2025年高考物理押题预测考前冲刺--原子核与核技术（有解析）

2025年高考物理押题预测考前冲刺--原子核与核技术
一．选择题（共10小题）
1．（2025 江苏模拟）某放射性元素衰变放出三种射线的穿透能力如图所示，射线2是（　　）
A．高速中子流 B．高速电子流
C．高速氦核粒子流 D．波长极短的电磁波
2．（2025 红桥区二模）如图所示，（a）为氢原子能级图，（b）为某放射性元素剩余质量m与原质量m0的比值随时间t变化的图像，（c）为轧制钢板时动态监测钢板厚度的装置图，（d）为原子核的比结合能随质量数变化的图像。下列说法正确的是（　　）
A．图（a）中，一个氢原子从n＝4的能级向基态跃迁时，最多可以放出3个光子
B．图（b）中，由放射性元素剩余质量m与原质量m0的比值随时间t的变化规律可知其半衰期为67.3天
C．图（c）中，探测器接收到的射线可能是α射线
D．图（d）中，比结合能越大，平均核子质量越大，原子核越稳定
3．（2025 张店区校级一模）2021年4月，某国政府不计后果决定将其一座核电站产生的核废水排放入海。核废水即使经处理，还是含有氚、锶﹣90、铯﹣137、碘﹣129等放射性元素。其中Sr半衰期为30年，它能通过β衰变变为新核，用X表示新核的元素符号，下列有关说法错误的是（　　）
A．锶发生β衰变时，产生的β射线不能穿透几厘米厚的铅板
B．锶发生β衰变的变方程为
C．10个锶核发生β衰变时，经过30年，一定还有5个锶核未发生衰变锶发生
D．新核X的比结合能比Sr大
4．（2025 东城区二模）在β衰变中通常会产生一种被称为“中微子”的粒子，中微子很难被直接探测，但是可以利用中微子与的核反应间接证实中微子的存在。相应的核反应方程为：中微子→。由此可知，中微子的质量数和电荷数分别是（　　）
A．0和0 B．0和1 C．1和0 D．1和1
5．（2025 温州三模）中国的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）首次实现了1亿摄氏度条件下1000秒的等离子体运行。该装置内部发生的核反应方程为HH→He+X，此反应会释放核能，伴随γ光子放出。下列说法正确的是（　　）
A．该核反应方程中的X是质子
B．He的比结合能小于H的比结合能
C．核聚变反应所释放的γ光子可能来源于氢原子能级跃迁
D．该反应需要原子核具有足够的动能以克服库仑斥力才能发生
6．（2025 厦门模拟）感烟型火灾报警器内部装有半衰期长达432年的微量放射性物质铜Am，其α衰变方程为Am→NpHe+γ，下列说法正确的是（　　）
A．γ射线电离本领比α射线强
B．Am衰变过程释放能量
C．温度升高，Am半衰期变短
D．10个Am经过一个半衰期剩余5个
7．（2025 长春四模）Sr是原子能电池的放射源之一，Sr发生β衰变变成Y，半衰期为28.5年。Sr主要来源于U的裂变，其核反应方程为Un→SrXen。下列说法中正确的是（　　）
A．U的比结合能比Sr的比结合能大
B．Sr的β衰变方程为Sr→Ye
C．Sr衰变产生的β射线是核外电子吸收能量后跃迁产生的
D．密闭容器中装有Sr经过28.5年后容器中剩余物质质量为0.5g
8．（2025 浙江三模）月壤中含有丰富的，参与核反应释放巨大能量，同时几乎不产生具有长期放射性的核废料，因此是清洁、高效的未来能源。其核反应方程为→2X+12.86MeV，则（　　）
A．X为质子，该核反应是α衰变
B．的比结合能比的比结合能大
C．核子平均释放的能量约为6.42MeV
D．该反应的质量亏损约为2.3×10﹣29kg
9．（2025 南京二模）三国时期东吴重臣张昭家族墓近期在南京被发现，图为墓中出土的两方龟纽金印。考古学家们常用放射性元素的半衰期确定文物的年代，C衰变方程为C→N+X，C的半衰期是5730年。下列说法正确的是（　　）
A．经过11460年后，4个C一定还剩下1个
B．该衰变的实质是核内的一个质子转变为一个中子和一个电子
C．C比结合能大于N比结合能
D．该衰变过程发生了质量亏损
10．（2025 山东模拟）实验室中有两种放射性样品P和Q，衰变后形成的新物质均不再具有放射性，样品出厂时的放射性活度参考值分别为ηP和ηQ。某次同时检测时，P和Q的放射性活度分别为和，经过一段时间再次同时检测，P和Q的放射性活度分别为和。已知放射性活度与样品中放射性原子核的数量成正比，则（　　）
A．Q的半衰期长
