第5章 第3节 核反应 结合能（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

该高中物理课件聚焦核反应与结合能，涵盖核反应方程书写、结合能与比结合能概念、质量亏损及质能方程等核心知识。通过“情境创设·想一想”引导学生思考质子中子结合的能量与质量变化，结合比结合能曲线分析，搭建从能量守恒到核反应规律的学习支架。 其亮点在于以“四层学习内容”整合知识，通过氚核结合能计算等典例强化科学思维，结合硼中子俘获疗法、暗物质探测等实例渗透科学态度与责任。采用跨教材素材与高考题辅助教学，帮助学生深化物理观念，教师可高效开展分层教学，提升学生知识应用与探究能力。

核反应　结合能 第 3 节 核心素养导学 物理观念 (1)知道人工转变、核反应及核反应方程的书写。 (2)认识原子核的结合能和比结合能的概念。 (3)知道质量亏损和质能方程。 科学思维 能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题。 科学探究 结合能、比结合能与原子核的稳定性的关系。 科学态度与责任 关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。 [四层]学习内容1 落实必备知识 [四层]学习内容2 强化关键能力 01 02 CONTENTS 目录 [四层]学习内容3 ·4 浸润学科素养和核心价值 课时跟踪检测 03 04 [四层]学习内容1 落实必备知识 一、核反应 1.人工转变：人类历史上第一次实现原子核结构的人工转变：HeN O+_____。 2.核反应：原子核与原子核，或者原子核与其他粒子相互作用产生_______的过程。 3.在核反应中，________和_______都守恒。 H 新核 质量数 电荷数 二、原子核结合能 1.原子核的结合能：分散的_______结合成原子核的过程中所_______的能量。 2.质量亏损 (1)定义：任何一个原子核的质量总是______组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损。 (2)结合能计算公式：ΔE=________。 3.爱因斯坦质能方程：E=________。 核子 释放 小于 Δm·c2 m·c2 三、比结合能曲线 1.比结合能：原子核的结合能ΔE与其___________之比称为该核的比结合能，又称为平均结合能。 2.比结合能曲线 (1)表示原子核的___________随__________变化的情况。 (2)曲线特点：“中间高两头低”说明___________的原子核的比结合能较大。 核子数A 比结合能 核子数 中等质量 1.(1)将一个质子和一个中子结合成一个氘核，能量减小了，是否违反了能量守恒定律？为什么？ 提示：没有违反能量守恒定律；减少的这部分能量以γ光子的形式释放出去。 (2)将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，是否违反了质量守恒定律？为什么？ 提示：没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于γ光子的动质量。 2.如图所示为部分原子核的比结合能曲线。 (1)图中比结合能最小的是什么原 子核？说明什么问题？ 提示：是氘原子核，说明氘原子核不稳定。 (2)随着质量数的增加，比结合能曲线整体上有什么变化规律？ 提示：随着质量数的增加，比结合能曲线整体上先增大再减小，中等大小核的比结合能最大、最稳定。 [四层]学习内容2 强化关键能力 1.核反应的条件 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。 2.核反应的实质 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。 新知学习(一)|原子核的人工转变和核反应方程 重点释解 3.原子核人工转变的三个典型核反应 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应： NHe OH。 (2)1932年查德威克发现中子的核反应： BeHe Cn。 (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： AlHe PnP e。 4.人工转变核反应与衰变的比较 不同点 原子核的人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理和化学条件的影响 相同点 人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒 [典例]　1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素Pt。制取过程如下： (1)用质子轰击铍靶Be产生快中子； (2)用快中子轰击汞Hg，反应过程可能有两种： ①生成Pt，放出氦原子核； ②生成Pt，同时放出质子、中子。 (3)生成的Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞Hg。 典例体验 写出上述核反应方程。 [答案]　见解析 [解析]　根据质量数守恒，电荷数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程。如下： (1BeH Bn。 (2)①n PtHe。 ②n Pt+Hn。 (3Pt AueAu Hge。 /易错警示/ 写核反应方程时应注意以下三点 (1)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，只能用单箭头表示反应方向。 (2)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰。 (3)核反应过程和衰变现象都遵循电荷数和质量数守恒。质量数守恒不是质量守恒，核反应过程中一般会发生质量的变化。 1.(2025·海南高考)核反应方程中U+X BaKr+n，则X是(　　) AHe BH Cn De 针对训练 √ 解析：根据核反应前后质量数守恒和核电荷数守恒可知X是n。故选C。 2.如图所示是原子核人工转变实验装置示意图，A是α粒子源，F是铝箔，S是荧光屏，在容器中充入氮气后，屏S上出现闪光，该闪光产生的原因是 (　 ) A.α粒子射到屏S上产生的 B.粒子源中放出的γ射线射到屏上产生的 C.α粒子轰击铝箔F上打出的某种粒子射到屏上产生的 D.α粒子轰击氮核后产生的某种粒子射到屏上产生的 √ 解析：充入氮气后，α粒子轰击氮核产生质子，质子穿过铝箔后射到荧光屏上，使荧光屏上出现闪光，故D正确。 1.比结合能曲线 不同原子核的比结合能随质量数 变化图线如图所示。 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要小。 新知学习(二)|对比结合能的理解 重点释解 2.比结合能与原子核稳定性的关系 (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，表示该核越稳定。 (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；中等质量大小的核比结合能较大，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。 [典例]　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 (　 ) AHe核比Li核更稳定 BHe核的结合能约为14 MeV C.两个H核结合成He核时吸收能量 DU核中核子的平均结合能比Kr核中核子的平均结合能大 典例体验 √ [解析]　比结合能越大，原子核越稳定，由题图可知，氦核的比结合能比锂核的比结合能大，则He核比Li核更稳定，A正确；由题图可知，氦核的比结合能大约为7 MeV，氦核的核子数为4，则氦核的结合能大约为28 MeV，故B错误；两个H核结合成He核时有质量亏损，释放能量，C错误；由题图可知U核中核子的平均结合能比Kr核中核子的平均结合能小，故D错误。 /方法技巧/ 结合能的应用技巧 (1)组成原子核的核子越多，结合能越大。 (2)结合能与核子个数之比称为比结合能，比结合能越大原子核越稳定。 (3)结合能通常只用在原子核中。 1.(多选)关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中正确的是 (　 ) A.原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时核力做的功 B.原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功 C.平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量 D.不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能大 针对训练 √ √ √ 解析：原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功；当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量，故A、B正确；对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能，故C正确；不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比中等质量原子核的平均结合能要小，故D错误。 2.氚是核污水中难以去除的放射性物质，会发生β衰变生成He，半衰期约为12年。则(　 ) A.β衰变方程为H He B.β衰变中释放的能量为氚的结合能 CH的比结合能比He的比结合能大 D.核污水中氚的含量减少一半需要约6年 √ 解析：根据核反应，电荷数守恒，质量数守恒可得H He，这是β衰变，A正确；放射性原子核发生衰变时，释放的能量通常以两种形式存在，一是产物粒子的动能，二是高能光子，B错误；氚β衰变时释放能量，故H的比结合能比He的比结合能小，C错误；发生β衰变生成He，半衰期约为12年，即没有发生衰变的核污水中氚的含量减少一半需要约12年，D错误。 如图所示是原子核转变示意图。 　(1)在核反应过程中质量数、电荷数是否守恒？ 新知学习(三)|质能方程与核能计算 任务驱动 提示：在核反应过程中质量数与电荷数守恒。 (2)在该核反应过程中会释放出能量，反应前后原子核的质量是否会发生变化？ 提示：核反应过程中会发生质量亏损。 1.质量亏损 (1)科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等。例如，精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫作质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来。 (2)Δm是核反应前与核反应后的质量之差。 重点释解 2.质能方程E=mc2 爱因斯坦指出，物体的能量(E)和质量(m)之间存在着密切的关系，即E=mc2，式中c为真空中的光速。爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比。由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的。 3.