第5章 原子核 章末整合 素养提升-【成才之路·学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步新课程学习指导(人教版)

13B 章末整合 素养提升 ●知识网络构建 天然放射现象：放射性元素 地发出射线的现象 天然放射性 a射线：高速 流，穿透能力弱，电离能力强 原子核的 三种射线B射线：高速 流，穿透能力较强，电离能力较弱 组成 y射线： 流，穿透能力极强，电离能力很弱 质子：卢瑟福发现的，He+4N→0+ 原子核的组成 中子：查德威克发现的，He+Be→2C+ 意义：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核 ra衰变：2X→2Y+ 衰变形式 B衰变：X→zY+ 规律：衰变过程遵守质量数守恒、 守恒、动量守恒：释放的能量以放出 粒子和反冲核的动能及γ光子能量的形式表现出来 「放射性元素的原子核由于衰变而数目减少至原来一半所需的时间，由 放射性元素 原 原子核本身决定 子 的衰变 半衰期 计算公式：N=水(3)）广，m=m(分) 核 核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者状态发生变化的过程 射线测厚仪 放射治疗 应用 培优、保鲜 放射性同位素 示踪原子 防护：防止射线对环境的污染或对生命的危害 核力：短程力，作用范围只有约 、 四种基本相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用 结合能：把结合在一起的核子分开所需的能量 核力与结 比结合能（平均结合能）：比结合能越大，表示原子核中核子结合得越 ,原子 合能 核越 质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和 爱因斯坦质能方程：E= 或△E=△mc2 139 重核裂变：原子弹，有质量亏损，释放核能；2U+0n→Ba+8Kr+ 核裂变与 轻核聚变：氢弹，有质量亏损，释放核能：H+HHe+ +17.6MeV 原核聚变 可控核反应堆 子 缓慢释放核能的途径 可控热核反应（研究中）〉 核 粒子的分类：强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子 “基本”粒子 关于粒子的理论：粒子物理标准模型 ●高考真题专练 A.C发生B衰变的产物是'N 热点专练1三种射线 B.B衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外 电子 1.(2023·广东卷)理论认为，大质量恒星塌缩 C.近年来由于地球的温室效应，引起4C的半 成黑洞的过程，受核反应2C+Y→0的影响。 下列说法正确的是 衰期发生微小变化 ( D.若测得一古木样品的4C含量为活体植物 A.Y是B粒子，B射线穿透能力比Y射线强 B.Y是B粒子，B射线电离能力比y射线强 的4，则该古木距今约为11460年 C.Y是粒子，a射线穿透能力比y射线强 4.(2023·浙江卷)“玉兔二号”装有核电池，不 D.Y是a粒子，a射线电离能力比y射线强 惧漫长寒冷的月夜。核电池将Pu衰变释放 热点专练2衰变 的核能一部分转换成电能。2Pú的衰变方程 2.(2025·湖南卷)关于原子核衰变，下列说法 为238Pu→U+He,则 正确的是 ( A.衰变方程中的X等于233 A.原子核衰变后生成新核并释放能量，新核 B.He的穿透能力比y射线强 总质量等于原核质量 C.238Pu比U的比结合能小 B.大量某放射性元素的原子核有半数发生衰 D.月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大 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 5.（2023·重庆卷)原子核U可以经过多次 变长 和B衰变成为稳定的原子核？Pb,在该过程 D.采用化学方法可以有效改变放射性元素的 中，可能发生的β衰变是 半衰期 A.23Fr→2Ra+9e 3.(2023·浙江卷)宇宙射线进入地球大气层与 B.283Bi-→2Po+9e 大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14 C.23Ra-239Ac+-9e 会产生以下核反应：4N+n→C+H,产生 D.28Po→28At+9e 的4C能自发进行B衰变，其半衰期为5730 热点专练3核反应 年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。 6.（2025·安徽卷)2025年4月，位于我国甘肃 下列说法正确的是 省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运 140 行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键 2X。已知H、i、X的质量分别为m1= 一步。该技术利用钍核(23Th)俘获x个中子 1.00728u、m2=7.01601u、m3=4.00151u, (0n),共发生y次B衰变，转化为易裂变的铀 光在真空中的传播速度为c,则在该核反应中 核(2U),则 ( A.x=1,y=1 B.x=1,y=2 A.质量亏损△m=4.02178u C.x=2,y=1 D.x=2,y=2 B.释放的核能△E=（m1+m2-2m3)c2 7.(2025·海南卷)核反应方程中U+X→4Ba C.铍原子核内的中子数是5 +6Kr+3n,则X是 D.X表示的是氚原子核 A.He B.H 热点专练5裂变和聚变 C.on D.e 10.（2021·湖北卷)20世纪60年代，我国以国 热点专练4爱因斯坦质能方程核能的计算 防为主的尖端科技取得了突破性的发展。 8.（2023·全国乙卷)2022年10月，全球众多天 1964年，我国第一颗原子弹试爆成功；1967 文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国 年，我国第一颗氢弹试爆成功。关于原子弹 的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在 和氢弹，下列说法正确的是 () 该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推 A.