B．P和Q的半衰期相同
C．P的半衰期是Q的1.5倍
D．随着放射性活度变小，P和Q的半衰期都逐渐变长
二．多选题（共5小题）
（多选）11．（2025 雅安二模）中国将在2025年开工建设全球首座商用钍基熔盐堆，预计2029年投入运行，这是核能领域又一重大突破!如图所示是不易裂变的Th转化为易裂变的U的过程示意图。下列说法正确的是（　　）
A．Th衰变为Pa是β衰变
B．Pa的比结合能小于U的比结合能
C．Pa衰变为U放出的电子来自原子核外电子
D．可以通过升温、加压的方式改变核废料的半衰期
（多选）12．（2025 宁波三模）如图所示，我国首次使用核电池随“嫦娥三号”软着陆月球，该核电池是将放射性同位素衰变过程中释放出来的核能转变为电能。“嫦娥三号”采用放射性同位素钚核Pu，静止的Pu衰变为铀核U和α粒子，并放出γ光子。已知Pu、U和α粒子的质量分别为mPu、mU和mα，Pu和U的比结合能分别为E1和E2，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（　　）
A．γ光子是由钚原子的内层电子跃迁产生的
B．Pu的衰变方程为Pu→UHe
C．衰变产生的U和He的动能之比为235：4
D．α粒子的结合能为（mPu﹣mU﹣mα）c2+239E1﹣235E2
（多选）13．（2025 重庆四模）2025年1月20日，中国“人造太阳”装置EAST利用核反应释放能量，首次创下“亿度千秒”的世界新纪录。下列关于该反应的说法，正确的是（　　）
A．该反应为核聚变
B．该反应质量守恒，释放能量
C．X为中子
D．生成物的平均比结合能小于反应物的比结合能
（多选）14．（2025 开封一模）下面说法中正确的是（　　）
A．U比Th多2个中子
B．β衰变的实质是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子
C．γ射线比α射线的电离作用大
D．某元素的半衰期为T，则该元素的10个原子核经过时间T，一定有5个原子数发生了衰变
（多选）15．（2024 浙江三模）下列说法正确的是（　　）
A．空调在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
B．在完全失重的情况下气体对容器壁的压强会明显减小
C．红色的恒星温度高于蓝色的恒星
D．在有些核反应堆里要让中子与原子核碰撞，以便把中子的速率降下来，则应该选用质量较小的原子核
三．填空题（共2小题）
16．（2025 漳州三模）2024年12月报道，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”每次发生的主要核反应是两个结合成并放出一个新粒子即 　 　 （填“质子”“中子”或“电子”），同时释放出能量E。此核反应为 　 　 （填“核聚变”或“核裂变”）。若的质量为m1，的质量为m2，光在真空中的传播速度为c，则新粒子的质量为 　 　 （用题中物理量符号表示）。
17．（2024 南平三模）早期夜光手表的夜光涂料中含有微量的馏辐射，其衰变方程为→X该核反应类型为 　 　 衰变：已知的质量为m1，的质量为m2，X的质量为m3，真空中的光速为c，则该核反应放出的核能为 　 　 ；的比结合能 　 　 （选填“大于”或“小于”）的比结合能。
四．解答题（共3小题）
18．（2025 辽宁三模）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的铀核（U）发生一次α衰变，变成钍核（该元素符号为Th），α粒子与钍核均在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动。已知钍核的动能为Ek1，且在该过程中释放的核能全部转化为两个粒子的动能。已知真空中的光速为c，不计一切阻力和粒子间作用力。
（1）写出该α衰变的核反应方程，并求出α粒子与钍核做圆周运动的半径之比；
（2）求该过程中的质量亏损。
19．（2025 闵行区二模）近期我国首次批量生产出碳14，打破了国外长期垄断该项关键技术的局面。碳14是碳的唯一一种天然放射性同位素，广泛存在于地球环境中，生物体通过呼吸和摄取食物，保持自身碳14含量与所处自然环境相等且恒定。
（1）写出碳14发生β衰变的方程：→　 　 +　 　 。
