子
间的作用力和相对论效应，且反应前后粒子都在一条直线上运动，已知
粒子、氮原子核、氧原子核和质子的质量分别为 、
、、 ，核反应时质量亏损
释放的核能约为 ，若反应后氧原子核与质子同向运动且速度
大小之比为 .以下说法正确的是( )
A.该核反应方程是
B.反应后氧原子核的速度大小约为
C.核反应中释放的能量约为
D.该反应中的质量亏损为
√
[解析] 根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，该核反应方程是
，故A错误；若反应后氧原子核与质子同向运动且
速度大小之比为，根据动量守恒可得 ，又
，联立解得反应后氧原子核的速度大小为 ，故B正
确；反应物的质量为 ，生
成物的质量为 ，可知核反
应中质量增加，属于吸能反应，吸收的能量为
，
故C、D错误.
11.(多选)[2025·福建卷] 2025年，我国“人造太阳”实现了等离子体原子核
温度超1亿度的突破.在1亿度的高温条件下，“人造太阳”内可发生如下核反
应： .若动量大小相等、方向相反的氘核
与氚核正碰后发生该反应，反应产生的和 的总动能近似等于核反应
释放的全部能量，则( )
A.该反应过程有质量亏损 B.该反应为核裂变反应
C.的动能约为 D.的动能约为
√
√
[解析] 该反应为轻核聚变，反应过程释放能量，有质量亏损，故选项A正
确，B错误.设的质量为，碰后和的动量分别为、 ，动能分
别为、，则， ；依题意可知氘核与氚核正碰前系
统总动量为零，正碰前后根据动量守恒、能量守恒有 ，
，解得， ，故选项C正确，
D错误.
12.[2025·山东潍坊三模] 钇具有放射性，其原子核发生 衰变后
能生成无辐射的锆时钇的质量为，经时间 后剩余
钇的质量为，其图线如图所示.已知光在真空中的速度为 ，下
列说法正确的是( )
A.中的
B.若，则
C.的比结合能大于 的比结合能
D.质量为的钇在时间 内放出的核能为
√
[解析] 原子核发生 衰变的方程为 ，根据电荷数和质
量数守恒可得，故A错误；从到 恰好衰变一半，根据
半衰期的定义结合题图可得半衰期为 ，若
，根据半衰期公式有，解得 ，则
，故B正确；
衰变过程中会释放能量，原子核变得更稳定，比结合能越大的原子核越稳
定，所以的比结合能小于 的比结合能，故C错误；根据质能方程
，其中，则 ，但这部
分质量亏损对应的核能并不是全部放出，因生成的新核也需要一定的能量，
所以在时间内放出的核能小于 ，故D错误.
13.(多选)[2025·湖北武汉联考] 在磁感应强度大小为 的匀强磁场中，一个
静止的放射性原子核发生 衰变放出了一个 粒子.放射出的 粒子
及生成的新核在与磁场垂直的平面内做圆周运动 粒子的运动轨
道半径为，质量为，电荷量为 .下列说法正确的是( )
A.衰变后产生的 粒子与新核 在磁场中运动的轨迹(箭头表示运动方向)
正确的是图丙
B.衰变后经过时间，新核可能与 粒子再次相遇
C. 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小为
D.若衰变过程中释放的核能都转化为 粒子和新核的动能，则衰变过程中
的质量亏损为
√
√
√
[解析] 衰变后产生的 粒子与新核 都带正电荷，且在轨迹相切处的速度
反向，所以在磁场中运动的轨迹(箭头表示运动方向)正确的是题图丁，故
A错误；核反应方程为，则新核的质量为 ，电荷量
为，两核做圆周运动的周期分别为， ，
当为2的整数倍时，两核再过 时间可能再次相遇，故B正确；
粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小为
，故C正确；根据能量守恒定律得
，结合圆周运动以及两核的相互关系整理得
，由质能方程 解得
，故D正确.