核能的计算方法 (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≈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。 4.判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法 (1)根据反应前后质量的变化情况进行判断，若质量减少即发生了亏损，则释放能量；若质量增加，则吸收能量。 (2)根据动能变化判断，若不吸收光子而动能增加则放出能量。 [典例]H的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u。1 u相当于931.5 MeV的能量。 (1)写出一个质子和两个中子结合为氚核时的核反应方程。 典例体验 [答案]　H+n H [解析]　根据电荷数守恒、质量数守恒，一个质子和两个中子结合为氚核时，有H+n H。 (2)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ [答案]　放出能量，该能量为7.97 MeV [解析]　2个中子和1个质子结合成氚核时质量亏损为Δm=mp+2mn-mH=1.007 277 u+2×1.008 665 u-3.016 050 u=0.008 557 u，所以该反应放出能量；放出的能量为ΔE=0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV。 (3)氚核的结合能和比结合能各是多少？(计算结果均保留三位有效数字) [答案]　 7.97 MeV　2.66 MeV [解析]　2个中子和1个质子结合成氚核时放出的能量为7.97 MeV，所以氚核的结合能为7.97 MeV，氚核的比结合能为= MeV≈ 2.66 MeV。 1.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，能量与质量之间存在着正比关系 C.核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量 D.因在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 针对训练 √ 解析： E=mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明能量和质量之间存在相互转化的关系，A错误，B正确；核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，C错误；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质的质量由静质量变成动质量，D错误。 2.(2023·全国乙卷)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于物质质量的减少，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：根据质能方程E=mc2可知，每秒钟平均减少的质量为Δm== kg= kg，则每秒钟平均减少的质量量级为1029kg。 [四层] 学习内容3·4浸润 学科素养和核心价值 1.(选自人教版教材课后练习)原子物理中常把碳12原子质量的叫作“原子质量单位”，用1 u表示(1 u=1.660 6×10-27 kg)。 请根据E=mc2证明：1 u相当于931.5 MeV的能量。已知光速c为2.997 9×108 m/s，元电荷e为1.602 2×10-19 C。 ◉物理观念——核能 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 答案：见解析 解析：1 u=1.660 6×10-27 kg 根据E=mc2 E=1.660 6×10-27×(2.997 9×108)2 J = eV≈931.5 MeV。 2.(选自鲁科版教材课后练习)某次核反应中U变成Xe和Sr，同时释放出若干中子。U的平均结合能约为7.6 MeVXe 的平均结合能约为8.4 MeV，Sr的平均结合能约为8.7 MeV。 (1)把U分解成核子时，要吸收多少能量？ ◉科学思维——核能的计算 答案：1 786 MeV　 解析：原子结合能即核子结合成相应原子核时释放的能量。原子结合能的大小等于将原子核分解成核子时吸收的能量，故将U分解成核子时，吸收的能量大小等于其结合能，故会吸收能量E1=235×7.6 MeV=1 786 MeV； (2)使相应的核子分别结合成Xe和Sr时，要释放出多少能量？ 答案： 1 142.4 MeV　783 MeV　 解析：将相应的核子结合成Xe时要释放的能量为E2=136×8.4 MeV=1 142.4 MeV，将相应的核子结合成Sr时，要释放的能量为E3=90×8.7 MeV=783 MeV； (3)在这个核反应中是吸收能量还是释放能量？这个能量大约是多少？ 答案：释放能量　139.4 MeV 解析：这个核反应释放的能量为E=E2+E3-E1=1 142.4 MeV+ 783 MeV-1 786 MeV=139.4 MeV>0，故会释放约139.4 MeV 能量。 1.硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一Bn XY是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则(　 ) A.a=7，b=1 B.a=7，b=2 C.a=6，b=1 D.a=6，b=2 √ 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 解析：由核反应前后质量数和电荷数守恒可得10+1=a+4，5+0=3+b，解得a=7，b=2，故选B。 2.