專題07原子核模型

專題07原子核模型一、天然放射現(xiàn)象及三種射線1．天然放射現(xiàn)象(1)1896年，法國物理學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)具有放射性。(2)①放射性：物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)。②放射性元素：具有放射性的元素。③天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象。(3)原子序數(shù)大于或等于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也能放出射線。(4)瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)了兩種放射性更強的新元素，命名為釙(Po)和鐳(Ra)。2．三種射線(1)α射線：實際上就是氦原子核，速度可達到光速的eq\f(1,10)，其電離能力強，穿透能力較差，在空氣中只能前進幾厘米，用一張紙就能把它擋住。(2)β射線：是高速電子流，它速度很大，可達光速的99%，它的穿透能力較強，電離能力較弱，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。(3)γ射線：呈電中性，是能量很高的電磁波，波長很短，在10－10m以下，它的電離作用更小，但穿透能力更強，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板或幾十厘米厚的混凝土。說明：元素的放射性與它以單質(zhì)還是化合物的形式存在無關(guān)，且天然放射現(xiàn)象不受任何物理變化、化學變化的影響。二、原子核的組成1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)(如圖所示)2．中子的發(fā)現(xiàn)(如圖所示)3．原子核的組成由質(zhì)子和中子組成，它們統(tǒng)稱為核子。4．原子核的符號5．同位素具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱同位素。例如，氫有三種同位素分別為eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H。說明：同位素的化學性質(zhì)相同，物理性質(zhì)一般不同。三、原子核的衰變1．定義原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，由于核電荷數(shù)變了，它在元素周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。我們把這種變化稱為原子核的衰變。2．衰變分類(1)α衰變：放出α粒子的衰變。(2)β衰變：放出β粒子的衰變。3．衰變過程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e。4．衰變規(guī)律(1)原子核衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。(2)任何一種放射性元素只有一種放射性，不能同時既有α放射性又有β放射性，而γ射線伴隨α衰變或β衰變產(chǎn)生。說明：原子核衰變時質(zhì)量數(shù)守恒，但不是質(zhì)量守恒，有質(zhì)量減少(也叫質(zhì)量虧損)。四、半衰期與核反應1．半衰期(1)定義放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。(2)決定因素放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。不同的放射性元素，半衰期不同。(3)應用利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點，可以測量其衰變程度、推斷時間。2．核反應(1)人工核轉(zhuǎn)變：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。(2)定義：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程。(3)特點：在核反應中，質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。說明：半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，只對大量原子核有意義，對少數(shù)原子核沒有意義。五、放射性同位素的應用與安全1．放射性同位素：很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它們被稱為放射性同位素。2．放射性同位素的應用：(1)射線測厚儀。(2)放射治療。(3)培優(yōu)、保鮮。(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素具有相同的化學性質(zhì)，用放射性同位素替換非放射性的同位素后，可以探測出原子到達的位置。3．輻射與安全：人類一直生活在放射性的環(huán)境中，過量的射線對人體組織有破壞作用。要防止放射性物質(zhì)對水源、空氣、用具等的污染。說明：一般放射性同位素半衰期短，而且強度容易控制，使用更廣泛。六、核力與四種基本相互作用1．強相互作用(1)定義：原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用，即存在一種核力，它使得核子緊密地結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核，這種作用稱為強相互作用。