第五章 原子核 章末总结 课件-2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册（39页PPT）

(共39张PPT)
第五章 原子核
培优帮丨章末总结
析课标 素养清单
物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任
1.了解天然放射现 象，知道三种射线 的本质，了解原子 核的组成。 2.了解原子核的衰 变，掌握原子核的 衰变规律及其应用 方法。 1.运用类比法，理 解三种射线的本 质、两种衰变、四 种基本相互作用、 结合能和比结合 能、核裂变和核聚 变以及几种常见的 核反应。 1.查阅资料，了 解质子、中子等 粒子的发现历 史，知道几种常 见核反应的研究 背景，体会实验 在物理研究中的 重要作用。 1.体会人类对物质结构
的探索是不断深入的，
科学的探索没有止境。
物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任
3.理解半衰期、结合 能及比结合能的概 念，能求解相关的 实际问题。 4.了解核裂变和核聚 变，能应用质量亏 损计算核裂变和核 聚变反应中的核 能，形成和原子核 与核能相关的物质 观念、相互作用观 念和能量观念。 2.能对原子核与放 射性物理问题进行 分析和推理，能推 算原子核的半衰 期，知道半衰期的 统计意义。 3.能恰当使用证据 证明相关结论，能 采用不同方法分析 解决物理问题。 2.了解科学家为 了利用核能做出 的探索，搜集信 息，并与同学们 讨论。 2.主动关注核技术对人
类生活和社会发展带来
的影响，能遵守普遍接
受的与科技研究有关的
道德与规范，有保护环
境、理性评价科技应用
的良好习惯与使命感。
续表
例1 （多选）一静止的铝原子核俘获一速度为的质子 后，变为处
于激发态的硅原子核 。下列说法正确的是( )
ABD
A.核反应方程为
B.核反应过程中系统动量守恒
C.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
D.硅原子核速度的数量级为 ，方向与质子初速度的方向一致
思路点拨 由质量数、电荷数守恒可写出核反应方程，核反应过程中系统动量守恒，
根据动量守恒定律求解硅原子核的速度的数量级。
【解析】
选项 分析 正误
A 核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒。 √
B 微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律。 √
C 核反应过程中存在质量亏损，生成物的质量要小于反应物 的质量之和。
D 硅原子核质量约是质子质量的28倍,由动量守恒定律知， ，所以硅原子核速度的数量级为 ,方 向与质子初速度的方向一致。 √
例2 我国新一代“人造太阳”中国环流三号取得重大科研进展，首次实现100万安培等
离子体电流下的高约束模式运行，是我国核聚变核能开发进程中的重要里程碑。下
列关于核能与核反应的说法正确的是( )
D
A.铀发生一次 衰变可生成钚
B. 是核聚变反应
C. 是发现中子的核反应
D.已知质子、中子、 粒子的质量分别为、、，光在真空中传播的速度为 ,
则质子和中子结合成一个 粒子的过程中，释放的核能为
【解析】经过一次 衰变后原子的质量数不变，电荷数增加1，则发生2次 衰
变生成 ，选项A错误；该反应为重核分裂成为两个中等质量的原子核的核反应，
是核裂变反应，不是核聚变反应，选项B错误； 是核聚变反应，
不是发现中子的核反应，选项C错误；由核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知，
该核反应为 ，根据爱因斯坦质能方程可知，质量亏损为
，释放的核能为 ，选项D
正确。
例3 一个静止的放射性同位素的原子核衰变为 ，在一磁场中得到衰变后粒子
的运动径迹为图5-1甲、乙中的一组；另一个静止的天然放射性元素的原子核
衰变为 ，在一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹为甲、乙中的另一组
（粒子的运动径迹均垂直于磁场方向），则图中1、2、3、4四条径迹对应的粒子依
次是 ( )
D
图5-1
A.电子、、、正电子 B.、正电子、电子、
C.、正电子、电子、 D.、电子、正电子、
思路点拨 放射性元素的原子核，沿垂直于磁场方向放射出一个粒子后在匀强磁场
中运动，在洛伦兹力的作用下新核和放出的粒子都做匀速圆周运动。放出粒子的过
程中系统动量守恒，由半径公式 ，分析放出的粒子与反冲核的轨迹半径
关系，根据洛伦兹力分析运动轨迹是内切圆还是外切圆。
【解析】两反应分别放出正电子和电子原子核放出正电子时，正电子与反冲核的速
度方向相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹
应为外切圆
原子核放出电子时，电子与反冲核的速度方向相反，电性也相反，则两个粒子受到
的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆
原子核放出粒子时，带电粒子与反冲核的动量大小相等
由半径公式，可得、 相同时，轨迹半径与电荷量成反比，而正电子和
电子的电荷量比反冲核的电荷量小，则正电子和电子的运动半径都比反冲核的运动
