第五章 原子核（复习讲义）物理人教版选择性必修第三册

第五章 原子核（复习讲义） 一、基础目标： 1．了解什么是放射性和放射性元素；知道三种射线的本质和特征，会利用带电粒子在电磁场中的偏转判断射线的种类；知道原子核的组成，知道原子核的表示方法，理解原子核的电荷数、质量数，了解同位素。 2．知道两种衰变的实质，会利用衰变规律写出衰变方程；知道核反应及其遵循的规律，会书写核反应方程。知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素，了解放射性同位素在科学与生产领域的应用，了解辐射过量的危害。 3．知道核力的概念、特点和四种基本相互作用；3.知道质量亏损的概念，会应用质能方程进行相关的计算。 4.知道什么是核裂变，知道链式反应及链式反应的条件，会利用质量亏损计算核裂变产生的核能。了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度，了解如何防止核污染；了解粒子的分类及其特点，了解夸克模型。 二、进阶目标： 1.理解衰变的概念，知道放射现象的实质就是原子核的衰变； 2.理解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义及决定因素，能进行与半衰期有关的简单计算； 3.理解结合能和比结合能的概念，会利用比结合能判断原子核的稳定性； 4.知道核聚变的特点和条件，知道核聚变的优点，会判断和书写核聚变反应方程，能计算核聚变释放的能量。 三、拓展目标： 1.原子核衰变过程中，α粒子、β粒子和新原子核在磁场中的轨迹； 2.计算核能的两种常用方法。 知识点 重点归纳 常见易错点 原子核的衰变、半衰期 1.确定衰变次数的方法　　 (1)设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该衰变的方程为X→Y＋nHe＋me。 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A＝A′＋4n Z＝Z′＋2n－m。 (2)因为β衰变对质量数无影响，故先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据电荷数的改变确定β衰变的次数。 2．对半衰期的理解 (1)根据半衰期的概念，可总结出公式 N余＝N原，m余＝m原 式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 (2)半衰期是统计规律，描述的是大量原子核衰变的规律。 (3)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态(如单质、化合物)和外部条件(如温度、压强)无关。 (1)半衰期是一个统计规律，只有对大量的原子核才成立，对少数的原子核无意义。 (2)经过一个半衰期，有半数原子核发生衰变变为其他物质，而不是消失。 (3)衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的外部条件及所处化学状态无关。 （4）衰变放出的粒子是原子核内两个质子和两个中子结合为一个整体释放出来的； （5）衰变放出的电子是原子核内一个中子转化为一个质子和一个电子释放出来的 （6）原子核的衰变满足质量数守恒、但质量并不守恒，存在质量亏损 （7）衰变后的产物更加稳定，所以生成物比反应物更稳定（即比结合能更大） 衰变及三种核反应类型的特征 (1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子并生成一个新核。特征是方程左边只有一个原子核，生成物有α粒子或β粒子。 (2)人工转变：用粒子轰击原子核产生新的原子核。特征是有粒子轰击。 (3)裂变：用粒子轰击重核，产生几个中等质量的核。特征是方程左边必须有轰击粒子和重核，且生成物有几个中等核。 (4)聚变：两个轻核结合成较重的核。特征是方程左边有两个轻核，方程右边有较重的核生成。 (1)熟记常见粒子及原子核的符号是正确书写衰变及核反应方程的基础，(2)衰变及核反应遵循的规律是正确书写衰变及核反应方程或判断某个衰变或核反应方程是否正确的依据，所以要理解、应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律。 (3)生成物中有α粒子的不一定是α衰变，生成物中有β粒子的不一定是β衰变，需认清原子核的衰变、裂变、聚变、人工转变的特点。 （4）衰变及核反应过程一般都是不可逆的，所以衰变及核反应方程只能用单向箭头“→”连接并表示反应方向，不能用等号连接。 核能 1.能量与质量的关系的理解 (1)物体的能量与它的质量相联系，即E＝mc2。 物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。 (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。 (3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 2．核能释放的两种途径的理解 中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定。由比结合能较小的核反应生成比结合能较大的核会释放能量。核能释放一般有两种途径： (1)使较重的核分裂成中等大小的核； (2)使较小的核结合成中等大小的核。 3．计算核能的两种常用方法 (1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中亏损的质量乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。 (2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，得ΔE＝Δm×931.5 MeV/u，计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。 (1)Δm为单个核子的总质量与结合成原子核的质量之差； (2)中等大小的原子核的比结合能最大（但中等大小的原子核平质核子质量最小）。 (3)不知道 （4）不知道 题型一 原子核的组成 【例1】关于天然放射性，下列说法正确的是（　　） A．元素周期表中的所有元素都具有天然放射性 B．射线的实质是高速运动的电子流 C．放射性元素形成化合物后，该元素仍具有放射性 D．和三种射线中，射线的电离能力最强 【变式1-1】（正电子发射型计算机断层显像）的基本原理：将放射性同位素注入人体，参与人体的代谢过程，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据原理，下列说法不正确的是（　　） A．衰变的方程为 B．将放射性同位素注入人体，其作用为示踪原子 C．该正、负电子湮灭的方程为 D．所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期 【变式1-2】天然放射现象放出的三种射线的穿透能力如图所示，下列说法中正确的是（　　） A．三种射线的本质都是电磁波 B．①射线通过气体时很难把气体分子中的电子剥离 C．②射线是高速运动的电子，速度可以接近光速 D．③射线是原子内层电子跃迁时发射的波长很短的电磁波 题型二 原子核的衰变 【例2】离子烟雾报警器是一种常见且广泛使用的火灾报警设备，某离子烟雾报警器用元素充当放射源，的衰变方程为。下列说法正确的是（　　） A．是中子 B．X是质子 C．是氘原子核 D．是氦原子核 【变式2-1】下列关于放射性元素半衰期的说法正确的是（　　） A．半衰期越长对环境的影响时间越长 B．通过化学方法可以改变放射性元素的半衰期 C．通过物理方法可以改变放射性元素的半衰期 D．100个放射性元素原子核经过一个半衰期后剩余50个未衰变的原子核 【变式2-2】我国最新研制的Pu-238核动力电池被应用于探月工程中，用来给“玉兔号”月球车在月球表面的工作提供稳定的能源。的衰变方程为，X、Y代表两种不同的元素，则（　　） A．a=92，b=3 B．a=93，b=3 C．a=92，b=4 D．a=93，b=4 题型三 半衰期 【例3】核污水含铯、锶、氚等多种放射性物质，其中的“氚”难以从水中清除。氚会发生衰变，其半衰期为12.5年，25年后核废水中的氚含量为现在的（　　） A． B． C． D． 【变式3-1】地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定，推算出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时（岩石形成初期时不含铅）的一半。铀238衰变后形成铅206，铀238的含量随时间变化规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数。