(2)特點：①核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核內(nèi)，核力比庫侖力大得多。②是短程力，作用范圍只有約10－15m。2．弱相互作用(1)定義：在某些放射現(xiàn)象中起作用的還有另一種基本相互作用，稱為弱相互作用。(2)也是短程力，作用范圍只有10－18m。3．四種基本相互作用說明：強相互作用是短程力，每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生作用，也叫核力的飽和性。七、結(jié)合能和質(zhì)量虧損1．結(jié)合能原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。2．比結(jié)合能原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。中等大小的核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定。3．質(zhì)能方程物體的能量與它們質(zhì)量的關(guān)系是：E＝mc2。4．質(zhì)量虧損原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。注意：原子核的核子結(jié)合成原子核釋放的能量與把它們分開需要的能量相等。八、核裂變1．核裂變的發(fā)現(xiàn)(1)核裂變重核被中子轟擊后分裂成兩個質(zhì)量差不多的新原子核，并放出核能的過程。(2)鈾核裂變用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。(3)鏈式反應當一個中子引起一個重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續(xù)下去，這種由重核裂變產(chǎn)生的中子使核裂變反應一代一代繼續(xù)下去的過程，叫作核裂變的鏈式反應。(4)鏈式反應的條件發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于臨界體積或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。2．反應堆與核電站(1)核能釋放的控制通過可控制的鏈式反應實現(xiàn)核能釋放的裝置稱為核反應堆。(2)慢化劑反應堆中，為了使裂變產(chǎn)生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，常用的慢化劑有石墨、重水和普通水(也叫輕水)。(3)控制棒為了控制反應速度，還需要在鈾棒之間插進一些鎘棒，它吸收中子的能力很強，反應過于激烈時，可將其插入深一些，多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒。(4)能量輸出核燃料裂變釋放的能量使反應區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應堆外循環(huán)流動，把反應堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電。說明：核裂變是可以控制的，如核電站的建立和應用。九、核聚變1．定義兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應叫作核聚變。2．舉例eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。3．條件(1)輕核的距離要達到10－15m以內(nèi)。(2)需要加熱到很高的溫度，因此又叫熱核反應。4．優(yōu)點(1)輕核聚變產(chǎn)能效率高。(2)地球上聚變?nèi)剂系膬α控S富。(3)輕核聚變更為安全、清潔。5．約束方法磁約束和慣性約束。【模型演練1】(多選)如圖所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強磁場，則下列說法中正確的有()A．打在圖中a、b、c三點的依次是α射線、γ射線和β射線B．α射線和β射線的軌跡是拋物線C．α射線和β射線的軌跡是圓弧D．如果在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強電場，則屏上的亮斑可能只剩下b【思路點撥】：(1)用左手定則可以判出其電性。(2)洛倫茲力不做功只改變速度方向，故軌跡是圓弧?！敬鸢浮緼C【解析】由左手定則可知粒子向右射出后，在勻強磁場中帶正電的α粒子受的洛倫茲力向上，帶負電的β粒子受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧，而γ射線不帶電，做直線運動，故B錯誤，A、C正確；如果在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強電場時，由于α粒子速度約是光速的eq\f(1,10)，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場中不可能都做直線運動，故D錯誤。【規(guī)律總結(jié)】三種射線的比較方法(1)知道三種射線帶電的性質(zhì)，α射線帶正電、β射線帶負電、γ射線不帶電。α、β是實物粒子，而γ射線是光子流，屬于電磁波的一種。(2)在電場或磁場中，通過其受力及運動軌跡半徑的大小來判斷α和β射線，由于γ射線不帶電，故運動軌跡仍為直線。(3)α射線穿透能力較弱，β射線穿透能力較強，γ射線穿透能力最強?！