第十六章 第2講 原子核

第十六章近代物理單擊此處添加副標(biāo)題第2講原子核考點(diǎn)1原子核的衰變及半衰期考點(diǎn)2核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算考點(diǎn)3核反應(yīng)與動量守恒

綜合問題熱點(diǎn)幫關(guān)注熱點(diǎn)遷移應(yīng)用練習(xí)幫練透好題精準(zhǔn)分層目錄Contents單擊此處添加標(biāo)題01單擊此處添加標(biāo)題02

課標(biāo)要求1.了解原子核的組成和核力的性質(zhì)，知道四種基本相互作用.能根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和

電荷守恒寫出核反應(yīng)方程.2.了解放射性和原子核衰變.知道半衰期及其統(tǒng)計(jì)意義.了解放射性同位素的應(yīng)用，

知道射線的危害與防護(hù).3.認(rèn)識原子核的結(jié)合能，了解核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng).關(guān)注核技術(shù)應(yīng)用對人類生

活和社會發(fā)展的影響.4.了解人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索歷程.核心考點(diǎn)五年考情原子核的衰變及半衰期2023：廣東T1，海南T1，浙江1月T9；2022：浙江6月T14；2021：山東T1，廣東T1，河北T1，湖南T1，全國

甲T17，全國乙T17，重慶T2，上海T13核心考點(diǎn)五年考情核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算核反應(yīng)與動量守恒的綜合問題2019：浙江4月T15核心素養(yǎng)對接1.物理觀念：了解原子核的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，能說明原子核的衰變、裂變、聚變和放射

現(xiàn)象；掌握核衰變、核反應(yīng)等規(guī)律；更好地形成物質(zhì)觀念、運(yùn)動與相互作用觀念

及能量觀念.2.科學(xué)思維：運(yùn)用守恒思想分析原子物理問題；通過推理、類比思維認(rèn)識核力和結(jié)

合能.3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：知道科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用對人類生活和社會發(fā)展的積極影響，但同

時(shí)也會帶來一系列問題，人類必須尊重自然，遵循自然規(guī)律.命題分析預(yù)測高考主要考查天然放射現(xiàn)象、核反應(yīng)和核能等.主要為選擇題形

式，可能單獨(dú)考查，也可能結(jié)合磁場等綜合考查，涉及動量問題

時(shí)有可能會以計(jì)算題形式出現(xiàn).試題往往靈活多變，且常與最新

時(shí)事相結(jié)合，考查對相關(guān)知識的理解和應(yīng)用.

考點(diǎn)1原子核的衰變及半衰期

質(zhì)子質(zhì)子數(shù)2.天然放射現(xiàn)象放射性元素[3]

地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由[4]

發(fā)現(xiàn).天然放射

現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明[5]

具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu).自發(fā)貝克勒爾原子核3.三種射線的比較α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0質(zhì)量4mp靜止質(zhì)量為零符號[6]

?γ速度可達(dá)0.1c可達(dá)0.99cc

α射線β射線γ射線垂直進(jìn)入電場或磁場的偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)[7]

?穿透能力最弱較強(qiáng)最強(qiáng)對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱最弱不偏轉(zhuǎn)

γ射線5.半衰期公式影響

因素由核內(nèi)部自身的因素決定，與原子所處外部條件和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，不同元

素的半衰期不同.適用

條件半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只對大量原子核有意義，對少數(shù)原

子核沒有意義.6.放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)(1)放射性同位素：有[9]

放射性同位素和[10]

?放射性同位素兩類，

同種元素的放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同.(2)應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作為示蹤原子等.(3)防護(hù)：防止放射性對人體組織的傷害.天然人工

1.居家裝修中經(jīng)常用到的花崗巖都不同程度地含有放射性元素(含鈾、釷等)，會釋

放出α、β、γ射線，這些射線如果過量會導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道方面的疾病.根

據(jù)有關(guān)放射性知識判斷下列說法的正誤.(1)α射線是發(fā)生α衰變時(shí)產(chǎn)生的，新核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4.

(?)(2)β射線是發(fā)生β衰變時(shí)產(chǎn)生的，新核與原來的原子核相比，質(zhì)量數(shù)減少了1.

