1．据报道，放射性同位素钬Ho可以有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数是( )
A．32 B．67
C．99 D．166
解析：选C。根据原子核的表示方法得核电荷数＝核内质子数＝67，核内中子数为166－67＝99，故C正确，A、B、D错误。
2．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更有启发性。以下符合物理发展史实的是( )
A．汤姆孙通过对天然放射性现象的研究发现了电子
B．玻尔进行了α粒子散射实验并提出了著名的原子核式模型
C．约里奥 居里夫妇用α粒子轰击金属铍发现了中子
D．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，并预言了中子的存在
解析：选D。汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子；卢瑟福进行了α粒子散射实验并提出了著名的原子核式模型；查德威克用α粒子轰击金属铍发现了中子；卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，并预言了中子的存在；故D正确。
3．天然放射现象通常会放出三种射线，即α、β、γ射线，关于这三种射线，以下说法正确的是( )
A．云室中α射线径迹长而粗，这是因为α射线具有较强的穿透能力
B．β射线是高速质子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板
C．γ射线是能量很高的电磁波，在电场和磁场中都不偏转
D．用β射线照射带正电的验电器，则验电器的张角会变大
解析：选C。由于α粒子的电离本领大，贯穿本领小，所以α射线在云室中的径迹粗而短，故A错误；β射线是高速电子流，这种射线来源于原子核内部，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板，故B错误；γ射线是能量很高的电磁波，因其不带电，所以在电场和磁场中都不偏转，故C正确；β射线是高速电子流，用β射线照射带正电的验电器，与验电器中的正电荷中和，则验电器的张角会变小，故D错误。
4．原子核符号O中，17表示( )
A．电子数 B．质子数
C．中子数 D．核子数
解析：选D。17表示O原子的中子数与质子数之和即核子数，故D正确，A、B、C错误。
5．天然放射性元素放出的α、β、γ射线中( )
A．三种射线的速度相同
B．α射线的穿透本领最强
C．β射线的本质是高速运动的电子流
D．γ射线在真空中的速度比X射线的大
解析：选C。α射线的速度可达0.1c，β射线的速度可达0.99c，γ射线的速度为c，故A错误；三种射线中，α射线的穿透本领最弱，故B错误；β射线的本质是高速运动的电子流，故C正确；γ射线和X射线都是电磁波，它们在真空中的速度相同，故D错误。
6．α粒子可以表示为He，He中的4和2分别表示( )
A．4为核子数，2为中子数
B．4为质子数和中子数之和，2为质子数
C．4为核外电子数，2为中子数
D．4为中子数，2为质子数
解析：选B。根据X所表示的意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的核电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数。原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数。He中的2表示的是质子数或核外电子数，He中的4表示的是核子数，故B正确。
7.(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法正确的有 ( )
A．打在荧光屏上a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线
B．α射线和β射线的轨迹是抛物线
C．α射线和β射线的轨迹是圆弧
D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b
解析：选AC。由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受到的洛伦兹力方向向上，β粒子受到的洛伦兹力方向向下，轨迹都是圆弧。由于α粒子速度约是光速的，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，最终只打在b处，故A、C正确，B、D错误。
8．以下说法正确的是( )
A．Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222
B．Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4
C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数
D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数
解析：选D。A项氡核的质量数为222，质子数为86，A错误；B项铍核的质量数为9，中子数为5，B错误；质子数相同而中子数不同的原子核互称为同位素，即它们的质量数不同，C错误，D正确。
9．α、β、γ三种射线穿透能力的示意图如图所示，下列说法正确的是( )
A．甲为α射线，它的贯穿能力和电离能力都很弱
B．乙为β射线，它是由原子核外的电子电离后形成的高速电子流
C．丙为γ射线，它在真空中的传播速度是3.0×108 m/s
D．以上说法都不对
解析：选C。α射线贯穿能力很弱，电离作用很强，一张纸就能把它挡住；β射线能贯穿几毫米厚的铝板，电离作用较弱；γ射线穿透本领最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。α射线电离作用强，A错误。三种射线都来自原子核，B错误。γ射线是一种电磁波，在真空中的传播速度是3.0×108 m/s，C正确，D错误。
10．(多选)用α粒子照射充满氮气的云室，摄得如图所示的照片。下列说法正确的是( )
A.A是α粒子的径迹
B．B是α粒子的径迹
C．C是α粒子的径迹
D．C是质子的径迹
解析：选BD。入射的是α粒子，所以B是α粒子产生的径迹；质量大、电离作用强的新核O，径迹粗而短，故A是新核径迹；质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹C是质子的径迹。所以B、D正确。
11．茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对航天员构成了很大的威胁。现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)。
(1)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线？
(2)如图所示，余下的这束β和γ射线经过一个使它们分开的磁场区域，请在图上画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图。
(3)用磁场可以区分β和γ射线，但不能把α射线从γ射线束中分离出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8 000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速)
解析：(1)由于α射线穿透能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线。
(2)如图所示。
(3)由r＝和题设条件可知，α射线粒子的圆周运动半径很大，比β射线粒子的大得多，在磁场中偏转量很小，几乎不偏转，故无法与γ射线分离。
答案：(1)用一张纸放在射线前即可除去α射线
(2)见解析图
(3)α射线粒子的圆周运动半径很大，几乎在磁场中不偏转，故无法与γ射线分离第3节 核力与结合能
1．了解四种基本相互作用，知道核力的性质。 2.知道原子核的结合能和比结合能的概念。 3.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算。
一、核力与四种基本相互作用
1．万有引力：引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是__________在地球表面附近的一种表现。
2．电磁相互作用：________间的相互作用、________间的相互作用，从本质上说是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用称为____________或电磁力。它也是自然界的一种基本相互作用。宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等等，都起源于这些电荷之间的____________。
3．强相互作用：原子核中的________之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的________，这种作用称为强相互作用。它的作用范围只有约________ m，超出这个界限，该力实际上已经不存在了，它是短程力。
4．弱相互作用：在某些________现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用是引起原子核________的原因，即引起________转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强相互作用更短，只有________ m。
二、结合能
1．结合能：原子核是________凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要________，这就是原子核的结合能。
2．比结合能：原子核的结合能与__________之比，叫作比结合能，也叫作________结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越__________，原子核越__________。
三、质量亏损
1．质能方程
物体的能量与它的质量的关系：E＝________。
2．质量亏损
原子核的质量________组成它的核子的质量之和的现象。
判断下列说法是否正确。
(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡。 ( )
(2)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。( )
(3)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。 ( )
(4)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量。 ( )
(5)比结合能越大，原子核越稳定。( )
(6)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系。( )
提示：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√
[答案自填] 引力 电荷 磁体 电磁相互作用 电磁相互作用 核子 原子核 10－15 放射 β衰变 中子—质子 10－18 核子 能量 核子数 平均 牢固 稳定
mc2 小于
知识点一 对核力的理解
1．核力的性质
(1)核力是四种基本相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现。
(2)核力是短程力。约在10－15 m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时表现为引力，距离小于 0.8×10－15 m 时表现为斥力，距离超过1.5×10－15 m时核力几乎消失。
(3)核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
(4)核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。
2．原子核中质子与中子比例关系
(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。
(2)形成原因
①若质子与中子成对地放在一起，人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。
②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的原子核中子数要比质子数多。
③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核， 一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。
(多选)对于核力与四种基本相互作用，以下说法正确的是( )
A．核力是弱相互作用力，作用力很小
B．核力是强相互作用的表现，是强力
C．核力使核子紧密结合为稳定的原子核
D.核力是万有引力在短距离内的表现
[解析] 核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围约10－15m，B正确，A、D错误；核力使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，C正确。
[答案] BC
知识点二 结合能和比结合能
1．结合能就是原子核具有的能量吗？
2．原子核的结合能越大，其比结合能也越大吗？
[提示] 1.不是。结合能是要把原子核分开成核子时吸收的能量，并不是原子核具有的能量，因为拆分后的核子仍然具有能量。
2．不一定。结合能是核子结合成原子核放出的能量或原子核拆散成核子吸收的能量，而比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量或原子核拆散成核子时每个核子平均吸收的能量，结合能大的原子核，比结合能不一定大；结合能小的原子核，比结合能不一定小。
1．对结合能的理解
(1)结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。
(2)由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量。
2．比结合能曲线
不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如图所示。
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的要小。
3．比结合能与原子核稳定的关系
(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。
(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。角度1 原子核的结合能
(2024·云南普洱期末)下列关于结合能和比结合能的说法正确的是( )
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量的原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
[解析] 核子结合成原子核要放出能量，原子核拆解成核子要吸收能量，将原子核拆解成核子所吸收的能量或核子结合成原子核所放出的能量叫结合能，故A错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，中等质量的原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，故B错误；重核与中等质量的原子核相比较，重核的结合能大，而比结合能比较小，故C错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的核子数又比轻核的多，所以结合能也比轻核的大，故D正确。