灸Ｐ脱菥?】eq\o\al(238,92)U核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)閑q\o\al(206,82)Pb核，問：(1)一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變？(2)eq\o\al(206,82)Pb與eq\o\al(238,92)U相比，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少了多少？(3)綜合寫出這一衰變過程的方程?！舅悸伏c撥】：(1)α衰變和β衰變方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律。(2)在寫方程時用“→”而不能用“＝”號，因為質(zhì)量并不相等，且也不可逆?！敬鸢浮?1)8次α衰變和6次β衰變(2)1022(3)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,－1)e【解析】(1)設(shè)eq\o\al(238,92)U衰變?yōu)閑q\o\al(206,82)Pb經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變。由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得238＝206＋4x ①92＝82＋2x－y ②聯(lián)立①②解得x＝8，y＝6即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變。(2)由于每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2，每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1，而質(zhì)子數(shù)增加1，故eq\o\al(206,82)Pb較eq\o\al(238,92)U質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22。(3)衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,－1)e。【規(guī)律總結(jié)】衰變次數(shù)的判斷方法(1)衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。(2)每發(fā)生一次α衰變，質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2。(3)每發(fā)生一次β衰變，中子數(shù)減少1，質(zhì)子數(shù)增加1?！灸Ｐ脱菥?】關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法，正確的是()A．原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等B．穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多C．原子核都是非常穩(wěn)定的D．由于核力的作用范圍是有限的，核力具有飽和性，不可能無節(jié)制地增大原子核而仍穩(wěn)定存在【思路點撥】：(1)核力是短程力且有飽和性。(2)穩(wěn)定的重原子核里中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多?！敬鸢浮緿【解析】由穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系圖像可知，質(zhì)量越大的原子核內(nèi)中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多得越多，故A、B錯誤；由核力作用特點可知，核子數(shù)越多的原子核越不穩(wěn)定，故C錯誤，D正確?！疽?guī)律方法】(1)核力是強相互作用力，只存在于相鄰核子之間。(2)核力的存在與核子是否帶電及電性無關(guān)。(3)原子核的穩(wěn)定性與核力和庫侖力的大小關(guān)系有關(guān)。【模型演練4】取質(zhì)子的質(zhì)量mp＝1.6726×10－27kg，中子的質(zhì)量mn＝1.6749×10－27kg，α粒子的質(zhì)量mα＝6.6467×10－27kg，光速c＝3.0×108m/s。請計算α粒子的結(jié)合能。(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)【答案】4.3×10－12J【思路點撥】：(1)根據(jù)質(zhì)量關(guān)系求出，虧損的質(zhì)量Δm。(2)據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2求得結(jié)合能?！窘馕觥拷M成α粒子的核子與α粒子的質(zhì)量差Δm＝(2mp＋2mn)－mα結(jié)合能ΔE＝Δmc2代入數(shù)據(jù)得ΔE＝4.3×10－12J?！疽?guī)律總結(jié)】核能的兩種單位(1)若以kg為質(zhì)量虧損Δm的單位，則計算時應用公式ΔE＝Δmc2。(2)若以原子單位“u”為質(zhì)量虧損單位，則ΔE＝Δm×931.5MeV。(3)兩種方法計算的核能的單位分別為“J”和“MeV”，1MeV＝1×106×1.6×10－19J＝1.6×10－13J。【模型演練5】(多選)2017年11月17日，“中國核潛艇之父”——黃旭華獲評全國道德模范。下列有關(guān)核反應的說法正確的是()A．目前核潛艇是利用重核裂變提供動力B．重核裂變反應前后一定有質(zhì)量虧損C．