(?)(3)γ射線是發(fā)生γ衰變時(shí)產(chǎn)生的，新核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了1.

(?)(4)在α、β、γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)、電離能力最弱.

(

√

)???√(5)β衰變中的電子來源于原子核外電子.

(?)(6)發(fā)生β衰變時(shí)，新核的電荷數(shù)不變.

(?)(7)如果現(xiàn)在有100個(gè)某放射性元素的原子核，那么經(jīng)過一個(gè)半衰期后還剩50個(gè).

(?)???

命題點(diǎn)1原子核的衰變1.[2021全國甲]如圖，一個(gè)原子核X經(jīng)圖中所示的一系列α、β衰變后，生成穩(wěn)定的

原子核Y，在此過程中放射出電子的總個(gè)數(shù)為(

A

)A.6B.8C.10D.14A

方法點(diǎn)撥確定衰變次數(shù)的方法

命題點(diǎn)2半衰期的理解與應(yīng)用

C[解析]命題拓展命題情境不變，設(shè)問拓展[2024武漢部分校調(diào)研]2023年8月24日，日本政府啟動了福島核污染水排海計(jì)劃.核

污染水中含有60余種放射性物質(zhì)，這將對全球海洋環(huán)境和人類健康造成難以估量的

影響.關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說法正確的是(

C

)A.放射性元素的原子核經(jīng)過兩個(gè)半衰期后，將完全衰變殆盡B.放射性元素的原子核經(jīng)過一個(gè)半衰期后，數(shù)目一定減為原來的一半C.同種放射性元素在不同化學(xué)狀態(tài)下其半衰期不變D.將核污染水升溫加壓后，可以縮短放射性元素的半衰期C

考點(diǎn)2核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算

1.核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程舉例衰變α衰變自發(fā)β衰變自發(fā)人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂祁愋涂煽匦院朔磻?yīng)方程舉例重核裂變反應(yīng)時(shí)可以通過核

反應(yīng)堆控制應(yīng)用：核電站、原子彈輕核聚變目前實(shí)驗(yàn)中通過激

光或者超強(qiáng)磁場進(jìn)

行控制應(yīng)用：人造太陽、氫彈2.核反應(yīng)方程式的書寫

(2)掌握核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，[11]

守恒.(3)由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“→”表示反應(yīng)方向.電荷數(shù)3.核力和核能(1)核力：核力是[12]

，作用范圍只有約10－15m；每個(gè)核子只跟它鄰近的

核子間有核力作用.(2)結(jié)合能：核子結(jié)合為原子核時(shí)[13]

?的能量或原子核分解為核子時(shí)

[14]

?的能量，原子核的結(jié)合能與原子核大小有關(guān)，原子核越大，結(jié)合能

[15]

?.(3)比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與[16]

之比.不同原子核的比結(jié)合能不同，

原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越[17]

?，原子核越

[18]

.自然界中最穩(wěn)定的原子核是[19]

?.短程力釋放吸收越大核子數(shù)牢固穩(wěn)定鐵原子核(4)核反應(yīng)中如果放出能量，生成物的原子核的總的結(jié)合能會[20]

?反應(yīng)物的

原子核的總的結(jié)合能，結(jié)合能的增量等于放出的能量.(5)愛因斯坦質(zhì)能方程：E＝mc2，ΔE＝Δmc2.核反應(yīng)中如果放出能量，則反應(yīng)前后質(zhì)

量有虧損，放出的能量與質(zhì)量虧損成正比.大于

[答案]

263.1年

[答案]

26.6MeV[解析]因電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子質(zhì)量，計(jì)算中可忽略不計(jì)，核反應(yīng)質(zhì)量虧損Δm＝

4mp－mα＝4×1.0078u－4.0026u＝0.0286u，釋放的能量ΔE＝Δmc2＝0.028

6×931.5MeV＝26.6MeV.4.核能的計(jì)算方法ΔE＝Δmc2Δm單位是kg，c單位是m/s，ΔE單位是JΔE＝Δm×931.5MeVΔm單位是u，ΔE單位是MeV根據(jù)核子比結(jié)合能計(jì)算原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù)提醒比結(jié)合能是原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，也叫平均