由此可以判断出（　　） A．铀238的半衰期为90亿年 B．地球的年龄大致为90亿年 C．被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1：4 D．被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1：3 题型四 核反应 【例4】用中子轰击氮核从原子核中打出了粒子X，该实验的核反应方程是，粒子X为（    ） A．质子 B．正电子 C．氘核 D．氦核 【变式4-1】下列有关核反应的描述正确的是（　　） A．卢瑟福发现质子的核反应方程是 B．贝克勒尔发现正电子的核反应方程是 C．查德威克发现中子的核反应方程是 D．约里奥·居里夫妇发现放射性同位素的核反应方程是 【变式4-2】碘131在医学上有重要的应用，用铀235作靶材料可以得到碘131，其核反应方程为，则x、y的值分别为（　　） A．38    2 B．38    3 C．39    2 D．39    3 题型五 结合能 【例5】一个质子和一个中子在满足一定条件下能够结合为一个氘核，同时释放出光子，其反应方程为，若此反应中光子的能量为，则的比结合能为（　　） A． B． C． D． 【变式5-1】 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．核的结合能约为 B．核比核更稳定 C．4个核反应生成核时释放能量 D．核中核子的平均结合能比核中的大 【变式5-2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．比结合能越大的原子核，结合能也一定越大 B．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 C．核子结合成原子核时，要吸收能量 D．每种原子都有自己的特征谱线 题型六 质量亏损与E＝mc2的应用 【例6】用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为8.919MeV的α粒子（），其核反应方程式为：，已知质子质量为1.007825u，锂原子核的质量为7.016004u，α粒子的质量为4.00260u，1u相当于931MeV的能量。若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能，则入射质子的动能约为（　　） A．0.5MeV B．8.4MeV C．8.9MeV D．17.34MeV 【变式6-1】我国自主研发的“华龙一号”反应堆技术利用铀235发生核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为。光速取，若核反应的质量亏损为1g，释放的核能为，则k和的值分别为（    ） A．2， B．3， C．2， D．3， 【变式6-2】静止的镭核发生衰变，释放出的粒子的动能为，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，则衰变过程中总的质量亏损是（    ） A． B． C． D． 题型七 核裂变 【例7】2023年山东省荣成市石岛湾高温气冷堆核电站正式投入商运，标志着我国第四代核电技术达到世界领先水平。电站以气体为冷却剂，由热中子引发链式反应，关于该电站的核反应下列说法正确的是（　　） A．核反应方程为 B．任意大小的铀块都可以发生链式反应 C．链式反应中镉棒的作用是使快中子变成慢中子 D．热中子的速度与热运动的速度相当时最适于引发核裂变 【变式7-1】我国自主研发的“玲珑一号”核反应堆，是全球最小的商用核反应堆，核反应方程为，反应产物会发生衰变。已知核、、和的质量分别是、、和，为，真空中的光速。则下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中的， B．核的比结合能小于核的比结合能 C．的衰变方程为 D．一个核裂变放出的核能约为 题型八 反应堆与核电站 【例8】为使链式反应能够持续地进行，可采用办法是（　　） A．减小铀块体积 B．用石墨慢化中子 C．用镉棒吸收中子 D．铀核裂变释放的中子直接去轰击另外的铀核 【变式8-1】（多选）关于铀核裂变，下列说法正确的是（　　） A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核 B．