（2）“碳14测年”在考古学中被用于鉴定有机文物的年代。当生物体死亡后，碳14开始衰变，含量越来越少，可据其比例计算出文物年代。但此方法只能鉴定5万年以内的样本。
①（论述）图甲为碳14剩余质量与原质量比例随时间t变化的规律，据此解释为何“碳14测年”只能鉴定5万年以内的样品。
②（计算）“加速器质谱法”可测量样本中碳的三种同位素（12C、13C、14C）的比例。首先需要提取样品中的碳，转化为碳原子核，从P点由静止经电场加速，再经磁场偏转可分离成三束单独的离子流，分别打在底片的N1、N2、N3点，其过程可简化如图乙。14C打到的是哪个点？距离之比N1N2：N2N3是多少？
20．（2025 乌鲁木齐模拟）卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。发现质子的核反应为：NHe→OH．已知氮核质量为mN＝14.00753u，氧核的质量为mO＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子（氢核）质量为mp＝1.00815u。（已知：1uc2＝931MeV，结果保留2位有效数字）求：
（1）这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应？相应的能量变化为多少？
（2）若入射氦核以v0＝3×107m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核。反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1：50．求氧核的速度大小。
2025年高考物理押题预测考前冲刺--原子核与核技术
参考答案与试题解析
一．选择题（共10小题）
1．（2025 江苏模拟）某放射性元素衰变放出三种射线的穿透能力如图所示，射线2是（　　）
A．高速中子流 B．高速电子流
C．高速氦核粒子流 D．波长极短的电磁波
【分析】α射线实质为氦核，带正电，电离性较强，但是穿透性最弱；β射线为电子流，带负电；γ射线为高频电磁波，穿透性最强。
【解答】解：α射线实质为氦核，带正电，电离性较强，但是穿透性最弱；β射线为电子流，带负电；γ射线为高频电磁波，穿透性最强。由图示可知：射线1是α射线，射线2是β射线，射线3是γ射线，工业上使用γ射线来探查金属内部是否存在缺陷或裂纹。
故B正确，ACD错误。
故选：B。
【点评】明确α、β、γ三种射线性质及应用，难度不大。
2．（2025 红桥区二模）如图所示，（a）为氢原子能级图，（b）为某放射性元素剩余质量m与原质量m0的比值随时间t变化的图像，（c）为轧制钢板时动态监测钢板厚度的装置图，（d）为原子核的比结合能随质量数变化的图像。下列说法正确的是（　　）
A．图（a）中，一个氢原子从n＝4的能级向基态跃迁时，最多可以放出3个光子
B．图（b）中，由放射性元素剩余质量m与原质量m0的比值随时间t的变化规律可知其半衰期为67.3天
C．图（c）中，探测器接收到的射线可能是α射线
D．图（d）中，比结合能越大，平均核子质量越大，原子核越稳定
【分析】根据玻尔理论中的能级跃迁分析，注意是一个氢原子，不是一群；根据半衰期的定义分析；根据α射线的穿透能力分析；比结合能越大，平均核子的质量越小。
【解答】解：A、图（a）中，一个氢原子从n＝4的能级向基态跃迁时，可能是从n＝4到n＝3，从n＝3到n＝2，从n＝2到n＝1这样跃迁，此时最多可以放出3种不同频率的光，故A正确；
B、根据图像可知，放射性元素剩余质量m与原质量m0的比值从变为需要的时间即为该元素的半衰期，半衰期为182.4d﹣67.3d＝115.1d，故B错误；
C、α射线的穿透能力最弱，一张普通的白纸就可以挡住，所以探测器接收到的射线不可能是α射线，故C错误；
D、图（d）中，比结合能越大，平均核子质量越小，原子核越稳定，故D错误。
故选：A。
【点评】本题考查了能级跃迁、半衰期、射线的基本特点和比结合能等基本知识，容易题。
3．（2025 张店区校级一模）2021年4月，某国政府不计后果决定将其一座核电站产生的核废水排放入海。核废水即使经处理，还是含有氚、锶﹣90、铯﹣137、碘﹣129等放射性元素。其中Sr半衰期为30年，它能通过β衰变变为新核，用X表示新核的元素符号，下列有关说法错误的是（　　）
A．锶发生β衰变时，产生的β射线不能穿透几厘米厚的铅板