必备知识自查
一、1.(1)贝克勒尔 (3)原子核 2.(1)核子 (2)质量数
二、1.(2)① ② 2.(1)半数 (2)内部 没有关系 3.(1)天然 人工 (2)示踪原子
三、1. (2)相邻的核子 2.(2)核子数 3.(1) (2) (3)
四、1.(3)中子 (4)链式反应 (5)原子弹 (6)控制棒(镉棒) 2.(1)质量较大 热核反应
【辨别明理】
1.× 2.× 3.× 4.√ 5.×
核心考点探究
例1.A 例2.C 例3.ABC 例4.B 例5.B 例6.A 例7.B 例8.B 例9.C 例10.D
基础巩固练
1.C 2.B 3.A 4.A 5.D 6.A
综合提升练
7.C 8.C 9.C 10.B 11.AC 12.B
拓展挑战练
13.BCD第41讲　原子核
例1　A　[解析] 根据质量数和电荷数守恒有Ne,可知X为电子,电子是在核内中子转化为质子的过程中产生的,故选A.
例2　C　[解析] 设X的质量数为a,电荷数为b,根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒,可得a=18,b=8,X为O,A错误;该反应为正β衰变,不是核聚变,B错误;1克F经过一个半衰期,质量变为原来的,还剩下0.5克F,C正确ν的电荷数为0,在磁场中不受洛伦兹力,不会发生偏转,D错误.
例3　ABC　[解析] 由核反应过程质量数和电荷数守恒可得100=A+0,42=44-y,解得A=100,y=2,A、B正确;由题可得γ1光子的能量大于γ2光子的能量,由光子的能量公式ε=hν,波长λ=,可得γ1的频率大于γ2的频率,γ1的波长小于γ2的波长,C正确,D错误.
例4　B　[解析] 原子核衰变时释放能量,根据质能方程,总质量会减少,新核总质量小于原核质量,故A错误;半衰期定义为大量放射性原子核半数发生衰变所需的时间,题干中强调“大量”,符合定义,故B正确;半衰期由原子核内部结构决定,与温度无关,故C错误;半衰期不受化学方法影响,因化学变化不改变原子核性质,故D错误.
例5　B　[解析] 设采集时大气中有x个Be原子和y个原子,由于的半衰期为139万年,故经过106天后原子的衰变个数可以忽略不计,的半衰期为53天,故经过106天后原子的剩余数量为x·,故有=,解得x∶y=1∶2,故选B.
例6　A　[解析] A项是铀 238衰变为钍 234的α衰变方程,故A正确; B项是卢瑟福用α粒子He)轰击氮 14原子核发现质子的核反应方程(人工转变),故B错误; C项是轻核的聚变反应,故C错误;D项是铀 235重核裂变的一种核反应方程,故D错误.
例7　B　[解析] 核聚变是指两个或多个轻核合并成一个质量较大的核的过程,释放出大量能量.氘和氚发生反应生成氦和中子,符合核聚变的定义,故B正确;核反应方程NHeOH为人工转变,故A错误;核反应方程UThHe为α衰变,故C错误;核反应方程UnSrXe+1n为裂变反应,故D错误.
例8　B　[解析] 根据题图甲可知He核的比结合能约为7 MeV,则He核的结合能约为E=4×7 MeV=28 MeV,A错误;根据题图甲可知U核的比结合能比Kr核的比结合能小,所以Kr比U更稳定,B正确;根据题图乙可知,核D裂变成核E和F的过程中,核子的平均质量减少,放出核能,比结合能增大,C错误;根据题图乙可知,若A、B能结合成C,核子的平均质量减少,结合过程一定要放出能量,D错误.
例9　C　[解析] 根据核反应过程中质量数和电荷数守恒可推知X为n,Y为H,故A、B错误;设H核的质量为m1He核的质量为m2,根据质能方程有ΔE1=c2=c2, ΔE2=c2=c2,故C正确;一个质子与一个中子在结合成H核时,有质量亏损,故D错误.
例10　D　[解析] 根据核反应中质量数守恒、电荷数守恒,可知核反应方程式为HHHen,选项A错误;生成物比反应物更稳定,因此生成物的比结合能更大,即氦核的比结合能比氘核的大,选项B错误;发生轻核聚变的条件是原子核之间距离达到原子核的尺度,即达到10-15 m,选项C错误;根据核反应可知,每次核聚变反应后质量亏损为Δm=m氘+m氚-m氦-m中=0.018 9 u,4 g氘参加反应,含有氘核个数N=NA=×6×1023=1.2×1024,质量亏损产生的核能为ΔE=NΔm×931.5 MeV=1.2×1024×0.018 9×931.5 MeV=2.11×1025 MeV,选项D正确.第41讲　原子核
1.C　[解析] 半衰期是统计规律,指大量原子核有半数发生衰变所需的时间,而非单个原子核衰变时间的一半,故A错误;半衰期由原子核内部结构决定,与温度等外部条件无关,故B错误;β衰变是原子核内中子转化为质子(释放电子和反电子中微子),故C正确;α衰变质量数减少4,镤 210(质量数210)衰变后新核质量数为210-4=206,而非208,故D错误.