铀核裂变时还能同时释放个中子 C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀235而不用铀238 D．铀块的体积对产生链式反应无影响 【变式8-2】2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。核聚变和核裂变是两种核反应的形式。下列关于核聚变和核裂变的说法正确的是（　　） A．核电站获得核能的典型核反应方程为 B．核聚变反应可以自发进行，不需要任何条件 C．核聚变和核裂变均放出能量 D．我国的核电站都是采用核聚变发电的 题型九 核聚变 【例9】核动力潜艇是潜艇的一种类型，指以核反应堆为动力来源设计的潜艇。在核反应中有一种是原子核在中子的轰击下发生的一种可能的裂变反应，其裂变方程为，则下列叙述正确的是（   ） A．X原子核中含有54个质子 B．X原子核中含有76个中子 C．裂变时释放能量，但总质量没有改变 D．裂变时释放能量，出现质量亏损，质量数不守恒 【变式9-1】（多选）月球储藏大量可控核聚变理想燃料氦－3，2020年12月1日，我国嫦娥五号探测器成功着陆月面后开始“挖土”并成功带回地面供科学研究。核聚变反应方程为或。下列说法正确的是（　　） A．X是中子 B．Y是正电子 C．核聚变过程发生质量亏损，释放核能 D．比的原子核更稳定 【变式9-2】我国可控核聚变技术已经走在了世界前列，3月28日，位于四川成都的新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现了原子核和电子温度均突破1亿摄氏度。氘核（）和氚核（）结合成氦核（）时，要放出某种质量m=1.0087u的粒子，同时释放出能量。已知氘核质量m氘=2.0141u，氚核质量m氚=3.0161u，氦核质量m氦=4.0026u，根据爱因斯坦的质能方程可知1u的质量相当于931.5MeV的能量。取阿伏加德罗常数，氘核的摩尔质量为。 (1)写出该核聚变反应的核反应方程式； (2)求m0=4g的氘核完全参与上述核聚变反应所释放的核能。（计算结果保留2位有效数字） 题型十 α粒子、β粒子和新原子核在磁场中的轨迹 【例10】云室是一种可以显示带电粒子运动径迹的装置。将云室置于垂直纸面向里的匀强磁场中，云室中一静止的发生了一次衰变，其衰变产物为新的原子核X和粒子Y。观察到X、Y在磁场中的运动轨迹互为外切的圆，如图所示，下列说法正确的是（    ） A．的衰变为β衰变 B．X的运动轨迹为右侧的小圆 C．X和Y的物质波波长不相等 D．改变磁场的磁感应强度时，的半衰期会发生改变 【变式10-1】静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子和反冲核的轨道半径之比为44∶1，如图所示，则（    ） A．粒子与反冲核的动量相同 B．原来放射性元素的核电荷数为90 C．反冲核的核电荷数为86 D．图中右侧是粒子的运动轨迹 【变式10-2】（多选）在匀强磁场中有两个静止原子核发生衰变，放出两种粒子分别为α粒子、β粒子，其衰变方程为：，，在磁场中得到4条粒子径迹如图所示，下列说法正确的是 A．匀强磁场方向垂直纸面向里 B．②为β粒子，③为α粒子 C．②顺时针转动，④顺时针转动 D．②动能比①大，③动能比④大 基础巩固通关测 一、单选题 1．一种以钚−238为燃料的核电池，利用α衰变过程中释放的能量，通过温差发电器转化为电能。其释放出的α射线（　　） A．是高频的电磁波 B．穿透能力比β射线强 C．电离能力比γ射线强 D．在中子转化为质子过程中产生 2．如图所示，天然放射源放射出的射线从容器的小孔射出，经过垂直纸面向里的匀强磁场，射线分裂成a、b、c三束。三者对比后得出下列说法正确的是（　　） A．a称为α射线，电离作用最强，穿透能力最差 B．b称为β射线，电离作用较弱，穿透能力较强 C．c称为γ射线，电离作用最弱，穿透能力最强 D．电离作用最强的是a射线，电离作用最弱的是b射线 3．在垂直纸面向里的匀强磁场中，静止的核先发生一次α衰变产生了新核X，随后新核X又发生一次β衰变产生了新核Y。已知α粒子质量为m1、β粒子质量为m2、新核Y质量为m3，不考虑粒子间的相互作用，各粒子只在纸面内运动。则下列说法中正确的是（　　） A．核发生α衰变后，α粒子和新核X的运动轨迹为内切圆 B．核发生α衰变后，α粒子与新核X在磁场中运动轨迹半径之比为45∶1 C．