B．锶发生β衰变的变方程为
C．10个锶核发生β衰变时，经过30年，一定还有5个锶核未发生衰变锶发生
D．新核X的比结合能比Sr大
【分析】根据β射线的特点分析；根据质量数守恒和电荷数守恒分析核反应方程；半衰期属于统计规律；衰变后的产物更稳定，比结合能更大。
【解答】解：A．β射线是高速电子流，穿透能力很弱，不能穿透几厘米厚的铅板，故A正确；
B．根据质量数和电荷数守恒可知，锶发生β衰变的变方程为
故B正确；
C．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核衰变不适应，故C错误；
D．衰变后的新核更稳定，其原子核中核子结合更牢固，比结合能更大，故D正确。
本题选错误的，故选：C。
【点评】本题考查了原子核衰变、半衰期、比结合能等知识点。对于这部分知识很多是属于记忆部分的，因此需要注意平时的记忆与积累。
4．（2025 东城区二模）在β衰变中通常会产生一种被称为“中微子”的粒子，中微子很难被直接探测，但是可以利用中微子与的核反应间接证实中微子的存在。相应的核反应方程为：中微子→。由此可知，中微子的质量数和电荷数分别是（　　）
A．0和0 B．0和1 C．1和0 D．1和1
【分析】根据核反应方程的书写规则进行计算求解。
【解答】解：根据质量数和电荷数守恒，中微子的质量数为0+1﹣1＝0，电荷数为1+0﹣1＝0，故A正确，BCD错误。
故选：A。
【点评】考查核反应方程的书写规则，会根据题意进行准确分析解答。
5．（2025 温州三模）中国的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）首次实现了1亿摄氏度条件下1000秒的等离子体运行。该装置内部发生的核反应方程为HH→He+X，此反应会释放核能，伴随γ光子放出。下列说法正确的是（　　）
A．该核反应方程中的X是质子
B．He的比结合能小于H的比结合能
C．核聚变反应所释放的γ光子可能来源于氢原子能级跃迁
D．该反应需要原子核具有足够的动能以克服库仑斥力才能发生
【分析】根据质量数和电荷数守恒分析；根据比结合能与原子核稳定性的关系进行判断；核聚变反应所释放的γ光子来源于核反应中的质量亏损转化的能量；考虑核聚变反应的条件，因为两个轻核间存在库仑斥力，只有当原子核具有足够的动能克服这一斥力时，才能使它们靠近并发生反应。
【解答】解：A、根据质量数和电荷数守恒，可知X的质量数为
2+3﹣4＝1
电荷数为
1+1﹣2＝0
所以X是中子，故A错误；
B、比更稳定，比结合能越大原子核越稳定，所以的比结合能大于H的比结合能，故B错误；
C、核聚变反应所释放的γ光子来源于核反应中的质量亏损转化的能量，而不是氢原子能级跃迁，故C错误；
D、核聚变中，两个轻核需要克服它们之间的库仑斥力才能靠近并发生反应，这就要求原子核具有足够的动能，通常需要高温高压等条件来提供，故D正确。
故选：D。
【点评】本题主要考查核聚变的相关知识，难度不大。
6．（2025 厦门模拟）感烟型火灾报警器内部装有半衰期长达432年的微量放射性物质铜Am，其α衰变方程为Am→NpHe+γ，下列说法正确的是（　　）
A．γ射线电离本领比α射线强
B．Am衰变过程释放能量
C．温度升高，Am半衰期变短
D．10个Am经过一个半衰期剩余5个
【分析】根据半衰期的特点分析；根据三种射线的特点和电离能力大小判断。
【解答】解：A.γ射线电离本领比α射线弱，故A错误；
B.衰变过程释放能量，故B正确；
C.半衰期与温度变化无关，温度升高，半衰期不变，故C错误；
D.半衰期是统计规律，对大量原子成立，少量原子不一定成立，10个原子经过一个半衰期不一定剩余5个，故D错误。
故选：B。
【点评】本题考查三种射线的电离能力大小，掌握半衰期的概念，半衰期的特点是解题关键。
7．（2025 长春四模）Sr是原子能电池的放射源之一，Sr发生β衰变变成Y，半衰期为28.5年。Sr主要来源于U的裂变，其核反应方程为Un→SrXen。下列说法中正确的是（　　）
A．U的比结合能比Sr的比结合能大
B．Sr的β衰变方程为Sr→Ye
C．Sr衰变产生的β射线是核外电子吸收能量后跃迁产生的
D．密闭容器中装有Sr经过28.5年后容器中剩余物质质量为0.5g
【分析】根据比结合能、核反应方程的书写规则和β射线的来历以及半衰期知识进行分析解答。
【解答】解：A.是衰变的产物，衰变过程中释放能量，说明的比结合能比大，故A错误；
