（一）本章知识网络
（二）本章核心素养解析
一、科学思维——三种放射性射线
1．三种放射性射线
三种射线是指α射线、β射线和γ射线，三种射线的实质和特性如下表所示．
粒子
特性
α射线
He(正电)
穿透本领小(空气中射程只有几厘米)，电离本领强，速度为
β射线
e(负电)
穿透本领大(能穿透几毫米厚的铝板)，电离作用较弱，速度为
γ射线
高能光子
(中性)
穿透本领很大(能穿透几厘米厚的铅板)，电离作用很小
2.半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．
计算公式：N＝N0或m＝m0，
其中n＝，τ为半衰期．
【例1】如图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是 ( )
A．a、b为β粒子的径迹
B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹
D．c、d为β粒子的径迹
【答案】D
二、物理观念——核反应及其规律
1．核反应
原子核的变化叫做核反应。
2．规律
在各种核反应中，存在着一些“守恒量”，这些“守恒量”为我们提供了解决核反应中电荷、质量、能量、动量变化问题的方法和依据。概括为：
(1)五个守恒
①质量数守恒；
②质子数(电荷数)守恒；
③质量守恒(“亏损质量”与释放的“核能”相当)；
④能量守恒；
⑤动量守恒。
(2)两个方程
①质能方程：E＝mc2，m指物体的质量；
②核能：ΔE＝Δmc2。
3．原子核衰变规律
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
X―→Y＋He
X―→Y＋1e
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一个整体射出
中子转化为质子和电子
2H＋2n―→He
n―→H＋e
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒
4.核反应的四种类型
类型
可控性
核反应方程典例
衰
变
α衰变
自发
U→Th＋He
β衰变
自发
Th→Pa＋e
人工转变
人工控制
N＋He→O＋H
(卢瑟福发现质子)
He＋Be→C＋n
(查德威克发现中子)
Al＋He→P＋n
(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)
P→Si＋e
重核裂变
比较容易进行人工控制
U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变
除氢弹外
无法控制
H＋H→He＋n
【例2】一个放出β粒子，运动方向均与磁场垂直，它们在磁场中的运动径迹及两个反冲核的径迹如图所示，则可以判定径迹________为α粒子，径迹________为β粒子。
【答案】1 3
【解析】在衰变过程中，α粒子和β粒子与剩余核组成的系统动量守恒，即放射出的粒子与反冲核动量大小相等，方向相反，由r＝mv/Bq可知，r与q成反比，由此可知两图中小圆径迹为反冲核的径迹，又根据左手定则可以判知，左侧外切圆是α衰变，右侧内切圆是β衰变，故本题应依次填1和3。
【例3】 (2016·全国卷Ⅲ，35)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si。下列说法正确的是________。
A．核反应方程为p＋Al→Si
B．核反应方程过程中系统动量守恒
C．核反应过程中系统能量不守恒
D．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
E．硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度的方向一致
【答案】ABE
【例4】 (1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有 ( )
A．U→Th＋He 是α衰变
B．N＋He→O＋H 是β衰变
C．H＋H→He＋n 是轻核聚变
D．Se→Kr＋2e 是重核裂变
(2)现有四个核反应：
A．H＋H―→He＋n
B．U＋n―→X＋Kr＋3n
C．Na―→Mg＋e
D．He＋Be―→C＋n
①__________是发现中子的核反应方程，__________是研究原子弹的基本核反应方程，__________是研究氢弹的基本核反应方程。
②求B中X的质量数和中子数。
【答案】(1)AC (2)①D，B，A ②144,88
【解析】(1)衰变是原子核自发地放出α或β粒子的核反应，衰变方程的特点是箭头的左边只有一个原子核，箭头的右边出现α或β粒子；聚变反应的特点是箭头的左边是两个轻核，箭头的右边是较大质量的原子核；裂变方程的特点是箭头的左边是重核与中子反应，箭头右边是中等质量的原子核。综上所述中，A、C正确。
(2)①人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核。箭头的右边也是常见元素的原子核。D是查德威克发现中子的核反应方程，B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程。A是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程。
②由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为144－56＝88。
三、科学解释——核反应方程及核能计算
1．核反应方程的书写方法
(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。
如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。
(2)掌握核反应方程遵守的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，所以要理解并应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律。
(3)熟悉核反应的四种基本类型，可以帮助我们理清思路，很快写出正确的核反应方程。
2．核能计算的几种方法
(1)根据ΔE＝Δmc2计算，Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。
(2)根据ΔE＝Δm×931.5MeV计算，因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。
(3)根据平均结合能来计算核能：
原子核的结合能＝平均结合能×核子数。
(4)如果在核反应中无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能。在这种情况下计算核能的主要依据是：
①核反应过程中只有内力作用，故动量守恒。
②反应前后总能量守恒。
常见的反应类型的能量计算：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能。
【例5】在核电站泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是______和______(填入正确选项前的字母).131I和137Cs原子核中的中子数分别是______和______．
A．X1→Ba＋n B．X2→Xe＋e
C．X3→Ba＋e D．X4→Xe＋p
【答案】 B C 78 82