2.B　[解析] 根据题意可知,钍核每俘获1个中子质量数加1,电荷数不变,每发生一次β衰变,质量数不变,电荷数加1,钍核变成铀核,质量数加1,电荷数加2,则俘获1个中子,发生2次β衰变,即x=1,y=2,故选B.
3.A　[解析] 氢原子基态能量由电子与质子决定,反氢原子由正电子和反质子构成,电荷结构相同,能级结构不变,基态能量仍为-13.6 eV,故A正确;若中子衰变(β+衰变)生成质子、正电子,即pe,不符合质子数守恒,故B错误;正负电子对撞湮灭时,总动量为零,需产生至少两个光子以保证动量守恒,单个光子无法满足动量守恒,故C错误;核聚变通常释放能量(如普通氘核聚变),反氘核聚变遵循相同规律,应释放能量而非吸收能量,故D错误.
4.A　[解析] nBaKr+n是重核裂变,故A正确; Pae是β衰变,故B错误;+nC是查德威克发现中子的核反应方程,属于人工核转变,故C错误HHHen是轻核聚变,故D错误.
5.D　[解析] 根据电荷数和质量数守恒,可知X为中子,故A错误;该反应为聚变反应,故B错误;根据爱因斯坦的质能方程,可知该反应放出的能量为Δmc2,故C错误;核聚变的生成物比反应物更稳定,所以比更稳定,即的平均结合能大于的平均结合能,故D正确.
6.A　[解析] 由图像可知,X的质子数为92,质量数为92+146=238,Y的质子数为82,质量数为82+124=206,设变成共发生m次α衰变和n次β衰变,根据核反应方程满足电荷数守恒与质量数守恒可得,n×0+m×4=238-206=32,n×(-1)+m×2=92-82=10,解得n=6,m=8, 故放射出电子的总个数为6,A正确.
7.C　[解析] 该核反应是β衰变,是放能反应,故A错误;半衰期不会随碳 14浓度变化而改变,故B错误;碳 14可做示踪原子进行考古断定年代,故C正确;β衰变中的电子来自原子核内部中子转化为质子的同时放出的一个电子,故D错误.
8.C　[解析] 核聚变释放能量,故A错误;核反应堆中发生的核裂变方程为nBaKr+n,故B错误;核裂变产生的一个原子核中有56个质子,144-56=88个中子,故C正确;半衰期是对大量粒子的统计规律,10个原子核不适用半衰期规律,故D错误.
9.C　[解析] 18F经过时长为3740 min时,m1'=m1=,即=,故A错误,C正确;68Ga经过时长为3 740 min时,m2'=m2=,即=,故B、D 错误.
10.B　[解析] 根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知,该核反应方程是HeOH,故A错误;若反应后氧原子核与质子同向运动且速度大小之比为1∶50,根据动量守恒可得m1v0=m3v3+m4v4,又v3∶v4=1∶50,联立解得反应后氧原子核的速度大小为v3≈v0,故B正确;反应物的质量为m1+m2=4.002 6 u+14.007 3 u=18.009 9 u,生成物的质量为m3+m4=17.004 5 u+1.007 8 u=18.012 3 u,可知核反应中质量增加,属于吸能反应,吸收的能量为ΔE=Δm×931.5 MeV=(18.012 3-18.009 9)×931.5 MeV≈2.24 MeV,故C、D错误.
11.AC　[解析] 该反应为轻核聚变,反应过程释放能量,有质量亏损,故选项A正确,B错误.设的质量为m,碰后和的动量分别为pHe、pn,动能分别为EHe、En,则EHe=,En=;依题意可知氘核与氚核正碰前系统总动量为零,正碰前后根据动量守恒、能量守恒有0=pHe+pn,17.5 MeV=EHe+En,解得EHe=3.5 MeV,En=14 MeV,故选项C正确,D错误.