新核X发生β衰变的半衰期等于其放出一个β粒子所经历的时间 D．α粒子、β粒子、新核Y在磁场中运动的周期之比为m1∶m2∶m3 4．在匀强磁场中的A点，有一个静止的原子核发生了衰变，衰变后射出的粒子及新核恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹如图所示，两圆的半径之比为44∶1。则下列说法中正确的是（　　） A．该原子核发生的是α衰变 B．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向外 C．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D．衰变前的原子核内质子数为45 5．核污水中含有的放射性元素（如）会对海洋生态造成长期危害。已知发生衰变时的核反应方程为：，该过程释放能量为，的结合能为，的结合能为。已知真空中光速为，则（    ） A． B．该衰变过程质量亏损 C．的比结合能小于的比结合能 D．不同季节，衰变的快慢不同 6．如图所示是原子核的比结合能与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的比结合能，如的比结合能约为8.3MeV，的比结合能约为8.0MeV，的比结合能约为7.7MeV，的比结合能约为7.0MeV，根据该图像判断下列说法正确的是（　　） A．随着原子核质量数的增加，原子核的比结合能增大 B．核的比结合能比核大，因此核比核更稳定 C．把核分成4个核要释放约16MeV的能量 D．把核分成2个核要吸收约14.4MeV的能量 7．中国科学院近代物理研究所科研团队首次成功合成新原子核。该原子核存在一种衰变链，其中第1次由衰变成原子核，第2次由衰变成原子核。下列说法正确的是（　　） A．原子核的比结合能比原子核的比结合能大 B．100个原子核经过一个半衰期后一定还剩余50个 C．原子核发生衰变时需要从外界吸收能量 D．上述两次衰变均为α衰变 8．应用放射性元素的衰变规律，可以测定矿石、地层的生成年代，这种方法称为铀铅法。放射性元素经过x次��衰变和y次β衰变，最终形成铅的稳定同位素，同时释放出γ射线，则（　　） A．x=6，y=8 B．与的半衰期一定相同 C．每发生一次β衰变，将有一个中子转化为一个质子 D．γ射线是由核外电子从高能级向低能级跃迁产生的 9．钠的放射性同位素经过一次衰变后产生稳定的镁（）。已知的半衰期为15h，将放射强度为每秒次的，溶液样本倒入某水池中，45h后从该水池中取50mL的水，测得其放射强度为每秒20次。下列说法正确的是（    ） A．该衰变过程为衰变 B．进入到水池后半衰期发生变化 C．水池中水的体积约为 D．水池中水的体积约为 10．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表示中子数，表示质子数，则下列说法正确的是（　　） A．由到的衰变是衰变 B．若的半衰期是，则个原子核经过后还剩个 C．从到共发生次衰变和次衰变 D．图中发生和衰变时，往往伴随着射线产生 11．放射性元素衰变快慢有一定的规律，医用碘131是不稳定的，会发生β衰变，现有碘131质量为，测出不同时刻未衰变碘的质量与初始时刻质量的比值，作出其比值对数随时间变化规律如图所示，下列说法正确的是（　　） A．碘131的半衰期为16天 B．经过16天已衰变碘131的质量为 C．每经过8天，未衰变碘131质量变为衰变前的一半 D．对于任意选定的几个碘131原子核可以根据半衰期预测它们的衰变时间 12．放射性元素会衰变为稳定的，半衰期约为，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻与的原子数量之比为，则后，与的原子数量之比为（　　） A． B． C． D． 13．电子发射断层显像（PET）是一种先进的医疗成像技术，常利用氟的放射性衰变来标记药物，从而对人体内部器官进行成像。氟的半衰期约为110分钟，其衰变方程为，以下关于该衰变过程的说法正确的是（　　） A．X为正电子 B．给氟施加高压，其半衰期会缩短 C．氟衰变时，释放能量，所以质量数不守恒 D．若有100个氟原子核，经过220分钟后，大约还剩下25个未衰变 二、多选题 14．一个氘核（）与一个氚核（）聚合成一个氦核（）的同时放出一个粒子，释放17.6MeV的能量，不计生成物的动能。已知氘核、氚核的比结合能分别为1.09MeV、2.78MeV，光速。