原子核（解析版）-2025年高考物理二輪復習

專題24原子核

考點愿型歸納

一、計算某原子核中的質子數和中子數.................2

二、放射性元素的衰變................................3

三、分析原子核的結合能與比結合能...................5

四、核裂變與核聚變..................................7

五、質能方程的應用..................................9

1

專題一計算某原子核中的質子數和中子數

1.（2023?全國甲卷?高考真題）在下列兩個核反應方程中X+^NfY+?O、Y+；Li-2X,

X和Y代表兩種不同的原子核，以Z和/分別表示X的電荷數和質量數，則（）

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

【答案】D

【詳解】設Y電荷數和質量數分別為根和力根據核反應方程質量數和電荷數守恒可知第

一個核反應方程的核電荷數和質量數滿足

/+14=〃+17,Z+7=+8

第二個核反應方程的核電荷數和質量數滿足

〃+7=2A,m+3=2Z

聯立解得

Z=2,A=4

故選D。

【點睛】

2.（2022?湖北?高考真題）上世紀四十年代初，我國科學家王漁昌先生首先提出證明中微子

存在的實驗方案：如果靜止原子核;Be俘獲核外K層電子e,可生成一個新原子核X,并放

出中微子ve,即：Be+」e-X+?e。根據核反應后原子核X的動能和動量，可以間接測量

中微子的能量和動量，進而確定中微子的存在。下列說法正確的是（）

A.原子核X是;LiB.核反應前后的總質子數不變

C.核反應前后總質量數不同D.中微子匕的電荷量與電子的相同

【答案】A

【詳解】AC.根據質量數守恒和電荷數守恒有，X的質量數為7,電荷數為3,可知原子核

X是;Li,A正確、C錯誤；

B.由選項A可知，原子核X是;Li,則核反應方程為;Be++°ve,則反應前

的總質子數為4,反應后的總質子數為3,B錯誤；

D.中微子不帶電，則中微子嗅的電荷量與電子的不相同，D錯誤。

故選Ao

2

3.（2024?廣東?高考真題）我國正在建設的大科學裝置一“強流重離子加速器”。其科學目

標之一是探尋神秘的“119號”元素，科學家嘗試使用核反應Y+^Amf^X+2；n產生該元

素。關于原子核Y和質量數A,下列選項正確的是（）

A.Y為言Fe,A=299B.Y為卷Fe,A=301

C.Y為北Cr,A=295D.Y為；：Cr,A=297

【答案】C

【詳解】根據核反應方程

Y+2；；Amf|「X+2；n

根據質子數守恒設Y的質子數為y,則有

y+95=119+0

可得

y=24

即Y為::Cr；根據質量數守恒，則有

54+243=A+2

可得

A=295

故選C。

專題二放射性元素的衰變

4.（2024?浙江?高考真題）發(fā)現中子的核反應方程為:He+；BefX+；n,“玉兔二號”巡視器

的核電池中杯238的衰變方程為型畿PU—2；；U+Y,下列正確的是（）

A.核反應方程中的X為1C

B.衰變方程中的Y為狙e

C.中子版的質量數為零

D.杯238的衰變吸收能量

【答案】A

3

【詳解】AB.根據質量數和電荷數守恒可知X為1C,Y為;He,故A正確，B錯誤；

C.中子的質量數為1,故C錯誤；

D.衰變過程中質量虧損，釋放能量，故D錯誤。

故選Ao

5.（2024?北京?高考真題）已知社234的半衰期是24天。1g社234經過48天后，剩余社

234的質量為（）

A.0gB.0.25gC.0.5gD.0.75g

【答案】B

【詳解】半衰期1g鈕234經過48天后，剩余質量

故選Bo

6.（2024?山東?高考真題）2024年是中國航天大年，神舟十八號、嫦娥六號等已陸續(xù)飛天，