12.B　[解析] 原子核发生β衰变的方程为→e,根据电荷数和质量数守恒可得Z=40,故A错误;从=到=恰好衰变一半,根据半衰期的定义结合题图可得半衰期为T=84.7 h-20.6 h=64.1 h,若=,根据半衰期公式有m=m0,解得==,则t=3T=192.3 h,故B正确;衰变过程中会释放能量,原子核变得更稳定,比结合能越大的原子核越稳定,所以的比结合能小于的比结合能,故C错误;根据质能方程ΔE=Δmc2,其中Δm=m0-m,则ΔE=Δmc2=c2,但这部分质量亏损对应的核能并不是全部放出,因生成的新核也需要一定的能量,所以在时间t内放出的核能小于c2,故D错误.
13.BCD　[解析] 衰变后产生的α粒子与新核Y都带正电荷,且在轨迹相切处的速度反向,所以在磁场中运动的轨迹(箭头表示运动方向)正确的是题图丁,故A错误;核反应方程为YHe,则新核Y的质量为m,电荷量为q,两核做圆周运动的周期分别为Tα=,TY==,当为2的整数倍时,两核再过时间可能再次相遇,故B正确;α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,环形电流大小为I===,故C正确;根据能量守恒定律得ΔE=mv2+×mv'2,结合圆周运动以及两核的相互关系整理得ΔE=+=,由质能方程ΔE=Δmc2解得Δm=,故D正确.第41讲　原子核
　　　　　 　　　　　 　　　　　
一、天然放射现象和原子核的组成
1.天然放射现象
(1)发现:由　　　　　　发现.
(2)概念:元素自发地发出射线的现象.
(3)意义:天然放射现象的发现,说明　　　　具有复杂的结构.
2.原子核的组成
(1)原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为　　　　.质子带正电,中子不带电.
(2)原子核的符号X,其中A表示　　　　　,Z表示电荷数.
(3)基本关系
①电荷数(Z)=质子数=元素的原子序数=原子的核外电子数.
②质量数(A)=核子数=质子数+中子数.
二、原子核的衰变、半衰期
1.原子核的衰变
(1)概念:原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.
(2)分类:①α衰变XY+　　　　;②β衰变XY+　　　　.
[注意] γ射线是伴随原子核发生α衰变或β衰变而产生的.
(3)规律:①质量数守恒;②电荷数守恒.
2.半衰期
(1)定义:放射性元素的原子核有　　　　发生衰变所需的时间.
(2)影响因素:放射性元素的半衰期是由核　　　　自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件　　　　　.
(3)公式:N余=N原·,m余=m原·.
3.放射性同位素
(1)放射性同位素:有　　　　放射性同位素和　　　　放射性同位素两类.一种元素的各种同位素都有相同的化学性质.
(2)应用:射线测厚仪、放射治疗、培优保鲜、　　　　　等.
(3)防护:防止放射性对人体组织的伤害.
三、核力和核能
1.核力
(1)概念:原子核内部,核子间所特有的相互作用力.
(2)特点:核力是强相互作用力、短程力,只发生在　　　　　　　间.
2.结合能与比结合能
(1)结合能:原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开需要的能量,叫作原子核的结合能.
(2)比结合能:原子核的结合能与　　　　　之比,叫作比结合能,也叫平均结合能.比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定.
3.核能
(1)质能关系:E=　　　　.
(2)核能的释放:核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其释放的能量ΔE=　　　　.
(3)核能的吸收:原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=　　　　.
四、裂变反应和聚变反应
1.重核裂变
(1)定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程.
(2)典型的裂变反应方程Un→Kr+n.
(3)链式反应:重核裂变产生的　　　　使裂变反应一代接一代继续下去的过程.
(4)临界体积和临界质量:裂变物质能够发生　　　　　的最小体积及其相应的质量.
(5)裂变的应用:　　　　、核反应堆.
(6)反应堆构造:核燃料(铀棒)、慢化剂(石墨、重水和普通水)、　　　　、水泥防护层.
2.轻核聚变
(1)定义:两个轻核结合成　　　　　的核的反应过程.轻核聚变反应必须在高温下进行,因此又叫　　　　　.
(2)典型的聚变反应方程HHHen+17.6 MeV.
