第5章 原子核 单元综合提升-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

该高中物理单元复习讲义围绕原子核物理主题，通过高考真题衔接教材内容，系统梳理核衰变、半衰期、核聚变等核心知识，结合易错点分析呈现αβγ射线特性、质能方程理解等重难点，构建清晰知识脉络。 讲义亮点在于“真题-教材-针对练”三阶设计，如山东高考题结合人教版教材题训练半衰期计算，易错点剖析帮助突破衰变类型判断等难点，培养科学推理与科学论证素养，支持分层教学与自主复习，助力教师精准提升学生物理观念与科学思维。

单元综合提升 (2024·山东高考)2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知Sr衰变为Y的半衰期约为29年Pu衰变为U的半衰期约87年。现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，下列说法正确的是(　　) A.Sr衰变为Y时产生α粒子 BPu衰变为U时产生β粒子 C.50年后，剩余的Sr数目大于Pu的数目 D.87年后，剩余的Sr数目小于Pu的数目 答案：D 解析：根据衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒可知Sr衰变为Y时产生电子，即β粒子，故A错误；根据衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒可知，Pu衰变为U时产生He，即α粒子，故B错误；根据题意可知Pu的半衰期大于Sr的半衰期，现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，经过相同的时间Sr经过的半衰期的次数多，所以剩余的Sr数目小于Pu的数目，故C错误，D正确。 [衔接教材]　人教版选择性必修第三册P114·T3 已知钍234的半衰期是24 d，1 g钍234经过120 d后还剩多少？若已知铋210的半衰期是5 d，经过多少天后，20 g铋210还剩1.25 g？ [衔接分析]　人教版选择性必修第三册P114·T3以“半衰期的概念”为情境，考查了半衰期公式的应用。与本高考题情境类似，近几年的高考常以半衰期的理解及半衰期公式的应用为情境进行命题。 学生用书⬇第139页 针对练1.(2024·北京高考)已知钍234的半衰期是24天。1 g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为(　　) A.0 B.0.25 g C.0.5 g D.0.75 g 答案：B 解析：1 g钍234经过48天后，剩余质量m＝m0＝0.25 g。故选B。 针对练2.(多选)中国钍基熔盐堆为我国能源安全和可持续发展提供有力支持。反应堆中涉及的核反应方程有：①XThTh；ThPa＋e。下列说法正确的是(　　) A.方程①中X是中子 B.方程②中Th发生了β衰变 C.受反应堆高温影响Th的半衰期会变短 D.方程②释放电子，说明电子是原子核的组成部分 答案：AB 解析：根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可知，方程①中X的质量数为1，电荷数为零，则是中子，A正确；方程②中Th放出电子，则发生了β衰变，B正确；放射性元素的半衰期与外界因素无关，C错误； 方程②释放的电子是原子核内的中子转化为质子时放出的，不能说明电子是原子核的组成部分，D错误。 (2024·浙江1月选考)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HHHen 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 答案：D 解析：核反应方程式为HHHen，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10－15 m以内，故C错误；一个氘核与一个氚核发生聚变反应质量亏损为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是ΔE＝Δm·931.5 MeV≈17.6 MeV，4 g氘完全参与聚变释放出能量E＝×6.0×1023×ΔE≈2.11×1025 MeV，数量级为1025 MeV，故D正确。 [衔接教材]　人教版选择性必修第三册P131·B组T3 两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.014 1 u，氦核质量为4.002 6 u。求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量。阿伏加德罗常数NA为6.0×1023 mol－1，氘核的摩尔质量为2 g/mol，1 u相当于931.5 MeV的能量。 [衔接分析]　人教版选择性必修第三册P131·B组T3以“轻核聚变”为情境考查了“轻核聚变”的方程式的书写及产生的能量，与本高考题情境类似。近几年的高考常以原子核的裂变、聚变和人工核转变的核反应方程的理解及应用进行命题。 针对练1.(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HHe＋n＋p＋43.15 MeV表示，式中x、y的值分别为(　　) A.x＝1，y＝2 B.x＝1，y＝3 C.x＝2，y＝2 D.x＝3，y＝1 答案：C 解析：根据核反应前后质量数和电荷数守恒可得6×2＝2×4＋x＋y，6＝2×2＋y，解得x＝2，y＝2。故选C。 针对练2.(2023·湖南高考)2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下 新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是(　　) A.相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多 B.