B.根据质量数和电荷数守恒，有Sr→Ye，为β衰变，故B正确；
C.β射线是原子核内中子转变为质子时发射的电子，并非核外电子跃迁产生，故C错误；
D.根据半衰期定义，经过28.5年后，的质量会减少到原来的一半，即0.5g，但剩余物质质量大于0.5g，故D错误。
故选：B。
【点评】本题考查核物理中的比结合能、β衰变、半衰期等概念，会根据题意进行准确分析解答。
8．（2025 浙江三模）月壤中含有丰富的，参与核反应释放巨大能量，同时几乎不产生具有长期放射性的核废料，因此是清洁、高效的未来能源。其核反应方程为→2X+12.86MeV，则（　　）
A．X为质子，该核反应是α衰变
B．的比结合能比的比结合能大
C．核子平均释放的能量约为6.42MeV
D．该反应的质量亏损约为2.3×10﹣29kg
【分析】根据核反应方程的书写规则和比结合能，质量亏损的知识进行分析解答。
【解答】解：A.根据质量数和电荷数守恒，X为质子，该核反应是核聚变反应，故A错误；
B.根据比结合能越大越稳定，的比结合能比小，故B错误；
C.有6个核子，核子平均释放的能量约为MeV≈2.14MeV，故C错误；
D.由ΔE＝Δmc2，代入数据得质量亏损Δm≈2.3×10﹣29kg，故D正确。
故选：D。
【点评】考查核反应方程的书写规则和比结合能，质量亏损的知识，会根据题意进行准确分析解答。
9．（2025 南京二模）三国时期东吴重臣张昭家族墓近期在南京被发现，图为墓中出土的两方龟纽金印。考古学家们常用放射性元素的半衰期确定文物的年代，C衰变方程为C→N+X，C的半衰期是5730年。下列说法正确的是（　　）
A．经过11460年后，4个C一定还剩下1个
B．该衰变的实质是核内的一个质子转变为一个中子和一个电子
C．C比结合能大于N比结合能
D．该衰变过程发生了质量亏损
【分析】根据半衰期，β粒子的来源和比结合能知识，质量亏损等进行分析解答。
【解答】解：A．半衰期是统计规律，不适用于少量原子核，故A错误；
B．根据质量数和电荷数守恒，可知X是，是核内的一个中子转变为一个质子和一个电子，故B错误；
C．根据比结合能越大越稳定的知识可知，比结合能小于比结合能，故C错误；
D．该衰变过程发生了质量亏损，能向外释放核能，故D正确。
故选：D。
【点评】考查半衰期，β粒子的来源和比结合能知识，质量亏损等知识，会根据题意进行准确分析解答。
10．（2025 山东模拟）实验室中有两种放射性样品P和Q，衰变后形成的新物质均不再具有放射性，样品出厂时的放射性活度参考值分别为ηP和ηQ。某次同时检测时，P和Q的放射性活度分别为和，经过一段时间再次同时检测，P和Q的放射性活度分别为和。已知放射性活度与样品中放射性原子核的数量成正比，则（　　）
A．Q的半衰期长
B．P和Q的半衰期相同
C．P的半衰期是Q的1.5倍
D．随着放射性活度变小，P和Q的半衰期都逐渐变长
【分析】根据半衰期的计算公式和半衰期的决定因素进行分析解答。
【解答】解：ABC.经过相同时间，P和Q的放射性活度分别由和变为和，根据半衰期的计算公式可知，样品P经过了2个半衰期，样品Q经过了3个半衰期，故P的半衰期是Q的1.5倍，故AB错误，C正确；
D.根据半衰期的决定因素可知，随着放射性活度变小，P和Q的半衰期均不会改变，故D错误。
故选：C。
【点评】考查半衰期的计算公式和半衰期的决定因素，会根据题意进行准确分析解答。
二．多选题（共5小题）
（多选）11．（2025 雅安二模）中国将在2025年开工建设全球首座商用钍基熔盐堆，预计2029年投入运行，这是核能领域又一重大突破!如图所示是不易裂变的Th转化为易裂变的U的过程示意图。下列说法正确的是（　　）
A．Th衰变为Pa是β衰变
B．Pa的比结合能小于U的比结合能
C．Pa衰变为U放出的电子来自原子核外电子
D．可以通过升温、加压的方式改变核废料的半衰期
【分析】根据核反应方程的书写规则，比结合能的知识，半衰期的特点进行分析解答。
【解答】解：A、根据核反应过程中质量数、电荷数守恒，可知核反应方程为→，所以为β衰变，故A正确；
B、根据衰变时放出核能，产生的新核的比结合能变大，可得的比结合能小于的比结合能，故B正确；
C、衰变辐射出的电子来自于中子转变为质子时释放出的电子，故C错误；
D、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，它由原子核内部的因素决定，与原子所处的物理、化学状态无关，所以环境温度增加，半衰期不变，故D错误。