【辨别明理】
1.如果某放射性元素的原子核有100个,经过一个半衰期后还剩50个. (　)
2.人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的. (　)
3.原子核的结合能越大,原子核就越稳定. (　)
4.核反应中有质量亏损,一定有核能产生. (　)
5.质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量. (　)
　　　　　 　　　　　 　　　　　
　原子核的衰变及半衰期
考向一　原子核的衰变
1.α衰变、β衰变的比较
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变过程 XHe XYe
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子
H+nHe nHe
匀强磁场 中的轨迹 形状
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
2. 三种射线的成分和性质
名称 构成 符号 电荷量 质量 电离 能力 贯穿 本领
α射线 氦核 He +2e 4 u 最强 最弱
β射线 电子 e -e u 较强 较强
γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强
例1　[2025·云南卷] 2025年3月,我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布,标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破.碳14的衰变方程为CN+X,则 (　)
A.X为电子,是在核内中子转化为质子的过程中产生的
B.X为电子,是在核内质子转化为中子的过程中产生的
C.X为质子,是由核内中子转化而来的
D.X为中子,是由核内质子转化而来的
例2　[2025·湖北卷] PET(正电子发射断层成像)是核医学科重要的影像诊断工具,其检查原理是将含放射性同位素(如F)的物质注入人体参与人体代谢,从而达到诊断的目的F的衰变方程为F→Xeν,其中ν是中微子.已知F的半衰期是110分钟.下列说法正确的是 (　)
A.X为O
B.该反应为核聚变反应
C.1克F经110分钟剩下0.5克F
D.该反应产生的ν在磁场中会发生偏转
[反思感悟] 　

例3　(多选)[2025·黑吉辽内蒙古卷] 某理论研究认为Mo原子核可能发生双β衰变,衰变方程为MoRu+e.处于第二激发态的Ru原子核先后辐射能量分别为0.590 8 MeV和0.539 5 MeV的γ1、γ2两光子后回到基态.下列说法正确的是 (　)
A.A=100
B.y=2
C.γ1的频率比γ2的大
D.γ1的波长比γ2的大
[反思感悟] 　

【技法点拨】
确定衰变次数的方法:
因为β衰变对质量数无影响,所以先由质量数的改变确定α衰变的次数,然后再根据衰变规律确定β衰变的次数.
考向二　半衰期
例4　[2025·湖南卷] 关于原子核衰变,下列说法正确的是 (　)
A.原子核衰变后生成新核并释放能量,新核总质量等于原核质量
B.大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间,为该元素的半衰期
C.放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长
D.采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期
例5　[2025·河南卷] 由于宇宙射线的作用,在地球大气层产生铍的两种放射性同位素和.测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比,可以研究大气环境的变化.已知和的半衰期分别约为53天和139万年.在大气层某高度采集的样品中,研究人员发现和e的总原子个数经过106天后变为原来的,则采集时该高度的大气中和的原子个数比约为 (　)
A.1∶4 B.1∶2
C.3∶4 D.1∶1
[反思感悟] 　
　核反应及核反应类型
1.核反应的四种类型
类型 可控性 核反应方程典例
衰 变 α衰变 自发 UThHe
β衰变 自发 Th Pae
人工 转变 人工 控制 NHeOH (卢瑟福发现质子)
HeBeCn (查德威克发现中子)
AlHe→ Pn 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子
PSie
重核 裂变 容易 控制 UnBaKr+n
UnXeSr+1n
轻核聚变 很难控制 HHHen+17.6 MeV
例6　[2025·广东韶关模拟] 1896年,法国物理学家贝克勒尔发现,铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线.这些射线分别为α射线、β射线和γ射线.原子核自发地放出α、β射线后,变成了另一种原子核,此现象称为衰变.下列属于衰变的方程是 (　)
A.UThHe
B.NHeOH
C.HHHen
D.UnBaKr+n
[反思感悟] 　

例7　[2025·湖北襄阳模拟] 2025年1月20日,我国有“人造太阳”之称的全超导托夫马克核聚变实验装置(EAST)首次完成1亿摄氏度1066秒的高约束等离子体运行.下列方程属于核聚变反应的是 (　)
A.NHeOH
B.HHHen
C.UThHe
D.UnSrXe+1n
[反思感悟] 　


　质量亏损与核能的计算
1.能量与质量的关系的理解
(1)物体的能量与它的质量相联系,且E=mc2.
物体的能量增大,质量也增大;物体的能量减少,质量也减少.