結(jié)合能.結(jié)合能大，比結(jié)合能不一定大，比結(jié)合能越

大，原子核越穩(wěn)定

A新核選項(xiàng)正誤12(是4的整數(shù)倍)A對22(不是4的整數(shù)倍)B錯(cuò)10(不是4的整數(shù)倍)C錯(cuò)17(不是4的整數(shù)倍)D錯(cuò)命題點(diǎn)2質(zhì)量虧損及核能計(jì)算

A.質(zhì)量虧損Δm＝4.02178uB.釋放的核能ΔE＝(m1＋m2－2m3)c2C.鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是5D.X表示的是氚原子核B[解析]核反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－2m3＝0.02027u，A錯(cuò)誤；核反應(yīng)過

程釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－2m3)c2，B正確；由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒

可知鈹原子核的質(zhì)量數(shù)為8，核電荷數(shù)為4，中子數(shù)為4，故鈹原子核蛻變?yōu)橘|(zhì)量數(shù)

為4，核電荷數(shù)為2的兩個(gè)粒子，故X為α粒子，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤.

A.衰變方程中的X等于233C

考點(diǎn)3核反應(yīng)與動量守恒的綜合問題

α衰變

兩圓外切，α粒子做勻速圓周運(yùn)動的軌跡半

徑大.β衰變

兩圓內(nèi)切，β粒子做勻速圓周運(yùn)動的軌跡半

徑大.

234

92

A.Y和Z的結(jié)合能之和一定大于X的結(jié)合能A

(2)α粒子的圓周運(yùn)動可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動的周期和環(huán)形電流大小.

(3)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動能，新核的質(zhì)量為M，真空

中的光速為c，求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm.

設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v'，系統(tǒng)動量守恒，有

熱點(diǎn)12核技術(shù)在社會生活中的應(yīng)用了解核技術(shù)應(yīng)用對人類生活和社會發(fā)展的影響.如秦山核電站、醫(yī)學(xué)治療、利用

半衰期測定年份較近的湖泊沉積物的形成年份等.這些素材是未來高考命題的熱

點(diǎn)素材之一.

1.[2023湖南]2023年4月13日，中國“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)

創(chuàng)下新紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，為可控核聚變的最終

實(shí)現(xiàn)又向前邁出了重要的一步，下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是(

A

)A.相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多C.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235D.核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損A12345[解析]相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變要比重核裂變質(zhì)量虧損更多，根據(jù)愛因斯坦

質(zhì)能方程可知，輕核聚變釋放的核能更多，A對，D錯(cuò)；根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守

恒和電荷數(shù)守恒可知，氘氚核聚變的產(chǎn)物之一為中子，而不是電子，B錯(cuò)；鈾235為

核裂變的主要燃料，C錯(cuò).12345

B.β衰變輻射出的電子來自于碳原子的核外電子D12345

123453.[硼中子俘獲治療/2021北京]硼(B)中子俘獲治療是目前最先進(jìn)的癌癥治療手段之

一.治療時(shí)先給病人注射一種含硼的藥物，隨后用中子照射，硼俘獲中子后，產(chǎn)生高

殺傷力的α粒子和鋰(Li)離子.這個(gè)核反應(yīng)的方程是(

A

)

A123454.[秦山核電站/2022浙江1月/多選]2021年12月15日秦山核電站迎來了安全發(fā)電30

周年，核電站累計(jì)發(fā)電約6.9×1011kW·h，相當(dāng)于減排二氧化碳六億多噸.為了提高能

源利用率，核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱.下列說法正確的是(

CD

)A.秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量B.秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為27.6kgC.核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度CD12345

12345

A.X是質(zhì)子，質(zhì)子是盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)最先發(fā)現(xiàn)的D.該核反應(yīng)中，X的速度不能太快，否則鈾核不能“捉”住它，不能發(fā)生核裂變D12345

12345

1.[核反應(yīng)方程/2023北京]下列核反應(yīng)方程中括號內(nèi)的粒子為中子的是(

A

)

A123452.[核聚變＋核反應(yīng)方程/2023天津]關(guān)于太陽上進(jìn)行的核聚變，下列說法正確的是

(

A

)A.核聚變需要在高溫下進(jìn)行B.核聚變中電荷不守恒C.太陽質(zhì)量不變A12345

12345

A.Y是氦核B.Y是質(zhì)子C.再經(jīng)過72萬年，現(xiàn)有的鋁26衰變一半D.再經(jīng)過144萬年，現(xiàn)有的鋁26全部衰變