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)U＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n式中d＝1D．鈾核裂變后的新核比鈾核的比結(jié)合能小【思路點撥】：(1)核裂變放出能量，比結(jié)合能變大。(2)核反應方程，質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒?！敬鸢浮緼B【解析】目前核潛艇是利用重核裂變提供動力，選項A正確；重核裂變要釋放核能，則反應前后一定有質(zhì)量虧損，選項B正確；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，該核反應中的d＝2，選項C錯誤；鈾核不如裂變后生成的新核穩(wěn)定，可知鈾核的比結(jié)合能比裂變后生成的新核的比結(jié)合能小，選項D錯誤?！疽?guī)律總結(jié)】對重核裂變的兩點理解(1)重核裂變是中子轟擊質(zhì)量數(shù)較大的原子核，使之分裂成中等質(zhì)量的原子核，同時釋放大量的能量，放出更多的中子的過程。(2)重核的裂變是放能核反應，原因是核反應前后質(zhì)量有虧損，根本原因是重核的比結(jié)合能相比中等質(zhì)量的核的比結(jié)合能要小。所以在重核分解為兩個中等質(zhì)量核的過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量?！灸Ｐ脱菥?】氘核(eq\o\al(2,1)H)和氚核(eq\o\al(3,1)H)結(jié)合成氦核(eq\o\al(4,2)He)的核反應方程如下：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV(1)這個核反應稱為________。(2)要發(fā)生這樣的核反應，需要將反應物質(zhì)的溫度加熱到幾百萬開爾文。式中17.6MeV是核反應中________(選填“放出”或“吸收”)的能量，核反應后生成物的總質(zhì)量比核反應前物質(zhì)的總質(zhì)量________(選填“增加”或“減少”)了________kg(保留一位有效數(shù)字)?！舅悸伏c撥】：(1)兩個輕核結(jié)合成一個中等質(zhì)量的核，是核聚變。(2)核聚變有質(zhì)量虧損，放出熱量?！敬鸢浮?1)核聚變(2)放出減少3×10－29【解析】在輕核聚變反應中，由于質(zhì)量虧損，放出核能，由ΔE＝Δmc2，可以求得Δm＝eq\f(ΔE,c2)≈3×10－29kg?！疽?guī)律總結(jié)】(1)核聚變反應和一般的核反應一樣，也遵循電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，這是書寫核反應方程式的重要依據(jù)。(2)核能的計算關(guān)鍵是要求出核反應過程中的質(zhì)量虧損，然后代入ΔE＝Δmc2進行計算。一、單選題1．（2025·河南安陽·一模）中國環(huán)流器二號M是我國新一代研究核聚變的磁約束實驗裝置，采用更先進的結(jié)構(gòu)與控制方式，使等離子體的體積提高了2倍，等離子體電流能力提高到2.5兆安培以上，等離子體溫度達到1.5億度，是聚變核能開發(fā)跨越式發(fā)展的重要依托裝置，其核聚變方程為，下面說法正確的是（）A．X為正電子B．該核反應電荷數(shù)守恒，但質(zhì)量數(shù)不守恒C．的結(jié)合能大于的結(jié)合能D．的比結(jié)合能小于的比結(jié)合能【答案】D【詳解】AB．根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，X為中子，故AB錯誤；CD．氫核聚變釋放大量的核能，生成物更穩(wěn)定，結(jié)合能增大，比結(jié)合能也增大，故C錯誤，D正確；故選D。2．（2024·甘肅·模擬預測）恒星內(nèi)部發(fā)生著各種熱核反應，其中“氦燃燒”的核反應方程為，是不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為T，則下列說法正確的是（）A．的衰變需要外部作用激發(fā)才能發(fā)生B．經(jīng)過兩個半衰期T，剩下的粒子占開始時的C．核反應的過程中質(zhì)量數(shù)守恒，可知D．“氦燃燒”的核反應是聚變反應，反應過程中沒有質(zhì)量虧損【答案】C【詳解】A．衰變是自發(fā)的，不需要外部作用激發(fā)也能發(fā)生，故A錯誤；B．經(jīng)過兩個半衰期，有的粒子發(fā)生衰變，剩下的粒子占開始時的，故B錯誤；C．根據(jù)核反應的過程質(zhì)量數(shù)守恒，則可知故C正確；D．該核反應是聚變反應，反應過程中有質(zhì)量虧損，故D錯誤。故選C。3．（2425高三上·河北張家口·期末）放射性同位素電池具有工作時間長、可靠性高和體積小等優(yōu)點，是航天、深海、醫(yī)學等領(lǐng)域的重要新型電源，也是我國近年重點科研攻關(guān)項目。是制造電池的一種放射性同位素，已知的衰變方程為，式中的X為（）A． B． C． D．【答案】D【詳解】根據(jù)核反應前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得故式中的X為。故選D。4．（2425高三上·甘肅臨夏·期末）甘肅省文物考古研究所蜀道考古研究項目（甘肅段）涉及羊馬城遺址和圣壽院遺址考古勘探?？脊艑W家們利用放射性元素的半衰期可以確定文物的年代，衰變方程為，的半衰期是5730年，下列說法中正確的是（