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其能量也要相应减少,且ΔE=Δmc2.
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=Δmc2.
2.核能释放的两种途径
中等大小的原子核的比结合能最大,这些核最稳定.由比结合能较小的核反应生成比结合能较大的核会释放能量.核能释放一般有两种途径:
(1)使较重的核分裂成中等大小的核;
(2)使较小的核结合成中等大小的核.
3.计算核能的几种常用方法
(1)根据爱因斯坦质能方程,用核反应过程中亏损的质量乘以真空中光速的平方,即ΔE=Δmc2,计算时Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”.
(2)根据原子质量1 u相当于931.5 MeV的能量,得ΔE=Δm×931.5 MeV/u,计算时Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”.
(3)根据平均结合能来计算核能
原子核的结合能=平均结合能×核子数.反应前后原子核的结合能之差即释放(增加)的核能.
(4)有时可结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算.
总之,应根据题目的具体情况合理选择核能的求解方法,且计算时要注意各量的单位.
例8　[2025·辽宁大连模拟] 如图甲所示为原子核的比结合能与质量数的关系曲线,如图乙所示为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线.下列说法正确的是 (　)
甲
乙
A.根据图甲可知He核的结合能约为7 MeV
B.根据图甲可知Kr比U更稳定
C.根据图乙可知,核D裂变成核E和F的过程中,生成的新核E、F的比结合能减小
D.根据图乙可知,若A、B能结合成C,则结合过程中一定要吸收能量
[反思感悟] 　


例9　[2025·河北名校联考] 已知氘核与氚核聚变时的核反应方程为HHHe+X+ΔE1,氘核与氦 3核聚变时的核反应方程为HHeHe+Y+ΔE2;若氦 3核的质量为3.015 0 u,氚核的质量为3.016 0 u,质子的质量为1.007 u,中子的质量为1.008 u.下列说法正确的是 (　)
A.X为H
B.Y为n
C.ΔE1=ΔE2
D.H核的质量等于一个质子与一个中子的质量之和
[反思感悟] 　


例10　[2024·浙江1月选考] 已知氘核质量为2.014 1 u,氚核质量为3.016 1 u,氦核质量为4.002 6 u,中子质量为1.008 7 u,阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1,氘核摩尔质量为2 g/mol,1 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HHHen
B.氘核的比结合能比氦核的大
C.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变
D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
[反思感悟] 　


一、1.(1)贝克勒尔　(3)原子核　2.(1)核子　(2)质量数
二、1.(2)He　e　2.(1)半数　(2)内部　没有关系　3.(1)天然　人工　(2)示踪原子
三、1.(2)相邻的核子　2.(2)核子数　
3.(1)mc2　(2)Δmc2　(3)Δmc2
四、1.(3)中子　(4)链式反应　(5)原子弹　(6)控制棒(镉棒)　2.(1)质量较大　热核反应
【辨别明理】
1.×　2.×　3.×　4.√　5.×第41讲　原子核 (限时40分钟)
　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.[2025·河北邯郸模拟] 2025年6月,中国科学院近代物理研究所甘再国研究员团队合成了新核素镤210并精确测量其衰变特性.下列关于原子核衰变的说法正确的是 (　)
A.半衰期是指一个原子核衰变至稳定状态所需时间的一半
B.若使放射性物质的温度升高,其半衰期将会明显缩短
C.β衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子
D.镤210 Pa)发生α衰变后,生成的新核质量数为208
2.[2025·安徽卷] 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()俘获x个中子(),共发生y次β衰变,转化为易裂变的铀核(),则 (　)
A.x=1,y=1
B.x=1,y=2
C.x=2,y=1
D.x=2,y=2
3.[2025·北京卷] 自然界中物质是常见的,反物质并不常见.反物质由反粒子构成,它是科学研究的前沿领域之一.目前发现的反粒子有正电子、反质子等;反氢原子由正电子和反质子组成.粒子与其对应的反粒子质量相等,电荷等量异种.粒子和其反粒子碰撞会湮灭.反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒.下列说法正确的是 (　)
A.已知氢原子的基态能量为-13.6 eV,则反氢原子的基态能量也为-13.6 eV