C12345

B.核反應(yīng)前后的總質(zhì)子數(shù)不變C.核反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)不同D.中微子νe的電荷量與電子的相同A12345

123455.[原子核衰變與動量守恒定律/浙江高考/多選]靜止在勻強(qiáng)磁場中的原子核X發(fā)生α

衰變后變成新原子核Y.已知核X的質(zhì)量數(shù)為A，電荷數(shù)為Z，核X、核Y和α粒子的質(zhì)

量分別為mX、mY和mα，α粒子在磁場中運(yùn)動的半徑為R.

則(

AC

)B.核Y的結(jié)合能為(mX－mY－mα)c2AC12345

12345

1.[2024福建寧德一中模擬]核能是一種重要的能量來源，我國目前正式投入運(yùn)營的

核電站利用的核反應(yīng)是(

A

)A.重核裂變，核燃料為鈾B.重核聚變，核燃燒為鈾C(jī).輕核裂變，核燃燒為氘D.輕核聚變，核燃料為氘[解析]我國目前運(yùn)營的核電站是利用重核裂變獲得能量的，核燃料為鈾，故A正

確，B、C、D錯(cuò)誤.A1234567891011121314

A.Y是β粒子，β射線穿透能力比γ射線強(qiáng)B.Y是β粒子，β射線電離能力比γ射線強(qiáng)C.Y是α粒子，α射線穿透能力比γ射線強(qiáng)D.Y是α粒子，α射線電離能力比γ射線強(qiáng)D1234567891011121314

射線種類穿透能力電離能力α射線弱(能被紙張擋住)強(qiáng)γ射線強(qiáng)(能穿透幾厘米厚的鉛板)幾乎為零[解析]

α射線與γ射線的比較如表所示→D對，C錯(cuò)12345678910111213143.下列核反應(yīng)方程，表述正確的是(

D

)

D1234567891011121314

A.Z＝1，A＝1B.Z＝1，A＝2C.Z＝2，A＝3D.Z＝2，A＝4D1234567891011121314

[解析]

[光速解法]通過第二個(gè)核反應(yīng)方程可知，2A＞7，所以A＞3.5，排除A、B、C項(xiàng)，

快速選出D項(xiàng).12345678910111213145.[2024湖北“宜荊荊恩”起點(diǎn)考試]宇宙射線撞擊空氣中的氮原子能產(chǎn)生碳14原子.

碳14具有放射性，衰變方式為β衰變，半衰期為5730年.關(guān)于一個(gè)碳14原子的衰變，

以下說法正確的是(

D

)A.碳14衰變時(shí)放出的β射線是電磁波B.只有在溫度很高時(shí)這個(gè)碳14原子才會衰變C.碳14以化合物形式存在時(shí)，半衰期會發(fā)生改變D.經(jīng)過5730年，這個(gè)碳14原子不一定會衰變D1234567891011121314

1234567891011121314

B.衰變方程中的X為中子C.該衰變過程釋放的核能為(m1＋m2＋m3)c2D.該衰變過程釋放的核能為(m1－m2－m3)c2D1234567891011121314

[解析]

ΔE＝Δmc2?ΔE＝(m1－m2－m3)c2，C錯(cuò)，D對12345678910111213147.[2023全國乙]2022年10月，全球眾多天文設(shè)施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中

我國的“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠(yuǎn)鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻(xiàn).由

觀測結(jié)果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內(nèi)釋放的能量量級為1048J.假設(shè)釋放的能量來

自于物質(zhì)質(zhì)量的減少，則每秒鐘平均減少的質(zhì)量量級為(光速為3×108m/s)(

C

)A.1019kgB.1024kgC.1029kgD.1034kg

C12345678910111213148.[多選]原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示.根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有(

BC

)

BC1234567891011121314

A.α衰變的次數(shù)為4次B.β衰變的次數(shù)為6次C.衰變過程中產(chǎn)生的α粒子比β粒子在空氣中傳播得近D.某次衰變中，會同時(shí)放出一個(gè)α粒子和β粒子C1234567891011121