部分航天器裝載了具有抗干擾性強的核電池。已知黑Sr衰變?yōu)?丫的半衰期約為29年；ZPu

衰變?yōu)榈赨的半衰期約87年。現用相同數目的整r和琵Pu各做一塊核電池，下列說法正確

的是（）

A.；；Sr衰變?yōu)?Y時產生a粒子

B.衰變?yōu)榭誙時產生p粒子

C.50年后,剩余的;；Sr數目大于噂Pu的數目

D.87年后,剩余的［Sr數目小于曾Pu的數目

【答案】D

【詳解】A.根據質量數守恒和電荷數守恒可知衰變?yōu)?Y時產生電子，即［3粒子，故A

錯誤；

B.根據質量數守恒和電荷數守恒可知2；；Pu衰變?yōu)閍U時產生;He,即a粒子，故B錯誤；

CD.根據題意可知2；：Pu的半衰期大于；；Sr的半衰期，現用相同數目的［Sr和若Pu各做一

塊核電池，經過相同的時間，；給r經過的半衰期的次數多，所以［Sr數目小于置Pu的數目，

故D正確，C錯誤。

4

故選D。

7.（2024?天津?高考真題）中國社基熔鹽堆即將建成小型實驗堆，為我國能源安全和可持續(xù)

發(fā)展提供有力支持。反應堆中涉及的核反應方程有：

①X+$Thf筮。②■pa+小，下列說法正確的是（）

A.方程①中X是中子

B.方程②中$Th發(fā)生了"衰變

C.受反應堆高溫影響，物Th的半衰期會變短

D.方程②釋放電子，說明電子是原子核的組成部分

【答案】AB

【詳解】A.根據核反應的質量數和電荷數守恒可知，方程①中X質量數為1,電荷數為零，

則是中子，選項A正確；

B.方程②中物Th放出負電子，則發(fā)生了夕衰變，選項B正確；

C.放射性元素的半衰期與外界因素無關，選項C錯誤；

D.方程②釋放的電子是原子核內的中子轉化為質子時放出的，不能說明電子是原子核的組

成部分，選項D錯誤。

故選ABo

專題三分析原子核的結合能與比結合能

8.（2024?浙江?高考真題）已知笊核質量為2.0141U,氤核質量為3.0161U,氫核質量為4.0026u,

中子質量為1.0087U,阿伏加德羅常數/取6.0xl023moL,中核摩爾質量為2g.moL,lu相

當于93L5MeV。關于笊與氤聚變成氨，下列說法正確的是（）

A.核反應方程式為;H+；Hf；He+；n

B.笊核的比結合能比氫核的大

C.笊核與氤核的間距達到就能發(fā)生核聚變

D.4g笊完全參與聚變釋放出能量的數量級為lf^MeV

【答案】D

【詳解】A.核反應方程式為

5

He+[n

故A錯誤；

B.笊核的比結合能比氫核的小，故B錯誤；

C.笊核與定核發(fā)生核聚變，要使它們間的距離達到lO^m以內，故C錯誤；

D.一個笊核與一個瓶核聚變反應質量虧損

Am=（2.0141+3.0161-4.0026-1.0087）u=0.0189u

聚變反應釋放的能量是

\E=\m-931.5MeV?17.6MeV4g氣完全參與聚變釋放出能量

￡'=lx6xl023xA￡?2.11xl025MeV

2

數量級為IC^MeV,故D正確。

故選D。

9.（2023?浙江?高考真題）“玉兔二號”裝有核電池，不懼漫長寒冷的月夜。核電池將若Pu衰

變釋放的核能一部分轉換成電能。2；：尸"的衰變方程為鬻尸*u+；He,則（）

A.衰變方程中的X等于233B.；He的穿透能力比＞射線強

C.曹尸〃比*U的比結合能小D.月夜的寒冷導致曹尸〃的半衰期變大

【答案】C

【詳解】A.根據質量數和電荷數守恒可知，衰變方程為

*uf空U+；He

即衰變方程中的X=234,故A錯誤；

B.；He是a粒子，穿透能力比丫射線弱，故B錯誤；

C.比結合能越大越穩(wěn)定，由于2；：Pu衰變成為了焉U,故空U比碧Pu穩(wěn)定，即[Pu比窗U

的比結合能小，故C正確；

D.半衰期由原子核本身決定的，與溫度等外部因素無關，故D錯誤。

故選C。

10.（2024?河南?二模）我國的火星探測車用放射性材料2；：Pu作為燃料，其原理為2；；Pu發(fā)