(2024·广东高考)我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”，其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应YAm X+n产生该元素。关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是(　 ) A.Y为Fe，A=299 B.Y为Fe，A=301 C.Y为Cr，A=295 D.Y为Cr，A=297 √ 解析：根据核反应方程YAm X+n和电荷数守恒，设Y的电荷数为y，则有y+95=119+0，可得y=24，即Y为Cr；根据质量数守恒，则有54+243=A+2，可得A=295。 3.钋210Po)是一种放射性很强的同位素，为了探测射线的性质，真空室中在放射源钋210的对侧放置一荧光屏，可以根据荧光屏上的打点情况来检测射线的强弱。 (1)在放射源与荧光屏之间不加任何场时发现荧光屏的中间有闪光产生，当施加一垂直的匀强磁场时，发现荧光屏的闪光都向一侧偏移，撤去磁场在放射源与荧光屏中间放一厚纸，发现荧光屏上没有闪光产生，请你根据上面的情况分析判断是什么射线，同时写出衰变方程(新原子核用Y表示)。 (2)α粒子以初速度v0轰击静止的氮14原子核打出一种新的粒子，同时产生一个新的原子核，新的原子核速度为3v0，且方向不变，反应过程中释放的能量完全转化为系统的动能，已知中子质量为m，质子质量和中子质量相等，光速为c，试计算此反应过程中的质量亏损。 答案：α射线，衰变方程为Po YHe 解析：因为α粒子的穿透本领较小，一张纸即可把它挡住，而β射线和γ射线都可以穿透纸，所以该射线是α射线，该衰变为α衰变，所以衰变方程为Po YHe。 (2)α粒子以初速度v0轰击静止的氮14原子核打出一种新的粒子，同时产生一个新的原子核，新的原子核速度为3v0，且方向不变，反应过程中释放的能量完全转化为系统的动能，已知中子质量为m，质子质量和中子质量相等，光速为c，试计算此反应过程中的质量亏损。 答案： 解析：根据物理学史可知，用α粒子轰击静止的氮14原子核打出一种新的粒子，即质子，则新原子核的质量数为A=14+4-1=17，核电荷数为Z=7+2-1=8，核反应方程为HeN OH，设α粒子、新核的质量分别为4m、17m，质子的速度为v，对心正碰，选取α粒子运动的方向为正方向，由动量守恒定律得4mv0=17m·3v0+mv，解得v= -47v0， 释放的核能为ΔE=·17m(3v0)2+m·(47v0)2-·4m=1 179m， 由质能方程得ΔE=Δm·c2，所以Δm=。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1.(2024·甘肃高考)2024年2月，我国科学家在兰州重离子加速器国家大科学装置上成功合成了新核素Os，核反应方程如下：CdNi Os+4X，该方程中X是(　 ) A.质子 B.中子 C.电子 D.α粒子 √ 解析：根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知X是n，即中子。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 2.原子质量单位为u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M(单位均为kg)的原子核时释放出的能量是 (　 ) A.(M-m1-m2)u·c2 B.(m1+m2-M)u×931.5 J C.(m1+m2-M)c2 D.(m1+m2-M)×931.5 eV √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE=Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE=Δm×931.5 MeV 进行计算，Δm=m1+m2-M，故C正确，A、B、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 3.(2024·江苏高考)用粒子轰击氮核从原子核中打出了质子，该实验的核反应方程式是XN HO，粒子X为(　 ) A.正电子e B.中子n C.氘核H D.氦核He √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：根据质量数守恒可知X的质量数为A=17+1-14=4，根据电荷数守恒可知X的电荷数为Z=8+1-7=2，可知X为氦核He。故选D。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 4.太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为 H He+e+2ν 已知H和He的质量分别为mp=1.007 8 u和mα=4.002 6 u，1 u= 931 MeV/c2，c为光速。在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为(　 ) A.8 MeV B.16 MeV C.26 MeV D.52 MeV √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：由核反应方程可知，4个H转变成1个He的过程中的质量亏损Δm≈4×1.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u，释放的核能ΔE=0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，故选项C正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 5.