故选：AB。
【点评】本题考查核反应方程、比结合能，半衰期等问题，会根据题意进行准确分析解答。
（多选）12．（2025 宁波三模）如图所示，我国首次使用核电池随“嫦娥三号”软着陆月球，该核电池是将放射性同位素衰变过程中释放出来的核能转变为电能。“嫦娥三号”采用放射性同位素钚核Pu，静止的Pu衰变为铀核U和α粒子，并放出γ光子。已知Pu、U和α粒子的质量分别为mPu、mU和mα，Pu和U的比结合能分别为E1和E2，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（　　）
A．γ光子是由钚原子的内层电子跃迁产生的
B．Pu的衰变方程为Pu→UHe
C．衰变产生的U和He的动能之比为235：4
D．α粒子的结合能为（mPu﹣mU﹣mα）c2+239E1﹣235E2
【分析】A.根据γ光子的来历进行分析判断；
B.根据质量数和电荷数守恒进行判断；
C.根据动能和动量的关系式进行分析解答；
D.根据质量亏损和结合能的公式列式解答。
【解答】解：A.γ光子的产生与原子核内部的能级变化有关，而不是原子核外电子的跃迁，故A错误；
B.根据质量数守恒与电荷数守恒可知，方程为Pu→UHe，故B正确；
C.根据动量守恒可知，静止的Pu发生α衰变时生成的两粒子的动量大小相等，由Ekmv2可得，U和He的动能之比为4：235，故C错误；
D.释放的光子的能量为hν，核反应的过程中释放的能量，由于核反应的过程中释放的核能转化为新核与α粒子的动能以及光子的能量，所以α粒子的结合能为239E1﹣235E2，故D正确。
故选：BD。
【点评】考查核反应方程的书写规则和结合能问题，会根据题意进行准确分析解答。
（多选）13．（2025 重庆四模）2025年1月20日，中国“人造太阳”装置EAST利用核反应释放能量，首次创下“亿度千秒”的世界新纪录。下列关于该反应的说法，正确的是（　　）
A．该反应为核聚变
B．该反应质量守恒，释放能量
C．X为中子
D．生成物的平均比结合能小于反应物的比结合能
【分析】“人造太阳”装置 EAST 利用的是核聚变反应释放能量；根据质能方程E＝mc2，核聚变反应中会有质量亏损，亏损的质量以能量的形式释放出来；根据质量数和电荷数守恒即可得出X；核聚变是释放能量的反应，根据比结合能的概念，释放能量的过程中生成物的平均比结合能增大。
【解答】解：A、“人造太阳”装置 EAST 利用的是核聚变反应释放能量，所以该反应为核聚变，故A正确；
B、该反应释放能量，质量亏损，故B错误；
C、核反应过程中，质量数和电荷数守恒，可得X为，即中子，故C正确；
D、由反应方程可知生成物的平均比结合能大于反应物的比结合能，故D错误。
故选：AC。
【点评】本题主要考查核聚变的相关知识，包括核聚变的概念、核反应方程和比结合能等。
（多选）14．（2025 开封一模）下面说法中正确的是（　　）
A．U比Th多2个中子
B．β衰变的实质是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子
C．γ射线比α射线的电离作用大
D．某元素的半衰期为T，则该元素的10个原子核经过时间T，一定有5个原子数发生了衰变
【分析】根据质量数、电荷数和中子数的关系计算，根据β衰变的实质分析B；根据γ射线和α射线的特点分析C；半衰期具有统计意义。
【解答】解：A．U的中子数为238个﹣92个＝146个，Th的中子数为234个﹣90个＝144个，则U的中子数比Th多2个中子，故A正确；
B．β衰变的实质是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，故B正确；
C．γ射线比α射线的电离作用小，故C错误；
D．半衰期具有统计意义，少量原子不适用，故D错误；
故选：AB。
【点评】本题考查衰变的特点、半衰期的意义等内容，要熟悉课本知识，能解释生活中的问题。
（多选）15．（2024 浙江三模）下列说法正确的是（　　）
A．空调在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
B．在完全失重的情况下气体对容器壁的压强会明显减小
C．红色的恒星温度高于蓝色的恒星
D．在有些核反应堆里要让中子与原子核碰撞，以便把中子的速率降下来，则应该选用质量较小的原子核