生衰變時將釋放的能量轉化為電能，衰變方程為2j；U+X,下列說法正確的是（）

6

A.X是電子

B.空U和X的總質量等于2；：Pu的質量

C.升高溫度可以使2；；Pu的半衰期變短

D.2j；Pu核的比結合能小于核的比結合能

【答案】D

【詳解】A.根據質量數、電荷數守恒，可得X為;He,故A錯誤；

B.由于衰變過程中釋放能量，所以衰變過程存在質量虧損，故B錯誤；

C.半衰期只由原子核內部自身因素決定，升高溫度不可以使畿Pu的半衰期變短，故C錯

誤；

D.因生成物更穩(wěn)定，則比結合能更大，所以？Pu的比結合能小于空U的比結合能，故D

正確。

故選D。

專題四核裂變與核聚變

11.（2024?全國甲卷?高考真題）笊核可通過一系列聚變反應釋放能量，總的反應效果可用

6；Hf2：He+￡n+Mp+43』5MeV表示，式中x、y的值分別為（）

A.x=l,y-2B.x=l,y=3C.x=2,y-2D.x=3,y=l

【答案】C

【詳解】根據反應前后質量數和電荷數守恒可得

6x2=2x4+x+y

6=2x2+y

解得

x=2,y-2

故選C。

12.（2025?河南安陽,二模）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,

采用更先進的結構與控制方式，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,

7

其核聚變方程為;H+；Hf；He+X,下面說法正確的是（）

A.X為正電子

B.該核反應電荷數守恒，但質量數不守恒

C.:H的結合能大于：He的結合能

D.汨的比結合能小于;He的比結合能

【答案】D

【詳解】AB.根據電荷數和質量數守恒，X為中子（卜），故AB錯誤；

CD.氫核聚變釋放大量的核能，生成物更穩(wěn)定，結合能增大，比結合能也增大，故C錯誤,

D正確；

故選D。

13.（2024?甘肅?二模）恒星內部發(fā)生著各種熱核反應，其中“氮燃燒”的核反應方程為

；He+；HeTBe+y,：Be是不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為7,則下列說法正確的是（）

A.fBe的衰變需要外部作用激發(fā)才能發(fā)生

B.經過兩個半衰期7,剩下的：Be粒子占開始時的:

O

C.核反應的過程中質量數守恒，可知4=8

D.“氫燃燒”的核反應是聚變反應，反應過程中沒有質量虧損

【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.經過兩個半衰期，有:的：Be粒子發(fā)生衰變，剩下的：Be粒子占開始時的《，故B錯誤;

C.根據核反應的過程質量數守恒，則

4+4=A

可知

A=8

故C正確；

D.該核反應是聚變反應，反應過程中有質量虧損，故D錯誤。

故選C。

8

專題五質能方程的應用

14.（2023?全國乙卷?高考真題）2022年10月，全球眾多天文設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”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻。由觀

測結果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內釋放的能量量級為1048J。假設釋放的能量來自于物

質質量的減少，則每秒鐘平均減少的質量量級為（光速為SxIO'n/s）

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

【答案】C

【詳解】根據質能方程E=mc2可知，則每秒鐘平均減少的質量為

、E1048及。

Am=一o=----------=--------kg

60c一eoxfsxio8）-5.4

則每秒鐘平均減少的質量量級為10"kgO

故選Co

15.（2022?遼寧?高考真題）2022年1月，中國錦屏深地實驗室發(fā)表了首個核天體物理研究

實驗成果。表明我國核天體物理研究已經躋身國際先進行列。實驗中所用核反應方程為

XMgA1,已知X、Mg、Al的質量分別為犯、加2、啊，真空中的光速為c,該

反應中釋放的核能為E。下列說法正確的是（）

A.X為笊核;HB.X為氤核

22

C.E=（ml+m2+m3）cD.E=（mx+m2-m3^c

【答案】D

【詳解】AB.根據