原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研 断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级 制的 为104“J。假设释放的能量来自于物质质量的 B.原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研 减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速 制的 为3×108m/s) C.原子弹是根据核裂变原理研制的，氢弹是 A.1019 kg B.1024kg 根据核聚变原理研制的 C.1029kg D.1034kg D.原子弹是根据核聚变原理研制的，氢弹是 9.（2021·海南卷)1932年，考克饶夫和瓦尔顿 根据核裂变原理研制的 用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质 能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一 素养等级测评 个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变 请同学们认真完成考案（四） 为两个原子核，核反应方程为Li+H→2Be→(2)1kg铀235的轴核数n=,000×6.02×102个≈2.56× 235 104个。 不考虑核反应中生成的电子质量，一个轴核反应发生的质量 亏损为△m=mu+m。-ma-mz-3mn=0.212u 因此1kg轴235完全裂变产生的能量约为 E=n·△mc2=2.56×1024×0.212×1.6605×10-”×(3× 108)2J≈8.11×103J。 探究点3核聚变 1.(1)质量较大超高温热核反应(2)1015温度 (3)氢弹热核反应堆3~4 2.(3)磁场环流器激光 判断正误 (1)×(2)V(3)×(4)V(5)V 例4：A原子的比结合能越大越稳定，生成物较稳定，比结合能 变大，故A正确：轻核聚变反应过程需要吸收能量才能使轻核 间的距离接近到发生聚变反应的距离，因此需要高温，故B错 误；核反应方程电荷数和质量数守恒，释放热量，质量亏损，所 以生成物的质量小于反应物的质量，故C错误；与核裂变反应 相比，核聚变的产能效率更高，故D错误。 例5：C因为该反应放出能量，所以生成物的比结合能更大，由 题意可知，H有两个核子，H有三个核子，He共有四个核 子，所以其释放的核能为△E=4E3-2E1-3E2,C正确，A、B D错误。 探究点4“基本”粒子 1.(1)原子(2)光子质子(3)正电子以子K介子 介子 2.强子轻子 3.(4)最小(5)自由 例6：BCD强子内部也有结构，由更基本的夸克组成，所以强子 还可以再分，故A错误，B正确：夸克的电荷量分别为元电荷 的+子或-了，放C正确：每种夸克都存在相对应的反夸克， 故D正确。 素养能力提升 例7：C AB E Fα衰变是一种元素衰变成另一种元素过程 中释放出α粒子的现象，选项C为α衰变：B衰变为衰变过程 中释放出B粒子的现象，选项A、B均为B衰变；核裂变是质 量较大的核变成多个质量较小的核的过程，选项E是常见的 一种核裂变：把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应 称为核聚变反应，选项F是常见的一种核聚变。 章末整合素养提升 知识网络构建 自发氦核电子光子Hon1He_e电荷数 10-15牢固稳定mc236n0n 2 高考真题专练 1.D根据核反应满足质量数和电荷数守恒可知，Y是α粒子 (2He),三种射线的穿透能力，y射线最强，射线最弱；三种 射线的电离能力，α射线最强，Y射线最弱。故选D。 2.B原子核衰变时释放能量，根据质能方程，总质量会减少，新 核总质量小于原核质量，故A错误：半衰期定义为大量放射性 原子核半数发生衰变所需的时间，题干中强调“大量”，符合 定义，故B正确：半衰期由原子核内部结构决定，与温度无关， 故C错误：半衰期不受化学状态影响，因化学变化不改变原子 核性质，故D错误。故选B。 3.D根据C→N+9e,即C发生B衰变的产物是N,A错 误；B衰变辐射出的电子来自于原子核内的中子转化为质子 时放出的电子，B错误；半衰期与原子核本身有关，与外界环 境无关，C错误；若测得一古木样品的4C含量为活体植物的 子，可知经过了2个半衰期，则该古木距今约为5730×2年 =11460年，D正确。故选D。 4.C根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为Pu→2U +He,即衰变方程中的X=234,故A错误；He是a粒子，穿 透能力比Y射线弱，故B错误；比结合能越大越稳定，由于 Pu衰变成为了U,故U比Pu稳定，即Pu比2U的比 结合能小，故C正确：半衰期由原子核本身决定的，与温度等 外部因素无关，故D错误。故选C。 5.A原子核U衰变成为稳定的原子核2P弘质量数减小了 28,则经过了7次α衰变，中间生成的新核的质量数可能为 231,227,223,219,215,211,则发生B衰变的原子核的质量数 为上述各数，则BCD都不可能，根据核反应的质量数和电荷 数守恒可知，选项A反应正确。故选A。 6.B根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数加1，电荷数 不变，每发生一次B衰变，质量数不变，电荷数加1，钍核变成 轴核，质量数加1，电荷数加2，则俘获1个中子，发生2次B 衰败，即x=1,y=2,故选B。 7.C根据质量数守恒和核电荷数守恒可知X是。n。故选C。 8.C根据质能方程E=mc2可知，则每秒钟平均减少的质量为 60c60×(3x10°5.4kg,则每秒钟平均减少的质 Eo 108 1030 △m 量量级为10kg。故选C。 9.B根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知方程 为Li+H→Be→2He,则Z=4,A=8,铍原子核内的中子数 是4，X表示的是氦核，故C、D错误；核反应质量亏损为△m= m1+m2-2m3=0.02027u,则释放的核能为△E=（m1+m2 2m)c2,故A错误，B正确。故选B。 10.C原子弹是根据重核裂变研制的，而氢弹是根据轻核聚变 研制的，故A、B、D错误，C正确。故选C。 8