）A．80個經(jīng)過11460年后，還剩下20個B．衰變的實質(zhì)是核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子，并放出一個電子C．從比結(jié)合能大的核向比結(jié)合能小的核轉(zhuǎn)變，這種核反應才能自發(fā)地發(fā)生D．衰變過程由于發(fā)生了質(zhì)量虧損，會吸收能量【答案】B【詳解】A．半衰期具有統(tǒng)計意義，對于數(shù)量較少的放射性元素的原子而言沒有意義，故A錯誤；B．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知X為電子，屬于衰變，衰變的實質(zhì)是核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子，并放出一個電子，故B正確；C．從比結(jié)合能小的核向比結(jié)合能大的核轉(zhuǎn)變，這種核反應才能自發(fā)地發(fā)生，故C錯誤；D．衰變過程有質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知該過程會放出能量，故D錯誤。故選B。5．（2425高三上·江蘇·期末）2024年10月中國科學院近代物理研究所的研究團隊合成新核素钚227，并測量了它的半衰期。已知钚227的衰變方程為，則其中X是（）A．α粒子 B．β粒子 C．質(zhì)子 D．中子【答案】A【詳解】根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，可知X的質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，故X是α粒子，A正確。故選A。6．（2425高三上·天津河北·期末）2024年10月11日，中國散裂中子源（CSNS）打靶束流功率達到170kW并實現(xiàn)穩(wěn)定供束運行，超過設(shè)計指標70%。下列核反應中放出的粒子為中子的是（）A．俘獲一個粒子，產(chǎn)生并放出一個粒子B．俘獲一個粒子，產(chǎn)生并放出一個粒子C．俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個粒子D．俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個粒子【答案】B【詳解】A．根據(jù)核反應中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，，其核反應方程為釋放的是質(zhì)子，A錯誤；B．同理可得，其核反應方程為釋放的是中子，B正確；C．根據(jù)題意，其核反應方程為釋放的是粒子，C錯誤；D．根據(jù)題意，其核反應方程為釋放的是粒子，D錯誤。故選B。7．（甘肅省武威市20242025學年高三上學期期末聯(lián)考物理試卷）貝克勒爾是最早發(fā)現(xiàn)衰變的科學家，在衰變過程中往往能放出、、三種射線，下列關(guān)于三種射線的說法正確的是（

）A．射線的穿透性最弱 B．射線的電離能力最強C．射線帶負電 D．三種射線均來自核外電子的躍遷【答案】A【詳解】AB．射線的穿透性最弱，射線的穿透性最強；射線的電離能力最強，射線的電離能力最弱，故A正確，B錯誤；CD．、射線來自于原子核的衰變，射線來自于衰變后的新核從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，射線是一種電磁波，不帶電，故CD錯誤。故選A。8．太陽內(nèi)部發(fā)生的核反應主要是核聚變，太陽中存在的主要元素是氫，氫核的核聚變反應可以看做是4個氫核（H）結(jié)合成1個氦核（He）。表中列出了部分粒子的質(zhì)量（1u相當于931.5MeV的能量），以下說法中不正確的是（）粒子名稱質(zhì)子pα粒子電子e中子n質(zhì)量/u1.00734.00150.000551.0087A．核反應方程式為4H→He＋2eB．核反應方程式為4H→He＋2eC．4個氫核結(jié)合成1個氦核時的質(zhì)量虧損為0.0266uD．聚變反應過程中釋放的能量約為24.8MeV【答案】B【詳解】AB．根據(jù)核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，氫核聚變的核反應方程為故A正確，不符合題意，B錯誤，符合題意；CD．質(zhì)量虧損為△m=4mp?mα?2me=（4×1.0073?4.0015?2×0.00055）u=0.0266u發(fā)生一次核反應釋放的核能為故CD正確，不符合題意。故選B。9．放射性元素經(jīng)過多次α衰變和β衰變才能變成穩(wěn)定的，下列說法正確的是（）A．發(fā)生β衰變時，釋放出電子，說明原子核內(nèi)有電子存在B．衰變中產(chǎn)生的α射線比β射線穿透能力強C．每次衰變都會有核子從原子核里放出D．上述過程的衰變方程為【答案】D【詳解】A．發(fā)生β衰變時釋放出的電子是核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時放出的，不能說明原子核內(nèi)有電子存在，故A錯誤；B．衰變中產(chǎn)生的α射線比β射線穿透能力弱，故B錯誤；C．α衰變有4個核子從原子核飛出，β衰變是一中子變成一個質(zhì)子和電子，則核子數(shù)不變，不會有核子從原子核里放出，故C錯誤；D．設(shè)α衰變有x次，β衰變有y次，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知232=4x＋208，90=2x＋（－y）＋82解得x=6，y=4故D正確。故選D。10．（2024·河北邯鄲·模擬預測）2024年6月25日，嫦娥六號攜帶著從月球背面采來的樣品成功返回地球，這標志著我國的嫦娥探月工程又向前邁出了一大步。