【例6】如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B＝0.05T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在磁场中A处放一个放射源，内装Ra，Ra放出某种射线后衰变成Rn。
(1)写出上述衰变方程。
(2)若A处距磁场边界MN的距离OA＝1.0m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0m。求一个静止Ra核衰变过程中释放的核能有多少？(取1u＝1.6×10－27kg，e＝1.6×10－19C，结果保留三位有效数字)
【答案】(1)Ra→Rn＋He (2)2.04×10－14J
第Ⅰ部分 选择题
一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。
1.威耳逊云室能够观察到射线径迹，是利用( )
A.射线在云室里的穿透本领
B.射线在云室里的化学效应
C.射线在云室里的热效应
D.射线在云室里的电离作用
【答案】D
2.图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是( )
A．a为α射线、b为β射线
B．a为β射线、b为γ射线
C．b为γ射线、c为α射线
D．b为α射线、c为γ射线
【答案】BC
【解析】由题图可知电场线方向向右，α射线带正电所受电场力方向与电场线方向一致，故α射线向右偏转，即c为α射线；β射线带负电所受电场力方向与电场线方向相反，故β射线向左偏转，即a为β射线；γ射线不带电，不发生偏转，即b为γ射线．故选项B、C正确．
3．现在，科学家们正在设法寻找“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，据此，反α粒子为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】由题中所述“反物质”的概念知，反α粒子就是质量数与α粒子相同，即为4，所带电荷为负电荷，电荷数与α粒子相同，即为2，所以正确答案为D.
4．若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对的原子来说( )
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
【答案】B
【解析】在中，左下标为质子数，左上标为质量数，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，z＝234－90＝144，所以B选项对。
5．14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量．下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是( )
【答案】C
6．国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示。科学家发现在月球上含有丰富的 (氦3)。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为＋→2＋。关于聚变下列表述正确的是( )
A．聚变反应不会释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应会有质量亏损
D．目前核电站都采用聚变反应发电
【答案】BC
【解析】聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。但目前核电站都采用铀核的裂变反应。综上所述，选项BC正确。
7．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病．根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是( )
A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个原子核了
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强
D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4
【答案】B
8．2011年3月由9.0级地震引发的海啸摧毁了日本福岛第一核电站的冷却系统，导致大量泄露在大气中，是一种放射性物质，会发生β衰变而变成Xe元素。下列说法中正确的是( )
A．福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电
B.发生β衰变的方程式为→＋
C.原子核内有53个质子，78个中子
D．如果将碘131的温度降低到0度以下，可以延缓其衰变速度
【答案】BC
【解析】核电站是利用核裂变来发电，A错；根据原子核的结构和方程式书写规则可判BC正确；衰变与物质所处的物理、化学状态无关，D错。
第Ⅱ部分 非选择题
二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答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。
9.完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的．
(1)＋―→＋( )
(2)＋( )―→＋
(3)＋( )―→＋
(4)＋―→＋( )
(5)＋( )―→＋
(6)＋―→＋( )；―→＋( )
【答案】(1) (2) (3) (4) (5) (6)，
10．一个静止的镭核发生衰变放出一个粒子变为氡核.已知镭核226质量为226.025 4 u，氡核222质量为222.016 3 u，放出粒子的质量为4.002 6 u,1 u相当于931.5 MeV的能量．
(1)写出核反应方程；
(2)求镭核衰变放出的能量；
(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能．
【答案】(1)→＋ (2)6.05 MeV (3)5.94 MeV
【解析】(1)核反应方程为→＋
(2)镭核衰变放出的能量为ΔE＝Δm·c2
＝(226.025 4－4.002 6－222.016 3)×931.5 MeV≈6.05 MeV.
(3)镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得mRnvRn－mαvα＝0①
又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则
ΔE＝mRn＋mα②
由①②可得
Eα＝·ΔE＝×6.05 MeV≈5.94 MeV.
11．如果要把分成8个质子和8个中子，需给它多少能量？要把它分为4个，需给它多少能量？已知的核子平均结合能是7.98 MeV，的核子平均结合能是7.07 MeV.
【答案】127.68 MeV 14.56 MeV
12.如图所示，静止在匀强磁场中的一个粒子，俘获一个速度为v＝7.3×104m/s的中子发生核反应，生成一个氦核与一个新核，若测得氦核的速度为2×104m/s，方向与反应前中子运动方向相同。回答下面问题。
(1)写出核反应方程。
(2)画出核反应后两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图。
(3)求出氦核与新核轨道半径之比。
【答案】(1)＋―→＋ (2)见解析 (3)
【解析】(1)核反应方程如下：＋―→＋
(2)由动量守恒知：mnvn＝mαvα＋m1v1
∴1×7.3×104＝4×2×104＋7×v1
v1＝－0.1×104m/s
即生成的新核Li的运动方向同中子的运动方向相反，两粒子运动轨迹如图所示。