[答案] D
2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。已知中国“人造太阳”中的核反应方程是H＋H―→He＋n＋17.6 MeV，H的比结合能为1.09 MeV，H的比结合能为2.78 MeV，由此可知He的比结合能为( )
A．7.03 MeV B．5.56 MeV
C．4.36 MeV D．3.87 MeV
[解析] 设He的比结合能为E1，核反应释放的能量等于生成物的结合能与反应物的结合能之差，有17.6 MeV＝ΔE＝4E1－(2×1.09 MeV＋3×2.78 MeV)，解得E1＝7.03 MeV，故A正确。
[答案] A
角度2 比结合能图像的理解
(2024·湖北模拟预测)恒星之所以长期发光是因为在恒星内部会发生一系列的核反应生成：氦(He)、碳(C)、氧(O)、氖(Ne)、镁(Mg)、硅(Si)、硫(S)、钙(Ca)、铁(Fe)等。结合图像，判断下列说法正确的是( )
A．比结合能越大，原子核越不稳定
B．碳核的比结合能比氧核的比结合能大
C．3He核子的平均质量比2H核子的平均质量小
D．氦核的结合能比碳核的结合能大
[解析] 原子核的比结合能越大，核子的平均质量越小，原子核越稳定，由题图可知，3He核子的平均质量比2H核子的平均质量小，故A错误，C正确；由题图可知，碳核的比结合能比氧核的比结合能小，故B错误；比结合能是原子核的总结合能与核子数的比值，碳核的比结合能比氦核大，核子数比氦核大，故碳核的结合能比氦核大，故D错误。
[答案] C
知识点三 质能方程和核能的计算
1．质量亏损是不是这部分质量消失了或转变为能量了呢？
2．爱因斯坦质能方程是说明质量和能量可以相互转化吗？
[提示] 1.不是。物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，并不是这部分质量消失了或转变为能量。
2．不是。爱因斯坦质能方程说明了质量和能量这两个物理量间的对应关系，说明有质量就有能量，并不是说质量转化为能量。
1．质量亏损
所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。
2．质能方程E＝mc2
(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系。
(2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。
3．核能的计算
(1)根据质量亏损计算
①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm。
②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。
其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。
(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算
根据1 u相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV。
(多选)1905年，爱因斯坦发表狭义相对论时提出了质能方程E＝mc2，质能方程的正确性已被大量的实验所证实，并为现代核能的研究和应用提供理论指导，具有深刻意义并发挥出巨大的作用。下列关于质能方程的说法正确的是( )
A．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量
B．根据质能方程可知，在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律
C．E＝mc2中的E是核反应中释放的核能
D．E＝mc2中的E为质量为m的物体所对应的能量
[解析] 根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量，故A正确；在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，故B正确；质能方程E＝mc2中的E表示质量为m的物体所对应的能量，故C错误，D正确。
[答案] ABD
(2023·高考全国乙卷，T16)2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048 J 。假设释放的能量来自物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108 m/s)( )
A．1019 kg B．1024 kg
C．1029 kg D．1034 kg
[解析] 由题意可知，伽马射线暴每分钟释放的能量量级为1048 J，则其每秒钟释放的能量量级为1046 J，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可知，每秒钟平均减少的质量量级Δm＝ kg＝ kg≈1029 kg，C正确。
[答案] C
(2024·江苏苏州期末)用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核和α粒子，并释放出核能。已知中子、氚核、α粒子、锂核的质量分别为mn、mH、mα、mLi，光速为c。
(1)请写出核反应方程并算出该反应中的质量亏损Δm。
(2)若反应前中子以Ekn的动能和锂核正碰，认为锂核质量是中子质量的6倍，且碰撞前二者具有等大、反向的动量，核反应中放出的核能全部转化为动能，求反应后生成的α粒子和氚核的总动能Ek总。
[解析] (1)根据质量数和电荷数守恒得
Li＋n→H＋He
核反应中的质量亏损Δm＝mLi＋mn－(mH＋mα)。
(2)根据质能方程ΔE＝Δmc2，
可得ΔE＝c2
由Ek＝得EkLi＝Ekn
由能量守恒得Ek总＝EkLi＋Ekn＋ΔE＝Ekn＋c2。
[答案] (1)Li＋n→H＋He mLi＋mn－(mH＋mα) (2)Ekn＋c2
1．(对核力的理解)(多选)对核力的认识，下列说法正确的是( )
A．任何核子之间均存在核力
B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用
C．核力只存在于质子之间
D．核力只发生在相距1.5×10－15 m的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力
解析：选BD。由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15 m内的核子之间存在核力，核力发生在相邻核子之间。
2．(结合能的理解)(2024·北京西城期末)原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断正确的是( )
A．He核结合能约为7 MeV
B．He核结合能比Li核结合能更大
C．两个H结合成He时释放能量
D．U中核子的平均质量比Kr中核子的平均质量小
解析：选C。由题图可知，He核的比结合能约为7 MeV，氦核的核子数为4，因此结合能约为4×7 MeV＝28 MeV，故A错误；由题图可知，Li核比结合能约为5 MeV，则Li核结合能约为6×5 MeV＝30 MeV，可知He核结合能比Li核结合能小，故B错误；两个H结合成He时，产生聚变反应，有质量亏损，由质能方程可知释放能量，故C正确；由题图可知，U中核子的比结合能比Kr中核子的比结合能小，由于平均质量越小的原子核，其比结合能越大，因此U中核子的平均质量比Kr中核子的平均质量大，故D错误。
3．(质能方程和核能的计算)已知一种核聚变的方式是两个氘核通过核反应产生一个He核和一个中子，其中氘核的质量为2.013 u，该氦核的质量为3.015 u，中子的质量为1.008 7 u，已知1 u相当于931.5 MeV的能量。
(1)写出核反应方程。
(2)求该核反应方程释放的能量E(计算结果保留4位有效数字)。
解析：(1)核反应方程为H＋H→He＋n。
(2)核反应中的质量亏损
Δm＝2mH－mHe－mn＝0.002 3 u
则释放的能量E＝0.002 3×931.5 MeV≈2.142 MeV。
答案：(1)H＋H→He＋n (2)2.142 MeV章末过关检测(五)
(时间：75分钟 分值：100分)
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。
1．下列能揭示原子具有核式结构的是( )
A．α粒子散射实验
B．天然放射现象
C．电子的发现
D．氢原子光谱是线状谱
解析：选A。α粒子散射实验的结果是：绝大多数α粒子能直线通过，少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子的偏转角超过90°，个别α粒子偏转角达到180°。所以α粒子散射实验能揭示原子具有核式结构。
2．关于γ射线，下列说法不正确的是( )
A．它是处于激发态的原子核放射的
B．它是原子内层电子受到激发时产生的
C．它是一种不带电的光子流
D．它是波长极短的电磁波
解析：选B。γ射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种不带电的光子流。
3．某种放射性元素的半衰期为4天，现在取这种元素2 kg，经过12天后，发生衰变的元素质量为( )
A．1.75 kg B．1.5 kg
C．0.5 kg D．1.0 kg
解析：选A。12天表示半衰期的个数n＝＝3，根据半衰期公式有m余＝m0·＝2× kg＝ kg，则发生衰变的元素质量m＝m0－m余＝ kg＝1.75 kg。
4．碳14是一种放射性元素，碳14衰变后变成氮14，则( )
A．碳14发生的是α衰变
B．碳14、氮14的比结合能相等
C．100个碳14原子核在经过一个半衰期后，一定还剩50个
D．当氮14数量是碳14数量的3倍时，碳14衰变所经历的时间为两个半衰期
解析：选D。碳14衰变后变成氮14，质量数没有变化，只是质子数增加了1，所以碳14发生的是β衰变，故A错误；碳14的比结合能小于氮14的比结合能，故B错误；半衰期是统计规律，对于少数原子核不适用，故C错误；根据原子核半衰期公式N＝N0，当氮14数量是碳14数量的3倍时，可得n＝2，所以碳14衰变所经历的时间为两个半衰期，故D正确。
5．2023年，中国全超导托卡马克核反应实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403 s。核技术于现代社会的应用非常广泛，人类对于核反应的研究已经覆盖到电力、医疗、军事、工业等各个领域，下列核反应方程中括号内的粒子为α粒子的是( )
A．Th→Pa＋( )
B．( )＋U→Ba＋Kr＋3n
C．( )＋N→O＋H
D．n＋( )→H＋γ
解析：选C。由于质量数与核电荷数守恒，粒子质量数为0，质子数为－1，为电子，A错误；粒子质量数为1，质子数为0，为中子，B错误；粒子质量数为4，质子数为2，为α粒子，C正确；粒子质量数为1，质子数为1，为质子，D错误。
6．我国自主三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程——福清核电5、6号机组正式通过竣工验收，设备国产化率达到90%，反映了我国建立起了更加成熟完备的核科技工业体系。根据图示的原子核的比结合能曲线，以下判断正确的是( )
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A．O核的结合能比Li核的结合能更小
B．两个H核结合成He时要释放能量
C．两个H结合成He存在能量与质量的相互转化
D．U中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量小
解析：选B。由题图可知，Li核的比结合能约为5 MeV，则Li核的结合能约为30 MeV，O核的比结合能约为8 MeV，则O核的结合能约为128 MeV，所以O核的结合能比Li核的结合能更大，故A错误；由题图可知，H的比结合能约为1 eV，则两个H的结合能约为4 eV，He的比结合能约为7 eV，则He的结合能为28 eV，可知He的结合能大于两个H的结合能，则两个H核结合成He时要释放能量，故B正确；由质能方程可知，能量与质量之间存在着一定的必然对应的关系，两者都反映物体的属性，彼此之间不存在转化关系，故C错误；由题图可知，U核的比结合能比Ba核的比结合能小，由于平均质量越小的原子核，其比结合能越大，所以U中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量大，故D错误。
7．2023年11月16日《红星新闻网》报道，进入11月，成都科创领域喜讯不断、活力澎湃，新一代“人造太阳”，中国环流三号实现115万安培放电……中国环流三号，是中国自主设计研制的可控核聚变大科学装置，它也被称为新一代“人造太阳”。下列说法正确的是( )
A．“中国环流三号”可将铀或钚聚变
B．氘和氚聚变的核反应方程式为H＋H→He
C．“氦－3”聚变不产生中子，对环境非常安全，是一种如今已被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料
D．氢的同位素H(氚)具有放射性，半衰期为12.46年，现有100个氚原子核，经过12.46年后剩下50个氚原子核
解析：选C。铀或钚是重核，一般发生裂变，而“中国环流三号”是中国自主设计研制的可控核聚变大科学装置，不可将铀或钚聚变，故A错误；氘和氚聚变的核反应方程式为H＋H→He＋n，故B错误；“氦－3”聚变不产生中子，对环境非常安全，是一种如今已被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料，故C正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适用，故D错误。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求。全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。
8．钴弹是只存在于设想中的核武器，假设在中子弹外面裹一层钴59，中子弹爆炸发出的中子打在钴59上，变成具有放射性的钴(Co)，钴(Co)衰变成镍(Ni)，同时放射出1.17～1.33 MeV的γ射线，其半衰期为5.27年。下列说法正确的是( )
A．Co属于自然界中常见的同位素
B．Ni比Co更稳定
C．Co经过β衰变，衰变成Ni
D．8个钴60经过21.08年全部衰变成镍
解析：选BC。钴在自然界中只存在一种稳定的同位素Co，故A错误；Co经过β衰变，衰变成Ni，则Ni比Co更稳定，故B、C正确；半衰期对应的是大量原子核衰变的统计规律，对于少量的原子核不成立，故D错误。
9．目前，我们学习过的核反应有4种类型：衰变、核裂变、核聚变和人工转变。下列核反应方程类型正确的是( )
A．核聚变：N＋He→O＋H
B．β衰变：Th→Pa＋e
C．核裂变：U＋n→Ba＋Kr＋3n
D．原子核的人工转变：H＋H→He＋n
解析：选BC。核反应N＋He→O＋H是实验室内用α粒子轰击氮14原子核产生的核反应，属于原子核的人工转变，故A错误；核反应Th→Pa＋e是钍234原子核的β衰变，衰变时原子核放出一个电子，同时增加一个质子，故B正确；核反应U＋n→Ba＋Kr＋3n是铀235原子核俘获慢中子后的裂变反应，故C正确；核反应H＋H→He＋n是典型的轻核聚变反应，故D错误。
10．2023年8月25日，“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核能开发进程中的重要里程碑。下列关于核反应方程H＋H→He＋X的说法，正确的是( )