对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中不正确的是 (　 ) A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比 B.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能 C.若m表示核电站参与反应的铀235的质量，则E表示核反应释放的核能 D.已知太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，则太阳的质量在不断减少 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：爱因斯坦提出的质能方程E=mc2告诉我们，物体具有的能量与它的质量成正比，故A正确，不符合题意；ΔE=Δmc2中，如果Δm是亏损质量，则ΔE是释放的核能，故B正确，不符合题意；若m表示核电站参与反应的铀235的质量，则E表示其具有的能量，不表示核反应释放的核能，故C错误，符合题意；太阳辐射的能量来自太阳内部的核聚变反应，则核聚变释放核能，有质量亏损，故D正确，不符合题意。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 6.(多选)放射性元素氡Rn)的半衰期为T，氡核放出一个Χ粒子后变成钋核Po)。设氡核、钋核和Χ粒子的质量分别为m1、m2和m3，下列说法正确的是(　 ) A.该过程的核反应方程是Rn PoHe B.发生一次核反应释放的核能为(m1-m2-m3)c2 C.1 g氡经2T时间后，剩余氡的质量为0.5 g D.钋核的比结合能比氡核的比结合能小 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：根据质量数守恒可知，Χ的质量数是222-218=4，电荷数是：86-84=2，所以该过程的核反应方程是Rn PoHe，故A正确；该核反应的过程中释放能量，有质量亏损，所以发生一次核反应释放的核能为E=(m1-m2-m3)c2，故B正确；1 g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量为：m=m0==0.25 g，故C错误；该核反应的过程中释放能量，且钋核比氡核更加稳定，所以钋核的比结合能比氡核的比结合能大，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 7.一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘核，该反应放出的能量为Q1。两个氘核发生核反应生成一个氦核，核反应方程是H Hen，该反应放出的能量为Q2。则核反应中生成氦核的比结合能为(　 ) A. B. C. D. √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：两个中子和两个质子结合成两个氘核放出的能量为2Q1，两个氘核结合成一个氦核放出的能量为Q2，则生成一个氦核释放的能量为2Q1+Q2，氦核的核子数等于3，则氦核的比结合能为，故C正确，A、B、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 √ 8.1932年，考克饶夫和瓦尔顿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，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为LiH Be 2X。已知H、Li、X的质量分别为m1=1.007 28 u、m2=7.016 01 u、m3=4.001 51 u，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中(　 ) A.质量亏损Δm=4.021 78 u B.释放的核能ΔE=c2 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 C.铍原子核内的中子数是5 D.X表示的是氚原子核 解析：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LiH Be He，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Δm=m1+m2-2m3=0.020 27 u，则释放的核能为ΔE=c2，故A错误，B正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 9.在能源需求剧增的现代社会，核能作为一种新能源被各国竞相开发利用。核原料中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu X He+γ，下列有关说法中正确的是(　 ) A.X原子核中含有92个中子 B.钚衰变发出的γ射线具有很强的电离能力 C.20克的Pu经过48 200年后，还有5克未衰变 D.钚核衰变前的质量等于衰变后X、He核的质量之和 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒得钚衰变方程为Pu XHe+γ，故X的电荷数为92，质量数为235，中子数为143，故A错误；钚衰变发出的γ射线是波长很短的光子，不带电，具有很强的穿透能力，电离能力非常弱，故B错误；根据半衰期公式：m=m0= 20× g=5 g，故C正确；由于衰变时释放巨大能量，根据E=mc2，衰变过程总质量减小，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 10.中国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”采用的是分辨粒子种类的新探测技术方法，既能探测低能区，也能探测高能区，特别是首次走进能量为1 TeV(1 TeV=1.0×1012 eV，e=1.6×10-19 C)以上的“无人区”，“悟空”首次直接测量到了能谱在1 TeV处的“拐折”及在1.4 TeV处的“尖峰”。