比嫦娥六號先行著陸月球的嫦娥四號，其上裝有核電池，可在月夜低溫環(huán)境下采集溫度信息。核電池將衰變釋放核能的一部分轉(zhuǎn)換成電能，的衰變方程為，下列說法正確的是（）A．衰變方程中的x等于3B．由組成的射線的電離能力比射線的強C．的比結(jié)合能比的比結(jié)合能大D．的中子數(shù)為92【答案】B【詳解】A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，衰變方程中的x等于4，故A錯誤；B．α射線（）的電離能力比射線的強，故B正確；C．比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定，由于衰變成為了，故比穩(wěn)定，即的比結(jié)合能比的比結(jié)合能小，故C錯誤；D．的質(zhì)子數(shù)為92，中子數(shù)n=23492=142故D錯誤。故選B。11．（2024·云南·一模）下列說法正確的是（

）A．放射性元素的半衰期由原子所處的溫度決定B．放射性元素的半衰期由原子所處的化學狀態(tài)決定C．盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型D．一個氘核（）與一個氚核（）聚變生成一個氫核（）的同時，放出一個質(zhì)子【答案】C【詳解】AB．放射性元素的半衰期與原子所處的化學狀態(tài)和外部物理、化學條件無關(guān)，AB錯誤；C．盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，C正確；D．根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，可知一個氘核（）與一個氚核（）聚變生成一個氦核（）的同時放出一個中子，D錯誤。故選C。12．（2425高三上·河北·期末）香煙中含有多種放射性物質(zhì)，其中以釙（）最為危險，是吸煙者罹患肺癌的原因之一。釙（）可以放出射線，衰變成穩(wěn)定的鉛，半衰期為138天。下列說法正確的是（）A．香煙燃燒時，由于高溫的衰變將變快B．1000個原子核經(jīng)過276天，將有750個原子核發(fā)生衰變C．衰變生成的鉛原子核內(nèi)的中子數(shù)為124D．衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和比的結(jié)合能小【答案】C【詳解】A．半衰期不受溫度影響，故A錯誤；B．半衰期為統(tǒng)計規(guī)律，對少量原子核不適用，不一定有750個原子核發(fā)生衰變，故B錯誤；C．發(fā)生衰變的核反應方程為衰變生成的鉛原子核內(nèi)的中子數(shù)為故C正確；D．自發(fā)核反應放出能量，產(chǎn)物結(jié)合能之和比反應物結(jié)合能大，兩者之差就是釋放出核能的數(shù)值，故D錯誤。故選C。13．（2425高三上·安徽·階段練習）钚的放射性同位素衰變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)鈾核和粒子X，而激發(fā)態(tài)鈾核又立即衰變?yōu)殁櫤?，該過程的衰變方程為。已知的半衰期約為87年，下列說法正確的是（）A．粒子X是質(zhì)子B．該過程發(fā)生的是衰變C．一個钚核的質(zhì)量等于一個鈾核和一個粒子X的質(zhì)量之和D．經(jīng)過87年，钚的質(zhì)量數(shù)變?yōu)?19【答案】B【詳解】AB．根據(jù)原子核衰變過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可得粒子X是粒子，故該過程發(fā)生的是衰變，故A錯誤，B正確；C．钚核在衰變過程中釋放能量，存在質(zhì)量虧損，故一個钚核的質(zhì)量大于一個鈾核和一個粒子X的質(zhì)量之和，故C錯誤；D．放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，叫作這種元素的半衰期，經(jīng)過一個半衰期，钚核的總質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼囊话?，但質(zhì)量數(shù)保持不變，故D錯誤。故選B。14．一物理學習小組研究可作為核電池材料的衰變?yōu)榈倪^程，根據(jù)測量數(shù)據(jù)，用橫坐標表示時間，用縱坐標表示任意時刻的質(zhì)量m與初始時刻（時）的質(zhì)量的比值，得出的圖像如圖所示。下列說法正確的是（

）A．衰變?yōu)獒尫诺摩辽渚€電離作用很弱B．衰變?yōu)獒尫诺摩辽渚€在電場中不會偏轉(zhuǎn)C．圖像中的D．圖像中的【答案】C【詳解】A．衰變?yōu)獒尫诺摩辽渚€穿透能力較弱，但電離作用較強，故A錯誤；B．衰變?yōu)獒尫诺摩辽渚€為氦核，帶正電，所以在電場中會偏轉(zhuǎn)，故B錯誤；C．由題圖可知，衰變從到經(jīng)過一個半衰期，則衰變的半衰期為由題圖可知，對應，即經(jīng)過一個半衰期，則，故C正確；D．由題圖可知，對應，即經(jīng)過兩個半衰期，則有故D錯誤。故選C。15．（2425高三上·江蘇·階段練習）碳14能夠自發(fā)地進行衰變：。碳14的半衰期為5730年。在考古和經(jīng)濟建設(shè)中可用碳14測定年代。以下說法正確的是（）A．X射線是一種穿透能力極強的高頻電磁波B．碳14的衰變方程為C．溫度升高，碳14的半衰期會變長D．衰變后X與氮核的質(zhì)量之和等于衰變前碳核的質(zhì)量【答案】B【詳解】AB．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X為，則碳14的衰變方程為射線是穿透能力較強的電子流，射線是一種穿透能力極強的高頻電磁波，故A錯誤，B正確；C．放射性元素的半衰期是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系，故C錯誤；D．衰變放出能量，有質(zhì)量虧損，則衰變后X與氮核的質(zhì)量之和小于衰變前碳核的質(zhì)量，故D錯誤。故選B。16．（2025·全國·模擬預測）具有放射性的元素作為示蹤劑，可以用來醫(yī)學成像與疾病診斷。示蹤劑可以由高速質(zhì)子轟擊得到，核反應方程為①。后續(xù)的核反應方程為②，為質(zhì)量非常輕、不帶電的中微子。下列說法正確的是（