A．X是中子
B．该核反应属于原子核的人工转变
C．该核反应过程电荷数和质量均守恒
D．He的比结合能大于H的比结合能
解析：选AD。核反应方程电荷数和质量数守恒，释放热量，质量亏损，所以质量不守恒，故C错误；由电荷数和质量数守恒可知核反应方程为H＋H→He＋n，所以X是中子，故A正确；该核反应属于核聚变，故B错误；原子的比结合能越大越稳定，生成物较稳定，比结合能大，故He的比结合能大于H的比结合能，故D正确。
三、非选择题：本题共6小题，共54分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
11．(4分)放射性元素Po衰变为Pb，此衰变过程的核衰变方程是________________；用此衰变过程中发出的射线轰击F，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是_____________________。
解析：根据核反应中的质量数、电荷数守恒，可以求出新生粒子为He，另一粒子为H。方程式中一定要使用箭头，不能用等号。
答案：Po→Pb＋He He＋F→Ne＋H
12．(8分)完成下列核反应方程，并说明下列核反应属于哪一类(衰变、人工转变、裂变、聚变)。
U→Th＋________，________
H＋H→________＋n，________
He＋Be→________＋n，________
U＋______→Ba＋Kr＋3n，______
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为U→Th＋He，这属于α衰变。核反应方程为H＋H→He＋n，这属于核聚变。核反应方程为He＋Be→6C＋n，这属于人工转变。核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，这属于重核裂变。
答案：He 衰变 He 聚变 6C 人工转变 n 裂变
13．(8分)一个铀核衰变为钍核时释放一个α粒子。已知铀核(U)的质量为3.853 1×10－25 kg，钍核(Th)的质量为3.786 6×10－25 kg，α粒子的质量为6.646 7×10－27 kg。
(1)写出铀核衰变为钍核时的α衰变方程。
(2)在这个衰变过程中释放的能量为多少焦耳(结果保留3位有效数字)
解析：(1)根据质量数与电荷数守恒，铀核衰变为钍核时的α衰变方程为U→Th＋He。
(2)根据质能方程有
ΔE＝Δmc2＝(3.853 1×10－25－3.786 6×10－25－6.646 7×10－27)×(3×108)2 J＝2.97×10－13 J。
答案：(1)U→Th＋He (2)2.97×10－13 J
14．(10分)铀238的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2 kg铀238。
(1)经过45亿年后还剩下多少铀238？假设发生衰变的铀238均变成了铅206，则此矿石中含有多少铅？
(2)若测出某块矿石中的铀、铅含量比为119∶309，求此矿石的年龄。
解析：(1)45亿年即4.5×109年，由m＝m0知剩余的铀238质量m＝2×kg＝1 kg，在此45亿年中将有1 kg铀238发生衰变并获得了铅206，故有m1＝(m0－m)，则m1＝ kg≈0.866 kg，即矿石中含有铅0.866 kg。
(2)设此矿石中铀238原来的质量为m0′，此矿石的年龄为t′，则现在剩余的铀238的质量m′＝m0′，那么在时间t′内发生了衰变的铀238的质量为m0′－m′＝m0′，设铅206的质量为mx，则＝，即mx＝m0′，所以现在矿石中的铀、铅含量之比＝＝，解得t＝2τ＝90亿年。
答案：(1)1 kg 0.866 kg (2)90亿年
15．(12分)“硼中子俘获疗法”是治疗肿瘤的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核(5B)吸收慢中子后变的不稳定，会转变成一个新核和一个α粒子，同时释放出γ射线。一个硼核吸收一个中子后处于静止状态，然后发生核反应，此过程中释放的核能一部分转化为新核和α粒子的动能，另一部分以γ射线的形式释放。已知新核的动能为E，γ射线的能量为E0，真空中的光速为c。
(1)写出核反应方程。
(2)求核反应过程中亏损的质量。
解析：(1)根据反应前后质子数、质量数守恒可得
B＋n→Li＋He＋γ。
(2)根据动量守恒得pα＝－p新核
动能和动量的关系为Ek＝，可得＝
反应过程中放出的能量ΔE＝Ek新＋Ekα＋E0
根据质能方程ΔE＝Δmc2
解得Δm＝＝。
答案：(1) B＋n→Li＋He＋γ (2)
16．(12分)利用钚238发生衰变释放的能量可制造电池，核电池随嫦娥三号软着陆月球，并用于嫦娥三号的着陆器和月球车上。一个静止的钚核Pu(原子质量为m1)放出一个X粒子(原子质量为m2)后，衰变成铀核U(原子质量为m3)。已知光速为c。
(1)判断X是什么粒子，并写出钚核的衰变反应方程。
(2)计算该衰变反应中释放出的核能。
(3)若释放的核能全部转化为新核和X粒子的动能，则X粒子的动能为多少？
解析：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可判断X粒子质量数为4，电荷数为2，则知X是α粒子，其核反应方程为Pu→U＋He。
(2)根据爱因斯坦质能方程可知，释放的能量
E＝c2。
(3)系统动量守恒，铀核和α粒子的动量大小相等，根据动量守恒定律得pU＝pα，根据动能与动量的关系可得Ek＝∝，设α粒子的动能为Ek1，则铀核的动能为Ek1，则有Ek1＋Ek1＝E，解得Ek1＝(m1－m2－m3)c2。
答案：(1)α粒子 Pu→U＋He
(2)c2 (3)c2INCLUDEPICTURE "基础对点练.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT
题组1 核力的理解
1．(多选)关于核力，下列说法正确的是( )
A．核力是一种特殊的万有引力
B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间没有核力作用
C.核力是原子核稳定存在的原因
D．核力是一种短程强力作用
解析：选CD。 核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围在1.5×10－15 m，原子核的半径数量级在10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故C、D正确。
2．对于原子核的组成，下列说法正确的是( )
A．核力可使一些中子组成原子核
B．核力可使非常多的质子组成原子核
C．不存在只有质子的原子核
D．质量较大的原子核内一定有中子
解析：选D。由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能维系原子核的稳定，故D正确。
题组2 结合能和比结合能
3．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
解析：选ABC。结合能是把核子分开所需的最小能量，A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确；核子数越多，结合能越大，C正确；比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，D错误。
4．下列说法正确的是( )
A．β衰变现象说明原子核外存在电子
B．Th(钍)核衰变为Pa(镤)核时，衰变前Th核质量大于衰变后Pa核与β粒子的总质量
C．α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的
D．原子核的比结合能越大，则原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)就越大，平均每个核子的质量亏损就越多，原子核越稳定
解析：选B。β衰变的实质是原子核内中子转化为质子的过程中同时释放电子，故A错误；原子核反应过程释放能量的原因是由于核反应过程产生质量亏损，故衰变前Th核质量大于衰变后Pa核与β粒子的总质量，故B正确；α粒子散射实验的结果证明原子具有核式结构，故C错误；原子核的比结合能越大，则原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)就越小，平均每个核子的质量亏损就越多，原子核越稳定，故D错误。
5．(2024·湖北阶段检测)近年来，我国在新能源汽车领域取得了巨大的突破和发展。目前，核能汽车处于试验阶段，车上主要搭载了核动力电池，利用原子核衰变释放的核能转化为电池的电能。某种核动力电池利用了Pu的衰变，衰变方程为Pu→U＋X，下列说法正确的是( )
A．X为β粒子
B．该反应的发生需要吸收能量
C．Pu的结合能大于U的结合能
D．Pu的原子核比U的原子核更加稳定
解析：选C。由衰变过程电荷数守恒和质量数守恒可知，X为α粒子，故A错误；衰变过程中有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知该过程会放出能量，故B错误；根据组成原子核的核子越多，它的结合能就越高可知，Pu的结合能大于U的结合能，故C正确；原子的比结合能越大，越稳定，故U的原子核比Pu的原子核更加稳定，故D错误。
题组3 质能方程和核能的计算
6．已知中子的质量为1.674 9×10－27 kg，质子的质量为1.672 6×10－27 kg，氘核的质量为3.343 6×10－27 kg，光速c＝3×108 m/s，以下说法正确的是( )
A．氘核的结合能约为1.1 MeV
B．氘核的比结合能约为1.1 MeV
C．氘核的比结合能约为1.76×10－11 J
D．一个质子与一个中子结合为氘核需要吸收能量
解析：选B。中子质量记为m1，质子质量记为m2，氘核质量记为m3，氘核是由1个中子和1个质子构成，一个中子和一个质子形成一个氘核的核反应过程中，反应前后的质量差Δm＝m1＋m2－m3，氘核的结合能ΔE＝Δmc2，单位换算关系1 MeV＝106×1.6×10－19J，代入数据解得ΔE≈2.19 MeV，氘核的比结合能为≈1.10 MeV＝1.76×10－13J，故A、C错误，B正确；一个中子和一个质子结合为一个氘核的反应过程中，反应前后的质量差Δm＝m1＋m2－m3＝(1.674 9＋1.672 6－3.343 6)×10－27kg＝0.003 9×10－27kg，反应过程有质量亏损，说明一个质子与一个中子结合为氘核需要放出能量，故D错误。
7．(多选)居里夫妇发现放射性元素镭226的衰变方程为Ra→Rn＋X。已知Ra的半衰期为1620年，Ra原子核的质量为226.025 4 u，衰变后产生的Rn原子核的质量为222.017 5 u，X原子核的质量为4.002 6 u，1 u相当于931 MeV的能量。对Ra的衰变，以下说法正确的是( )
A．X表示氦原子
B．6克Ra原子核经过1620年有3克发生衰变
C．1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9 MeV
D．Ra衰变后比结合能变小
解析：选BC。根据核反应方程的质量数与电荷数守恒，得A＝4，Z＝2，故X是He，表示氦核，不是氦原子，故A错误；Ra的半衰期为1620年，6克Ra原子核经过1620年有3克发生衰变，故B正确；Ra原子核的质量为226.025 4 u，衰变后产生的Rn原子核的质量为222.017 5 u，He原子核的质量为4.002 6 u，质量亏损Δm＝226.025 4 u－222.017 5 u－4.002 6 u＝0.005 3 u，因1 u相当于931 MeV的能量，则1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9 MeV，故C正确； eq \a\vs4\al(Ra) 衰变后变成 eq \a\vs4\al(Rn) ，放出能量，则其比结合能变大，故D错误。
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8．(2024·海南省直辖县级单位一模)硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术。硼核(B)进入癌细胞后，吸收中子转变成锂核和α粒子。已知质子的质量为mp，中子的质量为mn，锂核的质量为M，真空中的光速为c，则锂原子核的比结合能为( )
A．(3mp＋4mn－M)c2
B．(3mp＋4mn－M)c2
C．(M－3mp－4mn)c2
D．(M－3mp－4mn)c2
解析：选B。根据质量数和电荷数守恒，可知硼核吸收中子发生的核反应方程为B＋n→Li＋He，锂核(Li)分解成3个质子和4个中子，吸收的能量ΔE＝Δmc2＝(3mp＋4mn－M)c2，锂(Li)原子核共有7个核子，故锂原子核的比结合能为＝(3mp＋4mn－M)c2。
9．关于核反应方程Th→Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放的核能，X为新生成的粒子)，已知Th的半衰期为1.2 min，Th核的质量为m1，Pa核的质量为m2，X的质量为m3，真空中的光速为c，则( )
A．X为α粒子
B．m1＝m2＋m3
C．ΔE＝(m1－m2－m3)c2
D．10 gTh核经过3.6 min还有2.5 gTh核尚未衰变
解析：选C。根据质量数和电荷数守恒，核反应方程为Th→Pa＋e＋ΔE，故X为电子，故A错误；核反应方程放出能量，有质量亏损，则m1>m2＋m3，故B错误；根据质能方程，核反应方程放出能量ΔE＝(m1－m2－m3)c2，故C正确；经过3.6 min即3个半衰期，剩余的原子核的质量m＝m0＝10× g＝1.25 g，故D错误。
10．(2024·山东聊城期末)原子核的人工转变是通过高速粒子轰击某些元素的原子核并生成新的原子核，它是人们研究原子核组成的重要手段。用粒子加速器加速后的质子H轰击静止的锂Li原子核，可以生成两个α粒子He。已知质子质量为1.007 825 u，锂原子核的质量为7.016 004 u，α粒子的质量为4.002 603 u，1 u相当于931 MeV。
(1)写出该核反应的反应方程式。
(2)求该核反应释放的核能(结果保留3位有效数字)。
解析：(1)根据质量数和电荷数守恒，该核反应的反应方程式为H＋Li→2He。
(2)核反应释放的核能
ΔE＝Δmc2＝(1.007 825＋7.016 004－2×4.002 603)×931 MeV≈17.3 MeV。
答案：(1)H＋Li→2He (2)17.3 MeV
11．(2024·河南南阳期末)一个铀核(U)衰变为钍核(Th)时释放一个α粒子。已知铀核的质量为3.853 13 × 10－25 kg，钍核的质量为3.786 57 × 10－25 kg，α粒子的质量为6.646 72 × 10－27 kg，光在真空中的速度为3 × 108 m/s。
(1)写出这个衰变过程的衰变方程。
(2)在这个衰变过程中释放的能量等于多少焦耳(结果保留3位有效数字)
解析：(1)根据电荷数守恒和质量数守恒写出衰变方程为U→Th＋He。
(2)衰变前后亏损的质量
Δ m＝ mU－mTh－mα ＝ 0.000 092 8 × 10－25 kg
c ＝ 3.0 × 108 m/s，
释放的能量
ΔE ＝Δmc2
解得ΔE ＝ 8.35 × 10－13 J。
答案：(1)U→Th＋He (2)8.35 × 10－13 J第1节 原子核的组成
1．知道天然放射现象及其规律。 2.理解三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。 3.掌握原子核的组成，知道核子和同位素的概念。 4.掌握质量数、电荷数和核子数间的关系。
一、天然放射现象