【分析】根据热力学第二定律结合分子的热运动与压强的关系，动量守恒和机械能守恒定律等进行分析解答。
【解答】解：A.空调在制冷过程中，把室内的热量向室外释放，消耗电能，且会产生热量，则其从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，故A正确；
B.在完全失重的情况下，气体分子运动不停止，对容器壁的压强不会明显减少，故B错误；
C.恒星的颜色是由温度决定的，温度越低，颜色越红，温度越高，颜色越蓝，所以红色的恒星温度低于蓝色的恒星，故C错误；
D.设中子和作减速剂的原子核A的质量分别为mn和mA，碰撞后速度分别为v'n和vA，中子碰撞前的速度为vn，碰撞前后的总动量和总能量守恒，以中子的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得mnvn＝mnv'n+
mAvA，由机械能守恒定律得，解得，可见当中子的质量和原子核的质量越接近时，碰撞后中子的速度越小，因此一般选择质量较小的原子核，故D正确。
故选：AD。
【点评】考查热力学第二定律结合分子的热运动与压强的关系，动量守恒和机械能守恒定律，会根据题意进行准确分析解答。
三．填空题（共2小题）
16．（2025 漳州三模）2024年12月报道，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”每次发生的主要核反应是两个结合成并放出一个新粒子即 　中子　 （填“质子”“中子”或“电子”），同时释放出能量E。此核反应为 　核聚变　 （填“核聚变”或“核裂变”）。若的质量为m1，的质量为m2，光在真空中的传播速度为c，则新粒子的质量为 　　 （用题中物理量符号表示）。
【分析】根据质量数守恒和电荷数守恒分析求解；根据ΔE＝Δmc2分析求解。
【解答】解：根据质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方程为
则放出的新粒子为中子，此核反应为核聚变；
设新粒子的质量为m3，核聚变是放能反应，反应前后质量减少，释放的能量
可得新粒子的质量
。
故答案为：中子；核聚变；。
【点评】核反应过程中，质量数与核电荷数守恒；应用质能方程即可求出核反应中的质量亏损。
17．（2024 南平三模）早期夜光手表的夜光涂料中含有微量的馏辐射，其衰变方程为→X该核反应类型为 　α　 衰变：已知的质量为m1，的质量为m2，X的质量为m3，真空中的光速为c，则该核反应放出的核能为 　　 ；的比结合能 　小于　 （选填“大于”或“小于”）的比结合能。
【分析】质量数与电荷数守恒推导出X的种类；根据爱因斯坦质能方程判断；根据能量的变化判断。
【解答】解：通过质量数与电荷数守恒推导出X质量数为4，电荷数为2，是，故为α衰变；
根据ΔE＝Δmc2
得放出的核能为
由于是放出核能，生成物的结合能更大，则比结合能更大，所以的比结合能小于的比结合能。
故答案为：α；；小于。
【点评】本题考查了近代物理的知识。这种题型知识点广，多以基础为主，只要平时多加积累，难度不大。
四．解答题（共3小题）
18．（2025 辽宁三模）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的铀核（U）发生一次α衰变，变成钍核（该元素符号为Th），α粒子与钍核均在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动。已知钍核的动能为Ek1，且在该过程中释放的核能全部转化为两个粒子的动能。已知真空中的光速为c，不计一切阻力和粒子间作用力。
（1）写出该α衰变的核反应方程，并求出α粒子与钍核做圆周运动的半径之比；
（2）求该过程中的质量亏损。
【分析】（1）根据核反应方程的书写规则，动量守恒定律和洛伦兹力提供向心力列式解答；
（2）根据爱因斯坦的质能方程结合能量守恒定律进行分析解答。
【解答】解：（1）根据质量数和电荷数守恒有→，设α粒子的质量m2＝4m，电荷量q2＝2e，则Th核的质量m1＝234m，电荷量q1＝90e，核反应过程的动量守恒，大小关系满足m1v1＝m2v2，粒子在磁场中做匀速圆周运动有，可得α粒子与钍核做圆周运动的半径之比R2：R1＝45：1；
（2）由质能方程有ΔE＝Δmc2，由能量守恒有ΔE＝Ek1+Ek2，，，联立解得。
答：（1）衰变方程为→，α粒子与钍核做圆周运动的半径之比R2：R1＝45：1；
（2）该过程中的质量亏损为。
【点评】考查核反应方程的书写规则、动量守恒以及质能方程的应用，会根据题意进行准确分析解答。
19．（2025 闵行区二模）近期我国首次批量生产出碳14，打破了国外长期垄断该项关键技术的局面。碳14是碳的唯一一种天然放射性同位素，广泛存在于地球环境中，生物体通过呼吸和摄取食物，保持自身碳14含量与所处自然环境相等且恒定。
（1）写出碳14发生β衰变的方程：→　　 +　　 。
（2）“碳14测年”在考古学中被用于鉴定有机文物的年代。当生物体死亡后，碳14开始衰变，含量越来越少，可据其比例计算出文物年代。但此方法只能鉴定5万年以内的样本。
①（论述）图甲为碳14剩余质量与原质量比例随时间t变化的规律，据此解释为何“碳14测年”只能鉴定5万年以内的样品。
②（计算）“加速器质谱法”可测量样本中碳的三种同位素（12C、13C、14C）的比例。首先需要提取样品中的碳，转化为碳原子核，从P点由静止经电场加速，再经磁场偏转可分离成三束单独的离子流，分别打在底片的N1、N2、N3点，其过程可简化如图乙。14C打到的是哪个点？距离之比N1N2：N2N3是多少？
【分析】（1）根据质量数和核电荷数守恒进行解答；
（2）①根据半衰期的计算公式分析超过五万年，碳十四含量，由此分析；
②加速电场中，根据动能定理求解速度大小，在磁场中，根据洛伦兹力提供向心力求解轨迹半径，由此解答。
【解答】解：（1）根据质量数和核电荷数守恒可知，碳14发生β衰变的方程为：→
（2）①据图可得，碳十四的半衰期为5730年；
根据衰变规律，如果经过10个半衰期，即57300年，有：0.1%
超过五万年，碳十四含量太低，很难测量。
②加速电场中，根据动能定理可得：qU
在磁场中，根据洛伦兹力提供向心力可得：qvB＝m
联立解得轨迹半径：r
12C、13C、14C的原子核的电荷量相等，质量之比为12：13：14
质量越大、打的越远，14C打到的是N3；
根据轨迹半径计算公式可得：。
故答案为：（1）；；（2）①超过五万年，碳十四含量太低，很难测量；②14C打到的是N3；距离之比N1N2：N2N3是。
【点评】本题主要是考查核衰变、带电粒子在磁场中的运动，关键是知道核反应方程的书写形式，知道质谱仪的工作原理。
20．（2025 乌鲁木齐模拟）卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。发现质子的核反应为：NHe→OH．已知氮核质量为mN＝14.00753u，氧核的质量为mO＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子（氢核）质量为mp＝1.00815u。（已知：1uc2＝931MeV，结果保留2位有效数字）求：
（1）这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应？相应的能量变化为多少？
（2）若入射氦核以v0＝3×107m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核。反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1：50．求氧核的速度大小。
【分析】（1）根据质量亏损，结合质能方程，即可求解；
（2）根据动量守恒定律，结合速度大小之比为1：50，即可求解。
【解答】解：（1）、这一核反应中，质量亏损：Δm＝mN+mHe﹣mO﹣mp＝14.00753+4.00387﹣17.00454﹣1.00815＝﹣0.00129u
由质能方程，则有ΔE＝Δm c2＝﹣0.00129×931＝﹣1.2MeV
故这一核反应是吸收能量的反应，其能量为1.20MeV
（2）、根据动量守恒定律，则有：mHe v0＝mH vH+mOvO
又：vO：vH＝1：50
解得：vO＝1.8×106m/s
答：（1）这一核反应是吸收能量，相应的能量变化为1.2MeV；
（2）氧核的速度大小1.8×106m/s。
【点评】考查质量亏损与质能方程的应用，掌握动量守恒定律的内容，注意其矢量性，同时注意单位的换算是解题的关键。
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