氘氚核聚变的核反应方程为HHHee C.核聚变的核反应燃料主要是铀235 D.核聚变反应过程中没有质量亏损 答案：A 解析：相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为HHHen，B错误；核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核，C错误；核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，D错误。故选A。 易错点1.对三种射线的特点认识不清 (多选)(2025·河北邯郸市期中)关于原子核衰变时产生的α、β、γ三种射线，下列说法正确的是(　　) A.α射线是高速氦核流，其电离作用很强 B.β射线是高速电子流，它是核外电子受激发形成的 C.β射线的电离作用很强，穿透能力很弱 D.γ射线是波长很短的电磁波，其穿透能力比X射线还强 答案：AD 解析：α射线是高速氦核流，其电离作用很强，穿透能力很弱，故A正确；β射线是高速电子流，β射线是原子核内中子转变为质子时放出的电子形成的，故B错误；β射线电离作用较弱，穿透能力较强，故C错误；γ射线是波长很短的电磁波，其穿透能力比X射线还强，故D正确。 [易错分析]　本题容易错选B项或者C项，原因是不理解三种射线的电离作用及穿透能力的强弱关系及三种射线产生的机理。三种射线的特性及产生机理为：α射线是原子核发生α衰变时分裂出来的高速氦原子核，它电离作用强，穿透能力较弱；β射线是原子核发生β衰变时释放出的高速电子流，它电离作用较弱，穿透能力较强；γ射线是伴随α衰变、β衰变释放出的能量很高的电磁波，它电离作用更弱，穿透能力更强。 学生用书⬇第140页 易错点2.对爱因斯坦质能方程理解错误 下列说法中正确的是(　　) A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化 B.由E＝mc2可知物体的能量与其质量之间的关系 C.核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成了能量 D.因为核反应中能产生能量，且有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒 答案：B 解析：爱因斯坦质能方程说明了能量和质量间存在联系，但质量并不是能量，故A错误，B正确；核反应中发现的“质量亏损”并不是指这部分质量消失或质量转化为能量了，而是这部分质量以能量的形式辐射出去了，C错误；在核反应中，系统的总能量和总质量也是守恒的，D错误。 [易错分析]　本题容易错选C项或者D项，原因是不理解质能方程只是说明了质量和能量间存在关系，但质量不是能量，能量也不是质量，在核反应中质量发生亏损并不意味着质量消失，只是物体的质量由静质量变为动质量。 易错点3.混淆核反应的类型 (多选)(2025·天津河西区高二期末)对于下列四个核反应方程的说法正确的是(　　) BeHeCn HHHe UnSrXe＋n F＋YOHe A.①是发现中子的核反应方程 B.②是链式反应方程 C.③是核裂变方程，其中x＝10 D.④是α衰变方程，其中Y是质子 答案：AC 解析：①是发现中子的核反应方程，A正确；②是轻核聚变反应方程，B错误；③是核裂变方程，根据质量数守恒可得x＝10，C正确；④是原子核的人工转变方程，Y的质量数为1，电荷数为1，是质子，D错误。 [易错分析]　本题容易错选D项，原因是只看到生成物中有α粒子He)而忽视了反应物中有“Y”，导致误认为④是α衰变方程。 易错点4.不能清晰理解半衰期的含义 如图所示，纵坐标表示放射性元素氡222在某时刻的质量m与t＝0时刻的质量m0的比值，则下列说法正确的是(　　) A.氡的半衰期为3.8天 B.若温度降低，分子、原子等粒子的运动将变慢，氡的半衰期将增大 C.一个氡222原子核要经过3.8天才发生衰变 D.10个氡222原子核经过3.8天一定还剩5个 答案：A 解析：由题图结合半衰期的定义可知氡的半衰期为3.8天，故A正确；放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，与外界因素(如温度、压强等)无关，也与物态变化无关，故B错误；半衰期具有统计意义，对大量的原子核适用，对少数的原子核不适用，故C、D错误。 [易错分析]　本题容易错选C项或者D项，原因是不理解半衰期的统计意义，半衰期是对大量原子核衰变行为作出的统计结果，半衰期的意义及公式对大量原子核的衰变是成立的，而对单个原子核或少量原子核的衰变是不成立的。 易错点5.不能正确判断衰变的次数及实质 (多选)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)。下列判断中正确的是(　　) A.衰变过程共有6次α衰变和4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 答案：AB 解析：根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒，可知α衰变次数为n1＝＝6，β衰变次数为n2＝6×2＋82－90＝4，故A正确；铅核与钍核质子数之差为90－82＝8，故B正确；β衰变所放出的电子来自原子核内中子向质子的转化，故C错误；钍核的中子数为232－90＝142，铅核的中子数为208－82＝126，故钍核与铅核中子数之差为142－126＝16，故D错误。故选AB。 [易错分析]　不能牢固掌握两种衰变的规律，不能应用质量数守恒和电荷数守恒来分析衰变过程是导致解答本题出错的原因之一。熟练掌握两种衰变的实质：α衰变是原来的原子核分裂成一个氦原子核和新核，新核比原来的原子核质量数少4，电荷数少2；β衰变是原来的原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，产生的新核与原来的原子核质量数相等，电荷数多1。 学科网（北京）股份有限公司 $