从数据分析来看，产生“奇异”电子信号的来源很可能是暗物质湮灭或衰变。如果进一步证实了这种观点，人们就可以根据“悟空”的探测结果获知暗物质粒子的质量和湮灭率。结合上述信息，下列说法正确的是 (　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 A.“拐折”处的电子宇宙射线粒子的能量高达1.6×1031 J B.电子宇宙射线从地球赤道上空垂直射向地面时，在地球磁场的作用下会向西偏转 C.假设暗物质湮灭亏损的质量为Δm，则湮灭过程中释放的能量为ΔE=Δmc(c为光在真空中的传播速度) D.若暗物质衰变的规律与普通放射性元素相同，则其半衰期随温度的升高而减小 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析： “拐折”处的电子宇宙射线粒子的能量高达1.0×1012 eV =1.0×1012×1.6×10-19 J=1.6×10-7 J，故A错误；根据左手定则，电子宇宙射线从地球赤道上空垂直射向地面时，在地球磁场的作用下会向西偏转，故B正确；假设暗物质湮灭亏损的质量为Δm，根据质能方程则湮灭过程中释放的能量为ΔE=Δmc2，故C错误；若暗物质衰变的规律与普通放射性元素相同，衰变是由原子核内部因素决定的，与外界环境无关，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 11.原子核A、B结合成放射性原子核C时会释放能量，核反应方程是A+B C，已知原子核A、B、C的质量分别为mA、mB、mC，结合能分别为EA、EB、EC，以下说法正确的是(　 ) A.原子核A、B、C中比结合能最小的是原子核C B.原子核A、B结合成原子核C，释放的能量ΔE=(mA+mB-mC)c2 C.原子核A、B结合成原子核C，释放的能量ΔE=EA+EB-EC D.大量原子核C经历两个半衰期时，已发生衰变的原子核占原来的 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：某原子核的结合能是独立核子结合成该核时释放的能量。原子核A、B结合成放射性原子核C时会释放能量，原子核C的比结合能最大，释放的能量为ΔE=EC-(EA+EB)，根据爱因斯坦质能方程得ΔE=(mA+mB-mC)c2，故A、C错误，B正确；原子核的半衰期是原子核有半数发生衰变所需要的时间，大量原子核C经历两个半衰期时，已发生衰变的原子核占原来的，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 12.(12分)一静止的U核发生衰变后放出一个粒子变成Th核。已知U核质量为m1，放出的粒子质量为m2Th核质量为m3，光在真空中的传播速度为c。 (1)写出衰变方程；(4分) 答案：U ThHe 解析：根据衰变过程质量数守恒、电荷数守恒，可知衰变方程为U ThHe； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (2)如果放出的粒子的速度大小为v，求Th核的速度大小v'；(4分) 答案：v 解析：U核发生衰变后放出一个α粒子的过程中，系统动量守恒，以Th核的速度方向为正方向，根据动量守恒定律有m3v'-m2v=0，解得v'=v； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (3)求此衰变过程中释放的总能量。(4分) 答案：(m1-m2-m3)c2 解析：该核反应的质量亏损为Δm=m1-m2-m3，根据爱因斯坦质能方程得释放的总能量为ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3)c2。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 13.(14分)假设钚的同位素离子Pu静止在某一匀强磁场中，该离子沿着与磁场垂直的方向放出一个α粒子后，变成了铀的一个同位素离子，同时放出能量为E=0.09 MeV的光子。若已知钚核的质量为m1=238.999 655 u，铀核的质量为m2=234.993 470 u，α粒子的质量为m3=4.001 509 u。(普朗克常量是h=6.63×10-34 J·s，光在真空中的速度为c=3×108 m/s，1 u的质量对应于931.5 MeV的能量)。求： 答案：Pu UHe 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：铀核相对α粒子做反向运动(反冲)，在磁场中形成相切的圆轨迹，衰变中系统的动量及总能量均是守恒的，释放出的能量，一部分转变成两个生成核的动能，另一部分以光子的形式辐射出去。 Pu UHe 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (2)放出的光子的波长；(4分) 答案： 1.38×10-11 m 解析：因E=hν=h，所以λ== m≈ 1.38×10-11 m。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (3)α粒子和新核获得的总动能。(6分) 答案： 4.266 MeV(或6.83×10-13 J) 解析：衰变中释放的能量：ΔE=(m1-m2-m3)×931.5 MeV， 根据能量守恒定律得，铀核和α粒子的总动能为： Ek=EkU+Ekα=ΔE-E=(m1-m2-m3)×931.5 MeV-0.09 MeV≈ 4.266 MeV。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $