上分专题10 核反应方程与结合能-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版 江苏专用）

题课堂 上分专题10 核反应方程与结合能 命题密钥 核反应方程与结合能是原子核物理的核心内容，考点涉及：质量数与电荷数双守恒的核反 应配平、半衰期的实际应用、结合能与比结合能的理解与计算，以及爱因斯坦质能方程的运用. 在近年高考中，相关试题多采用复合型命题方式，如“方程配平+核能计算”“方程配平+结 合能比较”等，并常与可控核聚变、太阳能源机制等实际情境结合，增强试题的综合性与应用性 考点觉醒 ●核反应 1.衰变 分类 方程 原子核变化 实质 gX→2Y+He 质量数-4 衰变 2H+2n→2He 电荷数-2 质量数不变 B衰变 2x一z4Y+.e on→H+ie 电荷数+1 质量数不变 y衰变 x→X+y(光子) 原子核从高能态回到基态 电荷数不变 2.核裂变与核聚变 核裂变 2gU+0n→%Ba+8Kr+36n 原子弹、核电站原理 核聚变 H+H-→2He+on+17.6MeV 氢弹原理 3.人工核转变 gN+He→80+H 卢瑟福发现质子，人类第一次人工核转变 Be+He→C+n 查德威克发现中子 3Al+He一→8P+n,gP→8Si+,9e 居里夫妇发现放射性同位素和正电子 ●核能 1.结合能与比结合能 (1)比结合能随原子核质量数的变化曲线揭示了： ①稳定性的评判标准：比结合能越大的原子核越稳定； ②中等质量的原子核最稳定； ③核能来源的两条路径：重核裂变和轻核聚变（生成物的比结合能升高、生成物更稳定、放出能量）. (2)易错点：结合能大的原子核不一定稳定， 2.核能计算 (1)利用质能方程计算核反应释放的核能：△E=△mc2(△m为质量亏损). (2)利用结合能计算核反应释放的核能：△m=生成物的总结合能-反应物的总结合能， 30物理1选择性必修第三册 实战演练 1.*(2026·广西柳州联考)我国正在建设的大科学装置一一“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X+Am→Y+2。n产生该元素。 关于原子核X和质量数A,下列选项正确的是 () A.X为2Ti,A=297 B.X为2Ti,A=295 C.X为4Cr,A=297 D.X为4Cr,A=295 2.**多过程自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要 发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态某些原子核的衰变情况如图所示(N表示中子数， Z表示质子数)，则下列说法正确的是 () 144 142 Th 140 Ra 138 ATh 136 134 Rn 132 Pol 130 i 128 126 Pb 12 8082848688909294Z A.由2Ra到Ac的衰变是a衰变 B.已知2Ra的半衰期是T,则10g2Ra原子核经过2T时间后还剩2.5g物质 C.从28Th到2Pb共发生5次a衰变和2次B衰变 D.图中原子核发生的α衰变和B衰变分别只能产生a射线和B射线 3.*(2025·河北强基联盟一模)日前，我国西部地区第二台“华龙一号”—一广西防城港核电 站4号机组已完成冷试、热试等重要工程节点，于2024年上半年投入商业运行.25U是核裂变 核电站的主要燃料之一，“核反应堆”是通过可控的链式反应实现核能的释放.一种典型的U 核裂变是生成钡%Ba和氪Kx,同时放出3个中子.关于该核反应，下列说法正确的是（) A.核反应方程是23U+2n→Ba+8Kr+3n B.链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程 C.3U与Ba、Kr相比，3核子数最多，结合能最大，最稳定 D.2的U具有放射性，经过一个半衰期，64个25U只剩下32个未衰变 4.*U经一系列、B衰变后会生成稳定的2Pb,科学家依此发明了超高空间分辨率铀一铅 定年技术.已知U的比结合能为E1,?Pb的比结合能为E2,粒子的比结合能为E,则U衰变 为？Pb共释放的能量为 A.E1-E2-7E B.E2+7E3-E1 C.207E2+28E3-235E D.235E1-207E2-28E3 黑白题·上分秘籍31 5.1经典题(2025·天津和平期末)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核的比结合能约为7MeV,所以结合能约为28MeV 比结合能MeVKr Ba 160 IV B.i核的结合能约为30MeV,所以Li核比2He核更稳定 6 4 Li C.两个H核结合成He核要吸收的能量约为24MeV 2 H D.U核的结合能比Kr核的小，所以裂变时要放出能量 0- 102050100150200250质量数 6.熱新素材(2025·浙江高考)利用磁偏转系统可以测量不同核反应中释放的高能粒子能量， 从而研究原子核结构.如图1所示，用回旋加速器使氘原子核(H)获得2.74MeV动能，让其 在S处撞击铝(？A1)核发生核反应，产生处于某一激发态和基态的同位素核(A1)以及两种不 同能量的质子(H).产生的质子束经狭缝X沿水平直径方向射入半径为R,方向垂直纸面向 里、大小为B的圆形匀强磁场区域，经偏转后打在位于磁场上方的探测板上A、D处（探测板与 磁场边界相切于A点，D点与磁场圆心O处在同一竖直线上)，获得如图2所示的质子动能的 能谱图 回旋加速器 D 目80 60 B 40 氘核 质子 R 20 2.03.04.05.06.07.08.09.010.0 E/MeV 图1 图2 (1)写出氘核撞击铝核的核反应方程； (2)求A、D的间距L; (3)若从回旋加速器引出的高能氘核流为1.0mA,求回旋加速器的输出功率； (4)处于激发态的8Al核会发生B衰变，核反应方程是8A1→8Si+e.若28Al核质量等于28Si核 量，电子质量为1，M©Y在上述两个核反应过程中，原子核被视为静止，求衰变释放的 能量 32物理|选择性必修第三册放出的光子按照波长从短到长的顺序排序为4→1、3→1、 2→1、4→2、3→2、4→3，假设每个状态都有N个氢原子，则 41的光子数为兮3一1的光子数为(+)×3 1 子2一1的光了数为N字（兮）-2x4-2的光 子数为分32的光子数为(）x号43的光 子数为兮，按照波长从短到长的顺序，这6种光子个数之比 为：2w:：w: 33 3 =1:2:6:1:2:1,故 选A. ke2E,2-2r1 4.(1)E1-2 ke2 E (2)8.21×1014Hz 号 解析：(1)根据题意，设氢原子处于基态时电子绕原子核做 圆周运动的速率为”，由牛顿第二定律有好=m,电子劲 能E=2m,联立可得，氢原子处于基态时电子的动能为 且二电势能为瓜=一4二可得基态气原子的色能量为 ke2 ke2 e2 E=B+=2公，同理，电子在第n轨道运动时E= 结合=n,可得氢原子的总能量E,-元子 (2)要使处于n=2能级的氢原子电离，照射光的光子能量应 能使电子从第2能级跃迁到无限远处，则有hw=0-E2, 由能级公式可得E2=22,代入数据解得v≈8,21×104Hz (3)氢原子在四种跃迁a、b、c、d所辐射的光子能量分别记作 E。、E、E。、Ea,它们满足E,=E。+E+E4, 整理可得元充小元格元所以有头大只 入 入a 6A。入。Aa 上分专题10核反应方程与结合能 1.D解析：根据核反应方程X+Am→1，Y+2。n,根据质子数 守恒，设X的质子数为x,则有x+95=119+0,可得x=24,即 X为4Cr,根据质量数守恒，则有54+243=A+2,可得A=295, 故选D. 2.C解析：A.根据电荷数和质量数守恒可知，由Ra到8Ac 的衰变放出电子，则此衰变是B衰变，故A错误；B.对于大 量的原子核，经过n个半衰期还剩没有衰变，故10gRa 原子核经过2T时间后还剩2.5gRa原子核未衰变，Ra 原子核衰变后的生成物和未衰变的Ra原子核总质量大 于2.5g,故B错误，C.设共发生x次α衰变和y次B衰变， 根据电荷数守恒和质量数守恒有90=82+2x-y,228=208+ 4x,解得x=5,y=2,故C正确；D.图中原子核发生的α衰变 和B衰变，往往伴随y射线的产生，故D错误故选C. 3.B解析：A根据电荷数守恒、质量数守恒可知，核反应方程 选择性必修第三册 是U+n→1Ba+Kr+3n,故A错误；B.链式反应是指由裂 变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，故 B正确；C.反应放出能量，生成物更稳定，比结合能更大，故 C错误；D.半衰期针对的是大量原子核的统计规律，对于 64个25不适用，故D错误故选B. 4.C解析：根据质量数、电荷数守恒可知，5U经衰变次数 为235-207=7次，B衰变次数为82-(92-7×2)=4次，后变 成稳定的Pb,衰变方程为U→2Pb+7He+49e,则衰变 过程释放的能量为△E=207E2+28E3-235E1,故选C 5.A解析：A.4He核的比结合能约为7MeV,所以结合能约为 4x7MeV=28MeV,故A正确：B.比结合能越大原子核越稳 定，Li核的比结合能约为5MeV,小于He核的比结合能， 所以He核比Li核更稳定，故B错误：C.两个H核结合成 He核要释放能量，释放的能量约为(4×7-2×2)MeV= 24MeV,故C错误；D.U核的比结合能比Kr核的小，所以 裂变时要放出能量，故D错误故选A. 6.(1)H+gA→8A1+H(2)BR 3 (3)2.74×103W (4)5.49MeV 解析：(1)氘核撞击铝核的核反应方程为H+3A1→A1+H. (2)由题图2可知，两种质子的动能分别为3MeV和9MeV, 02 动能之比为1：3，可知速度之比为1：5，根据evB=m, 可知r=m,可知在磁场中的半径之比为11：2=1：3， eB 由下图可知半径较小的打到A点，半径较大的打到D点，由 几何关系可知。=tan0,2=R,解得0=30°， R 可得A,D的间距L=Ran30=5R 3 D 02- 01 0c0 R (3)若从回旋加速器引出的高能氘核流为1.0mA,则时间t 内射出氘核的数量为n=。,回旋加速器的输出功率P nE_IE10-3A×2.74×10°e -=2.74×103W t e e (4)氘核撞击铝核发生核反应，产生处于某一激发态和基态 的同位素核(4)以及两种不同能量的质子.根据能量守恒 可得，能量为3MeV和9MeV的质子分别对应处于激发态 的Al和处于基态的8AL.激发态的8A1回到基态会释放能 量△E=9MeV-3MeV=6MeV, A1核质量等于4Si核质量，则衰变释放的能量主要来源于 激发态的管A1氏迁产生的能量差△E电子质量为Q51WMey,则衰 2 变释放能量△E'=△E-△mc2=6MeV-0.51MeV=5.49MeV. 黑白题48