半径大，故径迹1、2、3、4对应的粒子依次是、电子、正电子、 ，A、B、
C错误，D正确。
例4 (北京大学夏令营试题)原来静止的质量为的原子核，放出一个 粒子后，转
变为质量为的原子核， 粒子的质量为 ，而质量为 的核在运动方向上也放
出一个 粒子，生成的新核静止。试求第二个 粒子的动能。
思路点拨 核反应过程中放出能量，一般采用爱因斯坦质能方程求解，解题的关键
是求出质量亏损，而第二次衰变生成的新核质量不知，因此无法从第二次衰变中直
接求解，但第一次衰变时的质量亏损可求出，进而可求出第一次衰变时放出的 粒
子的动能，因此，设法寻找两次衰变所放出的 粒子间动能的关系是解题的关键。
【答案】
【解析】根据动量守恒定律，对第一次 衰变，有
对第二次 衰变，有
可得 ，即两次放出的 粒子的速度等大、反向，两个 粒子的动能相等。
第一次衰变的质量亏损
放出的能量为
转化为质量为的核的动能和第一个 粒子的动能，即
由,得
所以第二个 粒子的动能 。
【强化训练丨变式题】
1.(北京大学夏令营试题)在物理学中，往往将能量为 的中子称为热中
子，现用一个热中子来轰击一个核，产生了一个和一个 粒子。已知，
，，， ,其中
。
（1）写出上述反应的核反应方程，并指出该反应是吸能还是放能。
【答案】 ; 放能
【解析】根据质量数和电荷数守恒，可写出核反应方程为
反应前后质量变化 ，即有质量亏损，
该反应放能。
（2）求出该核反应产生的核能。
【答案】
【解析】由（1）知，该核反应产生的核能
。
（3）求生成的两个粒子的动能。
【答案】粒子的动能为， 粒子的动能为
【解析】核反应过程能量守恒、动量守恒，则有
由于 ，上式可近似认为
由,得
则
代入数据解得粒子的动能, 粒子的动能 。
2.(“华约”联盟自主招生试题)静止在匀强磁场中的放射性原子核衰变为两个粒子 和
，衰变后粒子的运动速度与磁场垂直。粒子和的轨道半径之比 ，
周期之比。已知该过程中的质量亏损为 ，假定衰变过程中释放的
核能全部转化成粒子的动能，光速为 ,求：
（1）粒子和的电荷数之比 ;
【答案】
【解析】带电粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为
根据动量守恒定律有，联立得
代入数据得 。
（2）粒子和的质量之比 ；
【答案】
【解析】根据，有
解得 。
（3）原子核的电荷数和质量数 ；
【答案】92 238
【解析】根据电荷数守恒和质量数守恒，有
,
其中和 为定值，单位分别为一个单位正电荷和一个原子质量单位，可推测
，。则原子核为，此衰变为的 衰变。
（4）粒子的动能 。
【答案】
【解析】根据动能和动量的关系式 ，有
因衰变过程中释放的核能全部转化成粒子的动能，则有
联立以上两式解得
。
设情境 素养提升
问题情境1 “赤霄”——物理观念
图5-2
例5 (2025·湖北孝感模拟)新华社合肥2025年1月14日电，每平
方米每秒钟可极速喷射出亿亿亿个粒子！记者从中国科学院合
肥物质科学研究院获悉，该院大科学团队成功研制强流直线等
离子体装置“赤霄”，如同一把性能超强的“激光剑”，为研制
“人造太阳”核心材料提供科技利器。1月14日，经专家组鉴定，
“赤霄”参数达到设计指标，整体性能国际先进。中国的“人造
太阳”成功实现稳态高约束模式等离子体运行时间 ，创造了世界纪录。“人造太
阳”在工作时进行两种热核聚变反应： 和
，其内部结构如图5-2所示，下列说法正确的是
( )
A.目前主流核电站都在利用热核聚变进行发电
B.反应中释放出的 粒子会受到线圈磁场的磁约束力
C.反应中释放出的 粒子为中子
D.核子平均质量大于 核子平均质量
√
【解析】
选项 分析 正误
A 目前主流核电站都在利用核裂变进行发电。
B 由电荷数守恒和质量数守恒可知，反应中释放出的粒子为 ，中子 不带电，不会受到线圈磁场的磁约束力。
C 由电荷数守恒和质量数守恒可知，反应中释放出的粒子为 。
选项 分析 正误
D 热核聚变反应释放能量，生成物的比结合能大于反应物 的比 结合能，比结合能越大，表示核子结合成原子核时，平均每个核子放 出的能量越多，因此平均每个核子亏损的质量也就越大，这样结合成 的原子核中平均每个核子剩下的质量也就越小，因此 核子的平均 质量小于 核子的平均质量。 √
续表
问题情境2 东方超环——科学思维
图5-3
例6 我国可控核聚变技术已经走在了世界前列，“东方超环”
是全超导托卡马克核聚变实验装置，又被称为“人造太阳”，
如图5-3所示。其原理是让海水中大量存在的氘核和氚核在高
温高密度条件下，像太阳内部的热核反应一样发生核聚变，
为人类提供源源不断的能源。氘核和氚核 结合成氦
核时，要放出某种质量 的粒子，同时释放出能量。已知氘核质量
，氚核质量，氦核质量， 相当于
，阿伏加德罗常数 ，氘核的摩尔
质量 。
（1）写出该核聚变反应的核反应方程，并计算一次核聚变反应释放的核能；
（保留两位有效数字）
【答案】;
【解析】根据质量数守恒、电荷数守恒可得该核反应方程为
反应中的质量亏损为
解得
根据爱因斯坦质能方程 ，得一次核聚变反应释放的核能
。
（2）未来要建设一座应用此反应的热核发电站，若该发电站的功率 万千瓦，
计算理论上该发电站一年 大约需要多少千克的氘。
【答案】
【解析】该发电站一年产生的电能
则理论上该发电站一年需要的氘的质量
代入数据解得 。
本题以我国可控核聚变技术为背景命题，考查核反应方程的书写及核能的计算，要
求考生关注我国最新科技成果，能够利用所学物理知识求解实际问题。
刷真题 体验高考
1.(2023·广东卷)理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应
的影响。下列说法正确的是( )
D
A.是 粒子， 射线穿透能力比 射线强
B.是 粒子， 射线电离能力比 射线强
C.是 粒子， 射线穿透能力比 射线强
D.是 粒子， 射线电离能力比 射线强
【解析】核反应前后质量数守恒、电荷数守恒，由此可得的质子数为 ，
质量数为，即是 粒子，而 射线的电离能力比 射线强，穿透能力
比 射线弱，故选项D正确。
2.(2025·湖北卷) （正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，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( )
C
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】
核聚变反应是指两个或多个较轻的原子核结合成一个或多个较重的原子核的过程，
则该反应不是核聚变反应，B错误；根据可知，1克 经110分钟剩下0.5
克，C正确；中微子 不带电荷，所以其在磁场中不会发生偏转，D错误。
3.(2025·湖南卷)关于原子核衰变，下列说法正确的是( )
B
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】
选项 分析 正误
A 原子核衰变释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，存在质量亏损， 则新核总质量小于原核质量。
B 根据半衰期的定义可知，大量某放射性元素的原子核经过一个半衰期 后有半数发生衰变。 √
C 放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的 化学状态和外部环境没有关系。
D
4.(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( )
C
A.电荷数 B.中子数 C.质量数 D.质子数
【解析】发生一次 衰变变成,核反应方程为，
放出一个正电子，质量数仍为156,核反应方程为 ,所以两新核素衰
变后的新核有相同的质量数,C正确,A、B、D错误。
5.(2024·全国甲卷)氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用
表示，式中、 的值分别为( )
C
A.， B.， C.， D.，
【解析】 .
6.(山东高考题)碘125衰变时产生 射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125
的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的
质量为刚植入时的( )
B
A. B. C. D.
【解析】设碘125刚植入时的质量为，则经过 个半衰期以后剩余的质
量为，解得 ,B项正确。
7.(浙江高考题，多选)秦山核电站生产的核反应方程为 ，其产
物的衰变方程为 。下列说法正确的是( )
AB
A.是 B. 可以用作示踪原子
C.来自原子核外 D.经过一个半衰期，10个 将剩下5个
【解析】根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知为质子 ，A正确；
由于具有放射性，且C是构成生物体的主要元素之一，所以 可以用作示踪原子，
B正确； 衰变放出的电子 来自原子核，C错误；半衰期是大量原子核衰变的统
计规律，对少量原子核不适用，D错误。
8.(2024·浙江6月卷)发现中子的核反应方程为 ，“玉兔二号”巡视
器的核电池中钚 238的衰变方程为 ，下列说法正确的是( )
A
A.核反应方程中的为 B.衰变方程中的为
C.中子 的质量数为零 D.钚238的衰变吸收能量
【解析】根据核反应中质量数和电荷数守恒可知为，为 ，故A正确，B错误；
中子的质量数为1，电荷数为零，故C错误；衰变过程要释放能量，故D错误。
9.(广东高考题，多选)
科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：
和 。下列表述正确的有
( )
AD
A.是中子 B. 的质子数是3，中子数是6
C.两个核反应都没有质量亏损 D.氘和氚的核反应是核聚变反应
【解析】根据核反应过程中质量数与电荷数守恒，结合可知， 为
中子，A项正确；由可知， 的质量数为6，电荷数为3，即质
子数为3，中子数也为3，B项错误；由核反应方程可知，两个反应都放出了能量，因
此都有质量亏损，C项错误；由两个轻核氘和氚反应生成质量较大的氦核是轻核的聚
变反应，D项正确。
10.(海南高考题)一静止原子核发生 衰变，生成 粒子及一新核。 粒子垂直进入磁
感应强度大小为的匀强磁场，其运动轨迹是半径为的圆。已知 粒子的质量为 ，
电荷量为；新核的质量为；光在真空中的速度大小为 。求衰变前原子核的质量。
【答案】
【解析】设衰变产生的 粒子的速度大小为 。由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得
设衰变后新核的速度大小为 ，衰变前后动量守恒，有
设衰变前原子核质量为 ，衰变前后能量守恒，有
联立以上各式得 。