）A．X為中子，Y為負電子B．反應②存在質(zhì)量虧損，的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能C．反應①為人工核轉(zhuǎn)變，反應②為核裂變D．反應②中，粒子的動量與的動量大小相等【答案】B【詳解】A．根據(jù)核反應過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知，為中子，為正電子，A錯誤；B．核反應②釋放能量，存在質(zhì)量虧損，生成物的比結(jié)合能大，即的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能，B正確；C．反應①需要高速質(zhì)子進行轟擊才能進行，是人工核轉(zhuǎn)變，反應②可以自發(fā)進行，是核衰變，C錯誤；D．反應②中，根據(jù)動量守恒定律可知、粒子、中微子的總動量與的動量大小相等，D錯誤。故選B。17．（2024·湖北·一模）2024年位于上海的聚變能源商業(yè)公司能量奇點宣布，由能量奇點設(shè)計、研發(fā)和建造的洪荒70裝置成功實現(xiàn)等離子體放電。這是全球首臺由商業(yè)公司研發(fā)建設(shè)的超導托卡馬克裝置。若該裝置熱核反應方程為、，下列說法正確的是（

）A．核反應方程中的X為中子 B．核反應方程中的Y為電子C．核反應過程中滿足質(zhì)量守恒 D．的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能【答案】D【詳解】AB．根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知X為正電子，Y為質(zhì)子，AB錯誤；C．核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒，但是質(zhì)量有虧損，C錯誤；D．核反應后的產(chǎn)物更加穩(wěn)定，比結(jié)合能更大，故的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能，D正確。故選D。二、多選題18．（2425高三上·甘肅白銀·期末）1919年，盧瑟福用鐳放射出的α粒子（）轟擊氮原子核（），從氮原子核中打出了質(zhì)子（），并得到氧原子核，如圖所示。下列說法正確的是（）A．該氧原子核的電荷數(shù)為7 B．該氧原子核的中子數(shù)為9C．該氧原子核的質(zhì)量數(shù)為17 D．該氧原子核的質(zhì)量數(shù)為18【答案】BC【詳解】根據(jù)反應過程滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得反應方程為可知該氧原子核的電荷數(shù)為8，該氧原子核的質(zhì)量數(shù)為17，則該氧原子核的中子數(shù)為故選BC。19．下列說法中正確的是（）A．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就一定失去一個電子B．核泄漏事故污染物Cs會產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應方程式為，可以判斷X為電子C．某種钚同位素的半衰期為88年，1g钚經(jīng)過440年后還剩0.2gD．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，釋放的能量是（2m1＋2m2－m3）c2【答案】BD【詳解】A．原子核發(fā)生一次β衰變，原子核內(nèi)就一定有一個中子，變成一個質(zhì)子，產(chǎn)生一個電子釋放出來就是β射線，故A錯誤；B．核泄漏事故污染物會產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應方程式為根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以判斷X為電子，故B正確；C．某種钚同位素的半衰期為88年，1g钚經(jīng)過440年后還剩，故C錯誤；D．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，其核反應方程為根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程可得，釋放的能量是ΔE＝Δmc2＝（2m1＋2m2－m3）c2故D正確。故選BD。20．質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的核互為鏡像核，例如是的鏡像核，同樣也是的鏡像核。下列說法正確的是（）A．和互為鏡像核B．和互為鏡像核C．和互為鏡像核D．互為鏡像核的兩個核質(zhì)量數(shù)相同【答案】ACD【詳解】AC．根據(jù)鏡像核的定義及質(zhì)量數(shù)A等于質(zhì)子數(shù)Z和中子數(shù)N之和，可知和的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換了，互為鏡像核；和的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換了，互為鏡像核，故AC正確；B．