1．1896年，法国物理学家____________发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，它能穿透黑纸使照相底片感光。
2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。
3．原子序数大于________的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于__________的元素，有的也能发出射线。
4．物质发出射线的性质称为____________，具有放射性的元素称为放射性元素。放射性元素____________发出射线的现象叫作天然放射现象。
二、射线的本质
1．α射线：α粒子流。其组成与____________相同，速度可达到光速的，其电离作用强，穿透作用较弱，在空气中只能前进几厘米，用____________就能把它挡住。
2．β射线：________，速度接近光速。它的________作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的________。
3．γ射线：一种________，波长很短的光子，波长在10－10 m以下。它的________作用更弱，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的________和几十厘米厚的混凝土。
4．实验发现，如果一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质存在，还是以化合物形式存在，都具有放射性。放射性的强弱也不受__________、__________的影响。由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，说明射线来自__________，说明原子核内部是__________的。
三、原子核的组成
1．质子的发现
________用α粒子轰击________获得了质子，用p表示。质子带________电荷，电荷量与一个电子的电荷量相等。
2．中子的发现
(1)卢瑟福猜想：原子核内可能还存在另一种粒子，它的质量与质子相同，但是不带电，他把这种粒子叫作________。
(2)查德威克通过实验证实了这个猜想。
(3)中子不带电，用n表示。中子与质子的质量非常接近，只比质子质量约大千分之一。
3．原子核的组成
原子核由________、________组成，它们统称为________。
4．原子核的电荷数(Z)
等于核内________，等于________。
5．原子核的质量数(A)
就是核内的核子数。
6．原子核的符号表示
X(其中X为元素符号，A表示核的________，Z表示核的电荷数)。
7．同位素
核中________相同而________不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。
判断下列说法是否正确。
(1)放射性元素发出的射线可以直接观察到。( )
(2)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。( )
(3)放射性元素的放射性都是自发的现象。( )
(4)α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速。( )
(5)原子核的核子数等于质子数。( )
(6)在元素周期表中处于同一位置上，而质量数不同的元素是同位素。( )
提示：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)√
[答案自填] 贝克勒尔 83 83 放射性 自发地 氦原子核 一张纸 电子流 电离
铝板 电磁波 电离 铅板 温度 外界压强 原子核 有结构 卢瑟福 氮原子核
正 中子 质子 中子 核子 质子数 原子序数 质量数 质子数 中子数
知识点一 三种射线的性质
三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图如图所示。
(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转，说明了什么？
(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径，这说明什么问题？
[提示] (1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。
(2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r＝可知，α粒子的应大于β粒子的。
1．α、β、γ三种射线的比较
种类 α射线 β射线 γ射线
组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)
粒子质量 4mp(mp＝1．67×10－27kg) 静止质量为零
电荷量 2e －e 0
续 表
种类 α射线 β射线 γ射线
速率 0.1c 0.99c c
穿透能力 最弱，用一张纸就能挡住 较强，能穿透几毫米厚的铝板 最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土
电离作用 很强 较弱 很弱
在磁场中 偏转 偏转 不偏转
2.三种射线在磁场、电场中偏转情况的比较
(1)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图甲所示。
(2)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图乙所示。
利用带电粒子在电磁场中的运动，制作出的质谱仪可测量粒子的比荷。研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示，图甲是三类射线在垂直于纸面向里的磁场中的偏转情况的示意图。图乙中两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，位于A、B中点的放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。下列说法错误的是( )
A.放射源可以打出三类射线，说明同时发生α、β、γ衰变
B．α射线穿透能力最弱，速度也最慢，打到A板的是α射线
C．a为电源正极，到达A板的为β射线，不偏转的是γ射线
D．正负极判断看射线在两板间的轨迹，比荷大的偏向A板
[解析] 从题图乙可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子的竖直位移小于到达B板的粒子的竖直位移，粒子在竖直方向做匀速直线运动，则根据平抛运动公式得竖直位移y＝v，由于两类粒子初速度v相差约10倍，但两者比荷相差几千倍，两极板间距离d和电压U相同，且比荷大的竖直位移小，故到达A极板的是β射线，A极板带正电，a为电源的正极。
[答案] B
如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率将大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是( )
A.α和β的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．纯γ放射源
[解析] 在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线，因此放射源可能是α和γ的混合放射源。
[答案] C
知识点二 原子核的组成
查德威克实验示意图如图所示，用天然放射性元素钋(Po)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B。
试探究：(1)在这个实验中粒子流A是什么粒子？
(2)粒子流B又是什么粒子？
[提示] (1)A为中子流。
(2)B为质子流。
1．原子核
2．基本关系
(1)符号：X。
(2)基本关系：原子核的电荷数(Z)＝核内的质子数＝元素的原子序数＝核外电子数。
原子核的质量数(A)＝核内的核子数＝质子数＋中子数。
3．三个概念
(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数。
(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数，简称核电荷数。
(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数。
(2024·北京西城期末)以下实验中，能说明原子核具有复杂结构的是( )
A．光电效应实验
B．原子发光产生明线光谱
C．α粒子散射实验
D．天然放射现象
[解析] 原子核的天然放射现象说明原子核有复杂的结构。
[答案] D
(2024·宁夏中卫阶段练)铀(U)的核里有N个质子、M个中子，则N和M分别是( )
A．92和146 B．92和92
C．146和146 D．238和238
[解析] 铀(U)的核里有N＝92个质子，M＝238－92＝146个中子。
[答案] A
已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。试问：
(1)镭核中有多少个质子？多少个中子？
(2)镭核所带的电荷量是多少？
(3)呈电中性的镭原子，核外有多少个电子？
[解析] (1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88；中子数N等于原子核的质量数A与质子数之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。
(2)镭核所带电荷量
Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C。
(3)呈电中性的镭原子的核外电子数等于核内质子数，故核外电子数为88。
[答案] (1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88
知识点三 同位素的特点
(多选)氢有三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)、氚(H)，下列说法正确的是( )
A．它们的质子数相等
B．若为中性原子，则它们的核外电子数相等
C．它们的核子数相等
D．它们的化学性质相同
[解析] 氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，故C错误；由中性原子状态可知质子数和核外电子数均相同，都是1，故A、B正确；它们三个是同位素，同位素化学性质相同，只是物理性质不同，故D正确。
[答案] ABD
下列表示某种元素的各同位素间的质量数(A)、质子数(Z)和中子数(N)三者关系的图像正确的是( )
[解析] 各同位素间的质子数相同，为一定值，同位素的质量数不同，中子数也不同，故B正确，C错误；同位素的质子数相同，中子数不同，质量数等于质子数加中子数，则有A＝N＋Z，且质子数不可能为零，即Z>0，中子数可能为零即N≥0，整理得N＝A－Z，A－N图像和N－A图像应该与A轴有截距，故A、D错误。
[答案] B
117号元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子。
(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？
(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？
(3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？
[解析] (1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数。故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也均为117。
(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294。
(3)元素符号一般用X 表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，中子数为176的原子核的符号为X，中子数为177的原子核的符号为X。
[答案] (1)均为117 均为117 (2)293 294
(3)X X
1．(三种射线的性质)(多选)我国自己研制的旋式γ刀性能特别好，已被各大医院应用于临床治疗。γ刀治疗脑肿瘤主要是利用( )
A．γ射线具有很强的穿透能力
B．γ射线具有很强的电离作用
C．γ射线波长很短，具有很高的能量
D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置
解析：选AC。γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，具有很高的能量和很强的穿透能力，所以它能穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞，A、C正确；因γ射线不带电，它的电离作用很弱，因波长很短，其衍射能力也很差，B、D错误。
2．(原子核的组成)原子核符号C中，12表示( )
A．电子数 B．质子数
C．中子数 D．核子数
解析：选D。在原子核的符号X中，X为元素符号，A表示质量数，Z表示电荷数(即原子序数)，质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数，因此原子核符号C中，12表示核子数。
3．(原子核的组成)若用x代表一个中性原子核外的电子数，y代表此原子核内的质子数，z代表此原子核内的中子数，则对Th的原子来说( )
A．x＝90 y＝90 z＝234
B．x＝90 y＝90 z＝144
C．x＝144 y＝144 z＝90
D．x＝234 y＝234 z＝324
解析：选B。在Th的原子中，左下角标为质子数，左上角标为质量数，则y＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，即z＝234－90＝144，B正确。
4．(同位素的特点)(多选)下列说法正确的是( )
A．X与Y互为同位素
B．X与Y互为同位素
C．X与Y中子数相同
D．U核内有92个质子，235个中子
解析：选BC。 X核与Y核的质子数不同，不互为同位素，A错误；X核与Y核的质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素，B正确；X核内中子数为n－m，Y核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同，C正确；U核内有143个中子，而不是235个中子，D错误。第2节 放射性元素的衰变
1．知道放射现象的实质是原子核的衰变；知道两种衰变的基本性质，掌握原子核的衰变规律。
2．会用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义。会利用半衰期解决相关问题。
3．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。
4．了解放射性在生产和科学领域的应用。知道射线的危害及防护。
一、原子核的衰变
1．定义：原子核自发地放出______________或______________，则核电荷数变了，变成另一种____________，这种变化称为原子核的衰变。
2．衰变分类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变。
(2)β衰变：放出β粒子的衰变。
3．衰变方程
α衰变：U→Th＋__________。
β衰变：Th→Pa＋__________。
4．衰变规律
(1)原子核衰变时________和________都守恒。
(2)γ射线经常是伴随α衰变或β衰变产生。
二、半衰期
1．定义：放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期。
2．决定因素
放射性元素衰变的快慢是由____________的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。不同的放射性元素，半衰期________。
三、核反应
1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生__________或者发生状态变化的过程。
2．原子核的人工转变
__________用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生了一个质子。
卢瑟福发现质子的核反应方程：
N＋He→O＋H。
遵循规律：________守恒，________守恒。
四、放射性同位素及其应用
1．定义：很多元素都存在一些具有________的同位素，称为放射性同位素。
2．放射性同位素的应用
(1)应用射线可以测厚度、医疗方面的____________、照射种子培育优良品种、食品保鲜等。
(2)示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于__________原子。
五、辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境中，________的射线对人体组织有破坏作用。要防止________________对空气、水源、用具等的污染。
判断下列说法是否正确。
(1)原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4。( )
(2)原子核发生β衰变时，原子核的质量不变。( )
(3)原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒。( )
(4)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。( )
(5)半衰期可以通过人工进行控制。( )
提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)×
[答案自填] α粒子 β粒子 原子核 He e 电荷数 质量数 半数 核内部自身
不同 新原子核 卢瑟福 质量数 电荷数 放射性 放射治疗 示踪 过量 放射性物质
知识点一 原子核的衰变
原子核α衰变的实质是放出一个氦原子核，β衰变的实质是放出一个电子。试探究：
(1)放射性元素能不能一次衰变同时产生α射线和β射线？
(2)γ射线又是怎样产生的？
[提示] (1)不能，一次衰变只能是α衰变或β衰变，不能同时发生α衰变和β衰变。
(2)放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。
1．衰变种类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变，如U→Th＋He。
(2)β衰变：放出β粒子的衰变，如Th→Pa＋ e。
2．衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒。
3．衰变实质
(1)α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生α衰变。2n＋2H→He。
(2)β衰变：原子核内的一个中子转化成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来。n→H＋e。
4．衰变方程通式
(1)α衰变：X→Y＋He。
(2)β衰变：X→Y＋e。
5．核反应方程的书写
(1)方法：设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为：
X→Y＋nHe＋me。
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。
以上两式联立解得n＝，m＝＋Z′－Z。
(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数守恒确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据电荷数守恒确定β衰变的次数。
角度1 原子核的衰变
(2024·陕西咸阳模拟预测)C为碳元素的多种同位素之一。在自然界里，平流层和对流层之间的过渡地带由二次宇宙射线的慢中子轰击氮原子而生成C。C具有放射性，能够发生β衰变，放出电子后的原子核中多了一个( )
A．质子 B．中子
C．电子 D．核子
[解析] 原子核发生核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应时放出一个电子，原因是原子核内的中子变成了质子。
[答案] A
(2024·江苏泰州一模)科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，其衰变方程为Al→Mg＋X，则X是( )
A．正电子 B．电子
C．质子 D．氦核
[解析] 设X的核电荷数为Z，质量数为A，根据电荷数守恒和质量数守恒可得13＝12＋Z，26＝26＋A，解得Z＝1，A＝0，可得X是正电子。
[答案] A
角度2 衰变粒子在磁场中的运动
在垂直于纸面向外的匀强磁场中，某静止的原子核发生了α或β衰变，衰变后α或β粒子和反冲核的轨迹如图所示，两图中大圆和小圆的半径之比均为45∶1，下列说法正确的是( )
A．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
B．升高温度或增大压强可以改变原子核的半衰期
C.甲图是β衰变的轨迹，乙图是α衰变的轨迹
D．甲图可能表示46号元素发生了衰变，乙图可能表示92号元素发生了衰变
[解析] 一个原子核在一次α衰变中同时放出α和γ两种射线，一个原子核在一次β衰变中同时放出β和γ两种射线，A错误；升高温度或增大压强都不能改变原子核的半衰期，B错误；根据左手定则可知，甲图是β衰变的轨迹，乙图是α衰变的轨迹，C正确；根据qvB＝m，解得r＝，根据动量守恒定律可知mv相等，所以半径r和电荷量q成反比，若甲图表示46号元素发生了衰变，大圆和小圆的半径之比为47∶1，若乙图表示92号元素发生了衰变，大圆和小圆的半径之比为90∶2＝45∶1，D错误。
[答案] C
知识点二 半衰期和放射性同位素的应用
美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳－14计年法”，并因此荣获了1960年的诺贝尔奖。利用“碳－14计年法”可以估算出始祖鸟化石形成的年代。
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟化石形成的年代？
(2)若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确？为什么？
[提示] (1)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。能够运用它来计算始祖鸟化石形成的年代是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。
(2)这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变。
1．半衰期
(1)对半衰期的理解：半衰期是描述放射性元素衰变快慢的物理量。
(2)半衰期公式：N余＝N原，m余＝m0，式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。
(3)半衰期的影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。
(4)适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核。
2．放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线
①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等。
③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。
(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。
角度1 半衰期的理解
(2024·江苏淮安期末)14C可发生β衰变，2023年6月9日考古学家利用14C衰变的测年技术，分析三星堆的遗存年代，则14C ( )
A．衰变过程中吸收能量
B．衰变产生的新核中多了一个电子
C．衰变方程为C→N＋e
D．半衰期与三星堆的环境温度有关
[解析] 碳元素14C自发地进行衰变，衰变过程放出能量，故A错误；β衰变的实质是碳原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，转化产生的电子发射到核外，14C发生β衰变产生电子，根据电荷数守恒，质量数守恒，14C的衰变方程为C→N＋e，故B错误，C正确；放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫半衰期，放射性元素的半衰期是由原子核自身因素决定的，与外界的物理和化学状态无关，故D错误。
[答案] C
(2024·江苏一模)核污染水中的放射性元素锶(Sr)会发生β衰变，半衰期为28.8年，则( )
A．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
B．海水稀释不能改变锶的半衰期
C．秋冬气温逐渐变低时，锶的衰变速度会变慢
D．经过约57.6年，核污染水中的锶(Sr)将全部衰变结束
[解析] β衰变的本质是原子核内的一个中子转变成一个质子和一个电子，故A错误；半衰期由原子核内部因素决定，与原子核所处的物理环境和化学状态无关，故B正确，C错误；半衰期是原子核发生半数衰变所需的时间，经过57.6年，即两个半衰期，剩余锶为原来的四分之一，并没有完全衰变完，故D错误。
[答案] B
碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过24天后，该药物中碘131的含量大约还有( )
A． B． C． D．
[解析] 半衰期公式为m′＝m，由题可知T＝8天，t＝24天，代入解得m′＝。
[答案] B
角度2 放射性同位素
科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素26Al，其半衰期为72万年，衰变方程为Al→Mg＋Y，则( )
A．Y是中子
B．衰变过程中质量守恒
C．地球上的放射性同位素26Al与月球上的放射性同位素26Al半衰期相等
D．银河系中现有的放射性同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg
[解析] 由电荷数和质量数守恒可知Y为正电子，故A错误；衰变过程中质量数守恒，质量不守恒，故B错误；半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，故C正确；26Al半衰期为72万年，则经过72万年有一半的26Al将发生衰变，再过72万年剩余一半的26Al的二分之一将发生衰变，即经过144万年总计四分之三的26Al将发生衰变，故D错误。
[答案] C
知识点三 原子核的人工转变和核反应方程
原子核的人工转变
条件 用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变
实质 用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变
规律 (1)质量数、电荷数守恒；(2)动量守恒(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程：N＋He―→O＋H(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：Be＋He―→C＋n(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程：Al＋He―→P＋n；P―→Si＋ eq \a\vs4\al(e)
原子核人工转变的三大发现
核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向
(2024·江苏宿迁一模)很多人都听说过“点石成金”的故事。现在科学家在实验室里，用中子轰击汞可以得到金，核反应方程是n＋Hg→Au＋X，则X是( )
A．氕核 B．氘核
C．氚核 D．氦核
[解析] 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为2，电荷数为1，为氘核。
[答案] B
(2024·江苏南通期中)放射性元素钍Th的原子核经历m次α衰变和n次β衰变后变成新的稳定的原子核X，新的原子核比钍原子核少了8个质子和16个中子，则( )
A．m＝6，n＝4 B．m＝4，n＝6
C．A＝216，Z＝74 D．A＝224，Z＝82
[解析] 新的原子核比钍原子核少了8个质子，则Z＝90－8＝82，新的原子核比钍原子核少了8个质子和16个中子，即少24个核子，所以A＝232－24＝208，故C、D错误；衰变方程为Th→X＋mHe＋ne，根据质量数守恒和电荷数守恒得232＝A＋4m，90＝Z＋2m－n，解得m＝6，n＝4，故A正确，B错误。
[答案] A
1．(原子核的衰变)(2024·黑龙江哈尔滨一模)2023年8月，日本不顾多个国家的反对，公然将含有大量放射性物质的核废水排放到太平洋中，其中有一种放射性物质是碳14，它的半衰期大约为5 730年，其衰变方程为C→N＋X，则下列说法正确的是( )
A．衰变方程中X为α粒子
B．如果有100个碳14，经过5 730年将有50个原子核发生衰变
C．碳14半衰期很长，所以短期内不会对人类造成影响
D．衰变产生的X粒子电离本领比γ光子强
解析：选D。根据质量数和电荷数守恒，衰变方程为C→N＋e，可知衰变方程中X为电子，故A错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核衰变不适用，故B错误；碳14半衰期很长，短期内会对人类造成影响，故C错误；衰变产生的X粒子电离本领比γ光子强，故D正确。
2．(衰变粒子在磁场中的运动)正电子是电子的反粒子，与电子质量相同，带等量正电荷。在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图中1、2、3所示。下列说法正确的是( )
A．磁场方向垂直于纸面向里
B．轨迹1对应的粒子运动速度越来越大
C．轨迹2对应的粒子初速度比轨迹3的大
D．轨迹3对应的粒子是正电子
解析：选A。根据题图可知，1和3粒子的转动方向一致，则1和3粒子为电子，2为正电子，电子带负电且顺时针转动，根据左手定则可知磁场方向垂直于纸面向里，A正确，D错误；粒子在云室中运行，洛伦兹力不做功，而轨迹1的半径越来越小，则粒子受到云室内填充物质的阻力作用，粒子速度越来越小，B错误；若带电粒子仅在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律可知qvB＝m，解得粒子运动的半径r＝，根据题图可知轨迹3对应的粒子运动的半径更大，速度更大，粒子运动过程中受到云室内物质的阻力的作用，此结论也成立，C错误。
3．(放射性同位素)(2024·广东深圳期末)人造心脏的放射性同位素动力源用的燃料是钚－238，利用能量转换装置将载能粒子(如α粒子、β粒子和γ射线)的能量转换为电能，钚－238的衰变方程为Pu→U＋X＋γ。钚－238的半衰期为87.7年，则下列说法正确的是( )
A.X具有很强的穿透能力
B．γ射线是由钚－238的核外电子从高能级向低能级跃迁时产生的
C．取10个钚－238，经过87.7年后还剩下5个钚－238
D．γ射线必须伴随着α或β射线产生
解析：选D。根据质量数和电荷数守恒可推知X为α粒子，其穿透能力较弱，故A错误；γ射线是由钚－238原子核由高能级向低能级跃迁时产生的，与核外电子无关，故B错误；半衰期是针对大量放射性原子核的统计规律，对少数原子核不适用，故C错误；γ射线必须伴随着α或β射线产生，故D正确。INCLUDEPICTURE "基础对点练.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../基础对点练.TIF" \* MERGEFORMAT
题组1 重核的裂变
1．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( )
A．使用浓缩铀
B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
解析：选C。控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，其有效方法是用吸收中子能力很强的镉棒插入铀燃料周围，镉棒插入的深度不同，吸收中子能力不同，从而达到控制核反应速度的目的，C正确。
2．某核电站获得核能的核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋xn。已知铀核的质量为m1，钡核的质量为m2，氪核的质量为m3，中子的质量为m4。下列说法正确的是( )
A．该核电站通过核聚变获得核能
B．铀核的质子数为143
C．在上述核反应中x＝2
D．一个铀核发生上述核反应，释放的能量为(m1－m2－m3－2m4)c2
解析：选D。该核电站通过核裂变获得核能，A错误；铀核的质子数为92，B错误；根据核反应过程满足质量数守恒可得235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3，C错误；一个铀核发生上述核反应，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m4)c2，D正确。
3．贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染。人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病。下列叙述错误的是( )
A．铀238的衰变方程式U→Th＋He
B．U和U互为同位素
C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D．贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
解析：选D。铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确；铀238和铀235质子数相同，互为同位素，B正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确；贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D错误。
4．铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变。其衰变方程为U→Th＋X，裂变方程为U＋n→Y＋Kr＋3n，其中U、n、Y、Kr 的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c。下列叙述正确的是( )
A．U衰变是α衰变，α射线可以用来测量钢板的厚度
B．U裂变时释放的能量为(m1－2m2－m3－m4)c2
C．若提高温度，则U的半衰期将会变小
D．Y原子核中含有56个中子
解析：选B。根据质量数守恒和电荷数守恒可得X为He，发生的是α衰变，α射线贯穿能力弱，不可以用来测量钢板的厚度，故A错误；由爱因斯坦质能方程得，裂变时释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，故B正确；半衰期与环境没有关系，故C错误；根据核反应前后质量数和核电荷数均守恒，可得Y原子核中含有56个质子，中子数为144－56＝88个，故D错误。
题组2 轻核聚变及核能
5．(2024·广东深圳一模)科学家设想未来较为理想的可控核聚变反应方程为H＋B→3X，下列说法正确的是( )
A．X为C
B．该方程为α衰变方程
C．该反应质量数守恒
D．大亚湾核电站采用核聚变反应发电
解析：选C。根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为4，电荷数为2，则X为He，故A错误，C正确；该方程为可控核聚变，故B错误；大亚湾核电站采用核裂变反应发电，故D错误。
6．(2024·安徽黄山一模)核污水中主要含有的放射性元素氚(H)是氢的一种同位素。氚在自然界中有少量存在，其半衰期约为12.43年，发生衰变时生成He并放出一个带电粒子，H也可以和H发生核反应，生成一个He。下列说法正确的是( )
A．H发生的衰变是α衰变
B．该反应存在质量亏损，所以质量数不守恒
C．100 g H存放50年后大约还剩6.25 g
D．H和H发生核反应可用于制造原子弹
解析：选C。H衰变时的核反应方程为H→He＋e，故H发生的衰变是β衰变，故A错误；该反应存在质量亏损，但质量数守恒，故B错误；100 g H存放50年后大约还剩m余＝m0＝100 g×≈6.25 g，故C正确；H和H发生核反应方程为H＋H→He＋n，该反应为氢核聚变反应，可用于制作氢弹，故D错误。
7．(2024·河北保定一模)宇宙中一些年轻炽热的恒星通过热核反应，源源不断地向外辐射能量，其中一种热核反应为H＋X→He＋C。已知X、He、C的比结合能分别为E1、E2、E3，真空中的光速为c，下列说法正确的是( )
A．该反应是吸热反应
B．核反应中的X为N
C．X的中子数为7
D．核反应中的质量亏损为
解析：选D。该热核反应释放大量的热，故A错误；根据电荷数和质量数守恒可知X为N，中子数为8，故B、C错误；对该热核反应，由能量守恒可得4E2＋12E3－15E1＝Δmc2，解得Δm＝，故D正确。
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8．关于核反应的知识，下列说法正确的是( )
A．Rn→Po＋X，X是α粒子
B．He＋Al→P＋n是聚变方程
C．一个静止的硒核发生衰变Se→Kr＋2e，反应前后质量守恒
D．核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n是太阳中主要进行的热核反应之一
解析：选A。由质量数和电荷数守恒知，X为He，即α粒子，故A正确；He＋Al→P＋n为人工转变方程，故B错误；由方程式可知，一个静止的硒核发生β衰变放出能量，则质量发生亏损，故C错误；U＋n→Ba＋Kr＋3n为核裂变，太阳中主要进行的热核反应为核聚变，故D错误。
9．(2024·安徽一模)核能是蕴藏在原子核内部的能量，合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺问题。在铀核裂变实验中，核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3X，U核的结合能为E1，Ba核的结合能为E2，Kr核的结合能为E3，则( )
A．该核反应过程动量不守恒
B．该核反应方程中的X为n
C．该核反应中释放的核能为(E1－E2－E3)
D．该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒
解析：选B。在铀核裂变的过程中，动量守恒，故A错误；设X为X，由核电荷数守恒可知92＋0＝56＋36＋3Z，可得Z＝0，由质量数守恒得235＋1＝144＋89＋3A，解得A＝1，所以该核反应方程中的X为n，故B正确，D错误；由能量守恒定律可知，该核反应中释放的核能ΔE＝E2＋E3－E1，故C错误。
10．(2024·宁夏石嘴山三模)全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站获取核能的基本核反应方程：U＋n→Ba＋X＋3n，其中Ba不稳定，衰变的半衰期为T，下列说法正确的是( )
A．反应产物X的中子数为50
B．上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量
C．反应产物X的比结合能比U的比结合能小
D．0.5 kg的Ba原子核，经过3T后剩余的质量是开始时的
解析：选D。根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为U＋n→Ba＋X＋3n，可知反应产物X的中子数为53，故A错误；该核反应为重核裂变反应，B错误；核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，C错误；根据半衰期公式m余＝m可知，t＝3T时＝＝，所以0.5 kg的Ba原子核，经过3T后剩余的质量是开始时的，D正确。
11．(2024·贵州贵阳阶段练)世界首个第四代核能技术的钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电，该反应堆以放射性较低的钍元素为核燃料(如图所示)。Th转变为U的过程为①Th＋n→Th，②Th→Pa＋e，③Pa→U＋e。下列说法正确的是( )
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A．反应①为原子核的聚变反应
B．反应②中的电子来自原子Th的核外电子
C．若升高温度，可使钍原子核衰变速度变快
D．U的结合能大于Th的结合能
解析：选D。反应①为人工核反应，故A错误；反应②中的电子是Pa原子核的内部中子转变为质子时产生的，故B错误；原子核的半衰期与温度无关，故C错误；组成原子核的核子越多，它的结合能就越高，因此U的结合能大于Th的结合能，故D正确。
12.U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出200 MeV的能量。现要建设发电能力是 50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料。假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多大？(元电荷的电荷量e＝1.6×10－19 C，铀235的摩尔质量为235 g/mol，阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol－1)
解析：核电站每一天的发电量E＝Pt＝50×104×103×24×3 600 J＝4.32×1013 J
据题意知，核电站一天的发电量就等于核电站在一天时间内铀235裂变所释放的总能量，故核电站每天所消耗的铀235核的个数
n＝
＝(个)＝1.35×1024(个)
故核电站每一天需要的纯铀235的质量
m＝·M＝×235×10－3 kg
≈0.527 kg。
答案：0.527 kg
13．有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子。
(1)若1 g氢完全聚变，能释放多少焦能量？
(2)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的燃烧值q＝3.36×107 J/kg，氢核质量为1.008 142 u，氦核质量为4.001 509 u，电子的质量为0.000 549 u，质量亏损为1 u时，释放的能量为 931.5 MeV，结果均保留3位有效数字)
解析：(1)核反应方程为4H→He＋2e
所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008 142 u－4.001 509 u－2×0.000 549 u＝0.029 961 u
根据质能方程有ΔE＝Δmc2＝0.029 961×931.5 MeV≈27.91 MeV≈4.47×10－12 J
1 g氢完全聚变释放的能量E＝×6.02×1023×4.47×10－12 J≈6.73×1011 J。
(2)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于煤完全燃烧的质量m＝ kg≈2.00×104 kg。
答案：(1)6.73×1011 J (2)2.00×104 kg题组1 原子核的衰变
1．(2024·广东佛山阶段练)核废水含有氚、锶－90、铯－137、碘－129等放射性元素。其中137Cs半衰期为30年，它能通过β衰变为新核X，下列说法正确的是( )
A．由核反应说明135Cs核内存在电子
B．铯Cs的β衰变方程为Cs→X＋e
C.新核X与铯Cs的核子数、中子数相等
D．经过30年，20个铯核中还有10个铯核未发生衰变
解析：选B。β衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子时放出的，不能说明135Cs核内存在电子，故A错误；根据电荷数和质量数守恒，铯Cs的β衰变方程为Cs→X＋e，故B正确；新核X与铯Cs的核子数相同，新核X的中子数比铯Cs的中子数少1个，故C错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核衰变不适用，故D错误。
2．(2024·广东揭阳期末)香烟中含有放射性元素钋(Po)，吸烟危害人体健康。钋能发生α衰变和γ辐射，其衰变方程为Po→Pb＋He＋γ。下列说法正确的是( )
A．α射线的穿透能力比γ射线强
B．α射线的速度比γ射线大
C．Pb中Z＝82
D．Pb核的中子数为206
解析：选C。α射线为He粒子流，它的穿透能力比γ射线弱，故A错误；α射线的速度比γ射线小，故B错误；根据电荷数守恒，有Z＝84－2＝82，故C正确；根据质量数守恒有A＝210－4＝206，Pb核的中子数为124，故D错误。
题组2 衰变粒子在磁场中的运动
3．静止在匀强磁场中的碳14原子核发生衰变，放射出的粒子与反冲核的运动轨迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为7∶1，如图所示，那么碳14的衰变方程为( )
A．C→e＋B B．C→He＋Be
C．C→H＋B D．C→e＋N
解析：选D。原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相反，则知粒子带负电，所以该衰变是β衰变，此粒子是β粒子，符号为e；可得两带电粒子动量大小相等，方向相反，据动量守恒定律可得m1v1＝m2v2，带电粒子在匀强磁场中做圆周运动，满足qvB＝m，可得半径r＝，r与q成反比，由题意可得，大圆与小圆的半径之比为7∶1，则得粒子与反冲核的电荷量之比为1∶7，所以反冲核的电荷量为7e，电荷数是7，其符号为N，所以碳14的衰变方程为C→e＋N，故A、B、C错误，D正确。
4.如图所示，静止的氡原子核(Rn)在垂直于纸面的匀强磁场中，由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核，新核和粒子的运动径迹是两个在纸面内的外切圆。已知大圆与小圆直径之比是85∶1，则( )
A．该核反应方程是Rn→Fr＋e
B．该核反应方程是Rn→At＋e
C．该核反应方程是Rn→Po＋He
D．大圆轨迹是新核的，磁场方向垂直于纸面向里
解析：选B。设新核和粒子的质量分别为m1、m2，速度大小分别为v1、v2，电荷量分别为q1、q2。新核做圆周运动过程中洛伦兹力提供向心力，有q1v1B＝ eq \f(m1v,r1) ，则新核做圆周运动的半径r1＝，同理可得，粒子做圆周运动的半径r2＝，静止的氡原子核由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核的过程动量守恒，则有m1v1＝m2v2，联立可得＝＝。由上述分析可知，轨迹半径与电荷量成反比，故小圆轨迹是新核的，大圆轨迹是粒子的，新核与粒子受力方向相反，速度方向也相反，由左手定则可知，新核与粒子电性相同，故二者均带正电，且电荷量之比为85∶1，磁场方向垂直于纸面向里，故A、C、D错误，B正确。
题组3 半衰期
5．(2024·广东梅州期末)1898 年12 月居里夫妇发现了放射性比铀强百万倍的镭226，镭226 的半衰期为1 620年，镭226 衰变为氡222的方程为 Ra→Rn＋X。下列说法正确的是( )
A．该衰变为α衰变
B．该衰变为β衰变
C.增加环境温度可以使镭226 的半衰期变为810年
D．经过3 240年，100 个镭226 中将有75 个镭226 发生衰变
解析：选A。根据电荷数和质量数守恒，可知X为He，为α衰变，故A正确，B错误；半衰期只跟原子核内部结构有关，增加环境温度不能使镭226 的半衰期变为810年，故C错误；半衰期是大量统计得到的数值，对少量原子核不适用，所以经过3 240年，100 个镭226 中不一定将有75 个镭226 发生衰变，故D错误。
6．(2024·辽宁锦州期末)“嫦娥三号”中有一块“核电池”，在月夜期间提供电能的同时还能提供一定能量用于舱内温度控制。 “核电池”利用了Pu的衰变，Pu在放出一个α粒子(He)后衰变成一个新的原子核，下列说法正确的是( )
A．新核的质子数比Pu的质子数少2个
B．新核的中子数比Pu的中子数少4个
C．若Pu的温度降低，其半衰期会减小
D．Pu在月球上的衰变速度比在地球上的衰变速度慢
解析：选A。根据核反应过程的质量数守恒与电荷数守恒，α粒子的质量数为4，电荷数为2，则新核的电荷数为94－2＝92，质量数为238－4＝234，则新核的中子数为234－92＝142，而Pu的中子数为238－94＝144，故新核的质子数比Pu的质子数少2个，新核的中子数比Pu的中子数少2个，故A正确，B错误；半衰期与原子所处的环境、温度、压强等均无关系，所以半衰期在地球和月球上都一样，衰变速度一样，故C、D错误。
题组4 放射性同位素
7．(2024·广东汕头一模)派特CT(PET－CT)是医学影像仪器。其中PET原理是将放射性同位素注入人体，同位素发生β＋衰变：X→Y＋e，衰变放出正电子e和人体内的负电子相遇湮灭成一对光子，光子被探测器探测后经计算机处理，并与CT(X射线成像)进行图像融合，形成清晰的图像。下列说法正确的是( )
A．放射性同位素在衰变过程质量数守恒
B．放射性同位素在衰变过程质子数守恒
C．正负电子在湮灭过程电荷数不守恒
D．应选取半衰期较长的放射性同位素
解析：选A。放射性同位素在衰变过程中满足质量数守恒，核电荷数守恒，A正确，B错误；正负电子相遇而湮灭，电荷数守恒，C错误；应选取半衰期较短的放射性同位素，D错误。
8．(2024·江苏连云港一模)2023年6月，正式试运行的甘肃武威的钍基熔盐反应堆是我国自主研发的第四代先进核能系统，也是全球首个商业试运行的第四代核反应堆。反应堆中利用钍－铀循环产能，Th(钍核)吸收一个中子后转化为钍233，经过两次β衰变后生成易裂变的铀233。下列选项不正确的是( )
A．Th＋n→Th
B．Th→U＋2e
C．钍233与钍232是同位素
D．钍233与铀233是同位素
解析：选D。根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，(钍核)吸收一个中子后转化为钍233方程式为Th＋n→Th，经过两次β衰变后生成易裂变的铀233，方程式为Th→U＋2e，故A、B正确；钍233与钍232电荷数一样，中子数不相同，是同位素，故C正确；钍233与铀233是两种不同的元素，不是同位素，故D错误。
题组5 原子核的人工转变和核反应方程
9．宇宙射线进入地球大气层时同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮核7N引发核反应，产生碳核6C和原子核X，则X为( )
A．H B．H
C．He D．He
解析：选A。根据题意以及电荷数守恒、质量数守恒，得该核反应方程为n＋7N―→6C＋H，所以原子核X为H，故A正确，B、C、D错误。
10．(2024·山东日照阶段检测)在医学研究中把Sr－87m引入患者体内，待骨骼吸收后，用辐射检测器可测定其在患者骨骼中所处的位置，并确定患者体内出现的异常情况。Sr－87m的半衰期为2.8 h，对于质量为m0的Sr－87m，经过时间t后剩余的质量为m，其－t图线如图所示。从图中提供的信息，可知Sr－87m的半衰期可表示为( )
A．t1－0 B．t3－t1
C．t2－t1 D．t3－t2
解析：选B。由题图可知从＝0.8到＝0.4恰好衰变了一半，根据半衰期的定义，可知半衰期τ＝t3－t1。
11．(2024·山东聊城一模)1947年，美国芝加哥大学教授威拉得·利比首次利用放射性元素C的衰变程度，准确测定了曾经有过生命的有机体的年代。威拉得·利比对于考古学、海洋学和地球科学做出了巨大的贡献，因此获得1960年诺贝尔奖。C能自发释放β射线，衰变方程为C→X＋β，其半衰期约为5 730年。下列说法正确的是( )
A．新核X比C少一个中子
B．当X数量是C数量的3倍时，C衰变所经历时间约为17 190年
C．随着文物的出土，文物所在环境温度升高，会导致β衰变加快，检测不准
D．衰变产生的β粒子来自C的核外电子
解析：选A。根据质量数和电荷数守恒可知，新核X的质量数为14，电荷数为7，则中子数为7，比C少一个中子，故A正确；根据半衰期公式N＝N0，又＝，解得t＝11 460年，故B错误；半衰期与外界因素无关，故C错误；β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，故D错误。
12．(2024·江苏扬州期末)镅射线源是火灾自动报警器的主要部件，镅Am的半衰期为432年，衰变方程为Am→Np＋X，则( )
A．发生的是α衰变
B．温度升高，镅Am的半衰期变小
C．衰变产生的射线能穿透几毫米厚的铝板
D．100个镅Am经432年将有50个发生衰变
解析：选A。由衰变过程中质量数和电荷数守恒可知，X的电荷数为2，质量数为4，发生的是α衰变，α射线具有很强的电离性，不能穿透几毫米厚的铝板，故A正确，C错误；放射性元素的半衰期不随温度、状态及化学变化而变化，是由原子核内部本身决定的，故B错误；衰变具有统计性，对个别原子不适用，故D错误。
13．(2024·湖北荆门期末)天然放射性元素Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成Pb(铅)。下列判断正确的是( )
A．衰变过程共有6次α衰变和2次β衰变
B．铅核比钍核少8个质子
C．β衰变所放出的电子来自原子核外
D．钍核比铅核多24个中子
解析：选B。α衰变的次数n1＝＝6，β衰变的次数n2＝82＋2×6－90＝4，故A错误；铅核、钍核的质子数差n3＝90－82＝8，可知铅核比钍核少8个质子，故B正确；β衰变所放出的电子来自原子核内，故C错误；钍核、铅核的中子数差n4＝(232－90)－(208－82)＝16，可知钍核比铅核多16个中子，故D错误。
14．现代已知碳的同位素共有十五种，有碳8至碳22，其中碳12和碳13属于稳定型，碳14是宇宙射线透过空气时撞击氮原子核产生的，碳14是一种放射性的元素，衰变为氮14。图中包含碳14衰变相关信息，结合这些信息可以判定下列说法正确的是( )
A．碳14转变为氮14，衰变方式为β衰变
B．100个碳14原子核在经过一个半衰期后，一定还剩50个
C．若氮14生成碳14的核反应方程为N＋X→C＋H，则X为质子
D．当氮14数量是碳14数量的7倍时，碳14衰变所经历时间为22 920年
解析：选A。由核反应方程C→N＋e，可知碳14转变为氮14是β衰变，A正确；半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，即对个别或极少数原子核无半衰期可言，B错误；由核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可知，X为中子n，C错误；当氮14数量是碳14数量的7倍时，碳14数量占总原子核数量的，经过3个半衰期即17 190年，D错误。第4节 核裂变与核聚变
第5节 “基本”粒子
1．知道重核的裂变反应和链式反应的发生条件。 2.了解核反应堆的类型，知道核电站的工作模式。 3.知道核聚变反应，关注受控核聚变反应研究的进展。 4.会分析和计算核裂变和核聚变过程释放的核能。 5.初步了解粒子物理学的基础知识。
一、核裂变的发现
1．核裂变：重核被________轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程。
2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋__________。
3．链式反应
(1)由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的________。
(2)通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的________，相应的质量叫作________。
二、反应堆与核电站
1．核反应堆：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为________。
2．慢化剂：反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有________、________和________。
3．控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，镉吸收________的能力很强，当反应过于激烈时，可将其插入________一些，多吸收一些________，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作________。
4．核污染的处理
为避免________对人体的伤害和____________对水源、空气和工作场所造成放射性污染，因此在反应堆的外面需要修建很厚的________，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的__________，需要装入特制的容器，__________。
三、核聚变
1．定义：两个轻核结合成________的核，这样的核反应叫作核聚变。
2．举例：H＋H→____________＋n＋17.6 MeV。
3．条件
(1)轻核的距离要达到________以内。
(2)需要加热到很高的________，因此核聚变又叫________。
4．优点
(1)轻核聚变____________。
(2)地球上____________储量丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要。
(3)轻核聚变更为安全、清洁。
5．约束方法：________和惯性约束。
四、发现新粒子
1．新粒子：1932年发现了________，1937年发现了________，1947年发现了__________和________。后来还发现了超子等。
2．反粒子：实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子__________，而电荷等其他性质__________，这些粒子叫作反粒子。例如，电子的反粒子就是__________。
五、粒子的分类
1．强子：强子是________强相互作用的粒子。__________和__________都是强子。
2．轻子：轻子________强相互作用。最早发现的轻子是________。
3．规范玻色子：规范玻色子是________各种相互作用的粒子。光子传递________相互作用，中间玻色子传递________相互作用，胶子传递________相互作用。
4．希格斯玻色子：希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。
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判断下列说法是否正确。
(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。( )
(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。( )
(3)控制棒是通过吸收中子的多少来控制链式反应速度的。( )
(4)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些。( )
(5)质子、中子和电子都是不可再分的基本粒子。( )
(6)质子和反质子的电荷量相同，电性相反。 ( )
提示：(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√
[答案自填] 中子 3n 链式反应 临界体积 临界质量 核反应堆 石墨 重水
普通水 中子 深 中子 控制棒 射线 放射性物质 水泥层 放射性 深埋地下
质量较大 He 10－15m 温度 热核反应 产能效率高 核聚变燃料氘 磁约束
正电子 μ子 K介子 π介子 相同 相反 正电子 参与 质子 中子 不参与
电子 传递 电磁 弱 强
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知识点一 重核的裂变
图为重核裂变的链式反应。
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试探究：(1)什么是链式反应？
(2)链式反应中的临界体积和临界质量分别指什么？
[提示] (1)由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程叫作核裂变的链式反应。
(2)核裂变物质能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫临界质量。
1．铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
(3)常见的裂变方程：
①U＋n→Xe＋Sr＋2n。
②U＋n→Ba＋Kr＋3n。
2．链式反应的条件
(1)铀块的体积大于临界体积。
(2)铀块的质量大于临界质量。
以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足。
3．裂变反应的能量
铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。
角度1 重核的裂变
INCLUDEPICTURE "例1.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../例1.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例1.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例1.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例1.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例1.TIF" \* MERGEFORMAT (2023·高考北京卷，T3)下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是( )
A．U＋n→Ba＋Kr＋( )
B．U→Th＋( )
C．N＋He→O＋( )
D．C→N＋( )
[解析] 根据质量数守恒和电荷数守恒知，U＋n→Ba＋Kr＋(3n)，故A符合题意；U→Th＋(He)，故B不符合题意；N＋He→O＋(H)，故C不符合题意；C→N＋(e)，故D不符合题意。
[答案] A
角度2 重核裂变中的能量计算
INCLUDEPICTURE "例2.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../例2.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例2.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例2.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例2.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例2.TIF" \* MERGEFORMAT (2024·广东广州一模)我国自主研发的“华龙一号”反应堆技术利用铀235发生核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋kn。光速取3.0×108 m/s，若核反应的质量亏损为1 g，释放的核能为ΔE，则k和ΔE的值分别为( )
A．2，9.0×1016 J B．3，9.0×1013 J
C．2，4.5×1016 J D．3，4.5×1013 J
[解析] 根据核反应前后质量数守恒有235＋1＝141＋92＋k，解得k＝3，根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1 g，释放的能量E＝Δmc2＝1×10－3×9.0×1016 J＝9×1013 J，故A、C、D错误，B正确。
[答案] B
知识点二 核电站的工作原理
慢中子反应堆的示意图如图所示。
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试探究：(1)铀235是容易吸收快中子还是慢中子后发生裂变反应？
(2)如何控制核裂变反应的激烈程度？
[提示] (1)慢中子。
(2)控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，反之，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些。
1．反应堆工作原理
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源。铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变。慢化剂附在铀棒周围。
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。
发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。
2．核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少。
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。
(3)对环境的污染要比火力发电小。
INCLUDEPICTURE "例3.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../例3.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例3.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例3.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例3.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例3.TIF" \* MERGEFORMAT (2024·江西开学考试)我国玲龙一号(ACP100)是全球首个陆上商用模块化小型核反应堆，被称为“核能移动充电宝”，可以作为我国将来的核动力航母的动力和电能来源。下列说法正确的是( )
A．玲龙一号核反应堆的核燃料取自海水中的氘
B.玲龙一号原理利用轻核的聚变释放核能
C．玲龙一号利用重核裂变释放的核能来发电
D．玲龙一号利用比结合能大的核变成比结合能小的核来获得核能
[解析] 玲龙一号利用重核的裂变释放的核能来发电，用中子轰击铀核裂变成中等质量的核，同时放出几个中子，故A、B错误，C正确；中等质量的核比结合能最大，则玲龙一号是利用比结合能小的核变成比结合能大的核来获得核能的，故D错误。
[答案] C
INCLUDEPICTURE "例4.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../例4.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例4.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例4.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例4.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例4.TIF" \* MERGEFORMAT (2024·江西九江阶段练)近年来我国第四代反应堆钍基熔盐堆能源系统(TMSR)研究已获重要突破，该反应堆以放射性元素钍为核燃料。钍(Th)俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成放射性元素铀(U)，铀(U)的一种典型裂变产物是钡(Ba)和氪(Kr)，同时释放巨大能量。下列方程正确的是( )
A．U→Th＋He
B．Th→Ra＋He
C．Th＋n→U＋3e
D．U＋n→Ba＋Kr＋2n
[解析] 铀(U)会自发衰变为钍(Th)，且方程中电荷数守恒，质量数守恒，故A正确；钍(Th)会自发衰变为镭(Ra)，方程中电荷数守恒，质量数不守恒，故B错误；钍(Th)俘获一个中子后经过两次β衰变转化成铀(U)，方程中电荷数不守恒，质量数守恒，故C错误；中子轰击铀(U)，释放三个中子，方程中电荷数守恒，质量数不守恒，故D错误。
[答案] A
知识点三 核聚变及核能的计算
1．核聚变发生的条件
要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，这要克服电荷间强大的库仑斥力，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。
2．轻核聚变是放能反应
从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
3．核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。
4．核聚变的应用
(1)核武器——氢弹，它首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
(2)可控人工核聚变：目前处于探索阶段。
5．重核裂变与轻核聚变的区别
比较项目 重核裂变 轻核聚变
放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍
核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
续 表
比较项目 重核裂变 轻核聚变
原料的蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要
可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，人工产生的热核反应主要用在核武器上，人们还不能控制它
INCLUDEPICTURE "例5.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../例5.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例5.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例5.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例5.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例5.TIF" \* MERGEFORMAT (2024·山东德州期末)2023年12月14日，我国宣布新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放﹐邀请全世界科学家来中国集智攻关，共同追逐“人造太阳”能源梦想。“人造太阳”物理本质就是核聚变，其发生核聚变的原理和太阳发光发热的原理很相似﹐核反应方程为H＋H→He＋X＋17.6 MeV。下列说法正确的是( )
A．X是质子
B．该反应为链式反应
C．He的比结合能比H的大
D．He的结合能为17.6 MeV
[解析] 根据质量数与电荷数守恒有2＋3－4＝1，1＋1－2＝0，可知X是中子，故A错误；重核裂变是链式反应，该反应是轻核聚变，不是链式反应，故B错误；该核反应释放核能，表明生成核比反应核更加稳定，即He的比结合能比H的大，故C正确；结合能指单个自由发散的核子合成原子核释放的能量，而17.6 MeV是H与H发生聚变反应释放的核能，可知，He的结合能大于17.6 MeV，故D错误。
[答案] C
INCLUDEPICTURE "例6.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../例6.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例6.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/例6.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例6.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../例6.TIF" \* MERGEFORMAT (2024·1月浙江选考，T7)已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol－1，氘核摩尔质量为2 g·mol－1，1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是( )
A.核反应方程式为H＋H→He＋n
B．氘核的比结合能比氦核的大
C．氘核与氚核的间距达到10－10 m就能发生核聚变
D．4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
[解析] 核反应方程式为H＋H→He＋n，故A错误；氘核的比结合能比氦核的小，故B错误；氘核与氚核发生核聚变，要使它们间的距离达到10－15m以内，故C错误；一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损Δm＝(2.014 1＋3.016 1－4.002 6－1.008 7)u＝0.018 9 u，聚变反应释放的能量ΔE＝Δm·931.5 MeV≈17.6 MeV，4 g氘完全参与聚变释放出能量E＝×6×1023×ΔE≈2.11×1025 MeV，数量级为1025 MeV，故D正确。
[答案] D
1．(重核的裂变)一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U＋n→X＋Sr＋2n，则下列叙述正确的是( )
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有141个核子
C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2可知，裂变后的总质量数增加
D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
解析：选A。X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；中子数为(235－92)＋1－(94－38)－2＝86个，A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误。
2．(核电站的工作原理)目前核电站利用的是( )
A．氘为核燃料的裂变反应
B．铀为核燃料的裂变反应
C．氘为核燃料的聚变反应
D．铀为核燃料的聚变反应
解析：选B。目前核电站利用的能量来自铀为核燃料的裂变反应，以氘为核燃料的聚变反应目前尚不能有效控制进行发电。
3．(核聚变及核能)(2024·安徽安庆二模)太阳内部每天都进行着大量的核聚变反应，其中一种核聚变反应为两个氘核对心碰撞发生的核聚变：H＋H→He＋n。已知一个氘核(H)的质量为m1，一个氦核(He)的质量为m2，一个中子(n)的质量为m3，下列说法正确的是( )
A．氦核(He)和中子(n)的质量数之和小于两个氘核(H)的质量数之和
B．该核反应吸收的能量E＝(m1－m2－m3)c2
C.核反应前后系统总动量减小
D．该核反应释放的能量E＝(2m1－m2－m3)c2
解析：选D。核聚变满足质量数守恒，则氦核(He)和中子(n)的质量数之和等于两个氘核(H)的质量数之和，故A错误；核聚变反应释放能量，反应前后有质量亏损，由爱因斯坦的质能方程可知E＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c2，故B错误，D正确；核聚变反应为内力作用，系统的动量守恒，则核反应前后系统总动量不变，故C错误。
4．(核裂变与核聚变)(2024·山东威海期末)关于核反应方程：①U→Th＋He；②Th→Pa＋e；③U＋n→Kr＋Ba＋3n；④H＋H→He＋n。下列说法正确的是( )
A．①是衰变，1 g U经过两个半衰期全部衰变
B．②是核裂变，β射线的电离本领比α射线强
C．③是人工转变，Ba的比结合能比U大
D．④是热核反应，该反应需要很高的温度并放出热量
解析：选D。①中生成核中有α粒子，属于α衰变，根据半衰期的规律，1 g U经过两个半衰期有 g发生了衰变，还剩余 g没有发生衰变，故A错误；②中生成核中有β粒子，属于β衰变，β射线的电离本领比α射线弱，故B错误；③是核裂变，由于裂变释放能量，说明生成核比反应核更加稳定，可知Ba的比结合能比U大，故C错误；④是核聚变，是热核反应，该反应需要很高的温度并放出热量，故D正确。章末知识网络建构
INCLUDEPICTURE "../../../MV38.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/MV38.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../../../../Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/MV38.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../MV38.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../../../MV38.TIF" \* MERGEFORMAT