B.一个中子可以转化为一个质子和一个正电子
C.一对正负电子等速率对撞,湮灭为一个光子
D.反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量
4.下列原子核变化的方程中,表示重核裂变过程的是 (　)
A.UnBaKr+n
B.Th Pae
C.HeBenC
D.HHHen
5.[2025·福建厦门二模] 我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置内发生的核反应方程之一为H+H→+X,已知该反应过程中质量亏损为Δm,则 (　)
A.X为电子
B.该反应为α衰变
C.该反应放出的能量为Δmc2
D.He的平均结合能大于H的平均结合能
6.如图所示,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为 (　)
A.6 B.8
C.10 D.14
7.[2025·广东深圳二模] 碳 14的核反应方程为CNe,其半衰期约为5730年.下列说法正确的是 (　)
A.该衰变过程吸收能量
B.增加碳 14浓度可以缩短半衰期
C.碳 14可做示踪原子进行考古断定年代
D.衰变中的电子是碳原子外层电子电离产生的
8.核电作为清洁低碳、安全高效、稳定且可大规模发展的绿色能源,在推动绿色发展和助力“双碳”目标实现方面发挥着重要的作用.据统计,一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比,每年可以减少二氧化碳排放600多万吨,可见核能是减排效应较大的能源之一.下列关于核反应的说法正确的是 (　)
A.重核裂变过程中能释放能量而轻核聚变过程中只吸收能量
B.核反应堆中发生的核裂变方程为Un→Kr+n
C.核裂变产生的一个Ba原子核中有56个质子,88个中子
D.U的半衰期为7亿年,10个U原子核经过7亿年还有5个没发生衰变
9.[2025·湖南长沙模拟] 元素半衰期被广泛应用于考古测年代、药物代谢控制、核能利用及医学诊断治疗等领域.已知18F的半衰期为110 min,68Ga的半衰期为68 min,现将质量为m1的18F和质量为m2的68Ga投入研究,研究时长为3740 min.设研究结束后18F的剩余质量为m1',68Ga的剩余质量为m2',下列说法正确的是 (　)
A.=1- B.=1-
C.= D.=
10.[2025·辽宁丹东二模] 如图所示,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核产生了氧原子核和一个质子,这是人类第一次实现了原子核的人工转变.若利用速度为v0的α粒子去轰击静止的氮原子核,该反应过程遵循动量守恒定律,忽略粒子间的作用力和相对论效应,且反应前后粒子都在一条直线上运动,已知α粒子、氮原子核、氧原子核和质子的质量分别为m1=4.002 6 u、m2=14.007 3 u、m3=17.004 5 u、m4=1.007 8 u,核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931.5 MeV,若反应后氧原子核与质子同向运动且速度大小之比为1∶50.以下说法正确的是 (　)
A.该核反应方程是NHeOH
B.反应后氧原子核的速度大小约为v0
C.核反应中释放的能量约为2.23 MeV
D.该反应中的质量亏损为Δm=0.004 u
11.(多选)[2025·福建卷] 2025年,我国“人造太阳”实现了等离子体原子核温度超1亿度的突破.在1亿度的高温条件下,“人造太阳”内可发生如下核反应HHHen+17.5 MeV.若动量大小相等、方向相反的氘核与氚核正碰后发生该反应,反应产生的He和n的总动能近似等于核反应释放的全部能量,则 (　)
A.该反应过程有质量亏损
B.该反应为核裂变反应
C.n的动能约为14 MeV
D.He的动能约为14 MeV
12.[2025·山东潍坊三模] 钇 90具有放射性,其原子核Y发生β衰变后能生成无辐射的Zr(锆 90).t=0时钇 90的质量为m0,经时间t后剩余钇 90的质量为m,其 t图线如图所示.已知光在真空中的速度为c,下列说法正确的是 (　)
A.Zr中的Z=38
B.若=,则t=192.3 h
C.Y的比结合能大于Zr的比结合能
D.质量为m0的钇 90在时间t内放出的核能为c2
13.(多选)[2025·湖北武汉联考] 在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核X)发生α衰变放出了一个α粒子.放射出的α粒子He)及生成的新核Y在与磁场垂直的平面内做圆周运动.α粒子的运动轨道半径为R,质量为m,电荷量为q.下列说法正确的是 (　)
A.衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹(箭头表示运动方向)正确的是图丙
B.衰变后经过时间t=,新核Y可能与α粒子再次相遇
C.α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,环形电流大小为
D.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为Δm=

展开更多......

收起↑