的質(zhì)子數(shù)為7，中子數(shù)為8；而的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都為8，沒有互換，不是鏡像核，故B錯誤；D．互為鏡像核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和不變，所以互為鏡像核的兩個核質(zhì)量數(shù)相同，故D正確。故選ACD。21．下列說法中正確的是（）A．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就一定失去一個電子B．核泄漏事故污染物Cs會產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應方程式為，可以判斷X為電子C．某種釷同位素的半衰期為24天，1g釷經(jīng)過120天后還剩0.2gD．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，釋放的能量是（2m1＋2m2－m3）c2【答案】BD【詳解】A．原子核發(fā)生一次β衰變，原子核內(nèi)就一定有一個中子，變成一個質(zhì)子，產(chǎn)生一個電子釋放出來就是β射線，故A錯誤；B．核泄漏事故污染物會產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應方程式為，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可以判斷X為電子，故B正確；C．某種釷同位素的半衰期為24天，1g釷經(jīng)過120天后還剩故C錯誤；D．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，其核反應方程為根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程可得，釋放的能量是故D正確。故選BD。22．（2024·浙江·模擬預測）核發(fā)生衰變的核反應式為，衰變過程發(fā)射出γ光子，并伴隨產(chǎn)生中微子。該γ光子照射到逸出功為W0的金屬上，打出的光電子速度為v。已知光電子的質(zhì)量為m，真空中的光速為c，普朗克常量為h，則（）A．該衰變過程中Pa核內(nèi)一個質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子，這與弱相互作用力有關(guān)B．中微子和電子均屬于輕子C．光電子的物質(zhì)波波長為D．核反應中產(chǎn)生的γ光子頻率為【答案】BC【詳解】A．該衰變過程中Pa核內(nèi)一個質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子，屬于原子核內(nèi)部核子間的相互作用，即與強相互作用力有關(guān)，故A錯誤；B．中微子和電子均屬于輕子，故B正確；C．光電子的物質(zhì)波波長為故C正確；D．根據(jù)光電效應方程有所以由于不確定光電子的最大初速度，所以不能確定γ光子頻率，故D錯誤。故選BC。23．（2425高三上·廣東·階段練習）太陽能量的來源主要通過質(zhì)子質(zhì)子鏈反應（簡稱PP鏈），太陽產(chǎn)生的能量約來自該鏈反應?？茖W研究發(fā)現(xiàn)，該鏈反應主要通過如下方程發(fā)生：①，②，其中為正電子，為太陽中微子，下列說法正確的是（）A．方程式中X為，Y為 B．方程式中X為，Y為C．反應①屬于核聚變反應 D．Y的比結(jié)合能大于X的比結(jié)合能【答案】ACD【詳解】AB．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，方程式中X為，Y為，故A正確，B錯誤；CD．反應①、②均屬于核聚變反應，反應后的產(chǎn)物更加穩(wěn)定，比結(jié)合能更大，故Y的比結(jié)合能大于X的比結(jié)合能，故CD正確。故選ACD。24．（2025·廣東·模擬預測）太陽能量的來源主要通過質(zhì)子一質(zhì)子鏈反應（簡稱PP鏈），太陽產(chǎn)生的能量約99%來自該鏈反應?？茖W研究發(fā)現(xiàn)，該鏈反應主要通過如下方程發(fā)生：①；②，其中為正電子，為太陽中微子，下列說法正確的是（）A．方程式中X為，Y為B．方程式中X為，Y為C．反應①屬于核聚變反應D．Y的比結(jié)合能大于X的比結(jié)合能【答案】ACD【詳解】AB．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，方程式中X為，Y為，故A正確，B錯誤；CD．反應①、②均屬于核聚變反應，Y的比結(jié)合能大于X的比結(jié)合能，故CD正確。故ACD。25．空間中有如圖所示的勻強電場，剛放入O點可視為靜止的原子核立刻發(fā)生衰變。之后衰變產(chǎn)物A、B兩粒子的初速度與電場強度垂直，A、B兩粒子的運動軌跡如圖中虛線所示，不計粒子重力和兩粒子間的庫侖力作用，下列說法正確的是（）A．原子核發(fā)生的是衰變 B．A粒子為粒子C．A、B兩粒子運動的加速度大小之比為 D．A、B兩粒子運動的初速度大小相等【答案】AC【詳解】A．根據(jù)A、B兩粒子的運動軌跡，可知其所受電場力均與電場方向相同，即兩粒子均帶正電，可知原子核發(fā)生的是衰變，故A正確；D．根據(jù)上述分析可知，該衰變的核反應方程為衰變過程動量守恒，則有可知質(zhì)量越大，速度越小，即的初速度小于的初速度，故D錯誤；B．粒子在電場中做類平拋運動，則有解