下列说法正确的是（　　） A．该反应中的质量亏损为 B．该反应中的质量亏损为 C．氦原子核的比结合能为3.51MeV D．氦原子核的比结合能为7.03MeV 三、解答题 15．太阳主要是由等粒子组成。维持太阳辐射的是其内部的核聚变反应，核反应方程是，该核反应产生的核能最后转化为辐射能。根据恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的核数目比现在减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化模型，假定目前太阳全部由和核组成，并据此回答下列问题。 (1)已知电子质量，质子质量，核质量。求题中所述的核聚变反应所释放的核能。（结果保留一位有效数字） (2)已知太阳的质量为，日地平均距离为，地球上与太阳垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能为。试估算太阳继续保持在主序星阶段的寿命。（结果保留一位有效数字） 16．2025年5月1日，中国紧凑型聚变能实验装置（BEST）综合研究设施园区正式启动，该装置将在第一代中国人造太阳（EAST）基础之上首次演示聚变能发电。同年1月20日，EAST首次实现1亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行。在真空室内加入氘（）和氚（）进行核聚变反应生成的同时放出一个中子（）。 (1)写出该核聚变反应的方程式； (2)若已知平均核子质量为、平均核子质量为、平均核子质量为、中子（）质量为，真空中光速为c，求一个氘（）和一个氚（）进行核聚变反应释放的核能E； (3)若已知氘（）的比结合能为，氚（）的比结合能为，一个氘（）和一个氚（）进行核聚变反应释放的核能E，求的比结合能（用字母和和E表示）。 17．氡（）是一种天然的放射性元素，氡核发生衰变后变成钋核（），氡的衰变规律如图所示。已知核质量为，核质量为，粒子的质量为，原子质量单位1u相当于931.5MeV的能量。 (1)写出衰变方程； (2)原子核衰变为的过程中释放的能量为多少MeV； (3)假设一块矿石中含有4kg的，经过19天后，还剩多少。 能力提升进阶练 一、单选题 1．（2026·贵州黔东南·模拟预测）中子是构成原子核的重要粒子之一，由查德威克于1932年发现。查德威克发现中子的核反应方程为，关于反应物的电荷数与质量数，下列判断正确的是（　　） A． B． C． D． 2．（2025·湖南长沙·模拟预测）发现质子的核反应方程为。患有严重心衰及具有高风险心脏骤停的病人，植入心脏起搏器（如图）是现在比较有效的治疗方式，有些心脏起搏器的电池是Z粒子辐射电池，它是一种利用放射性同位素衰变时释放的Z粒子直接转换为电能的装置，衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中的X为 B．查德威克通过实验证实了质子的存在 C．衰变方程中的Z为 D．Sr衰变的核反应前后质量数不守恒 3．（2026·江苏·模拟预测）中国的紧凑型聚变能实验装置BEST预计于2027年竣工，有望成为人类历史上首个实现核聚变发电的装置。其核聚变反应为，该反应释放的能量约为17.6MeV，已知光速（，，该反应中粒子X和质量亏损分别为（    ） A．， B．， C．， D．， 4．（2026·辽宁·模拟预测）2025年10月，我国重大科技基础设施——强流重离子加速器装置（HIAF）调试成功，这为我国科学家进行后续的超重（）元素合成实验提供了新工具。如果某次实验中，科学家发现生成的超重元素的同位素（超重核素）经过7次α衰变后的产物是。由此，可判定生成的超重核素的原子序数和质量数分别是（　　） A．119，284 B．119，298 C．133，284 D．133，298 5．（2026·河北石家庄·一模）患者服用碘131后，碘131会聚集到人体的甲状腺区域，可用于靶向治疗甲状腺疾病。某次治疗中，医生给患者服用一定量的碘131，并记录其原子核数目随时间的变化情况，得到如下关系：当时，；当天时，。则碘131的半衰期约为（　　） A．4天 B．6天 C．8天 D．12天 6．（2026·江苏·一模）下列实验或现象揭示了原子核具有内部结构的是（　　） A．电子的发现 B．粒子散射实验 C．氢原子光谱 D．天然放射现象 7．（2026·河南濮阳·一模）“钴60”衰变时释放的射线，广泛应用于工业、农业、医疗、科学研究和教育等领域。已知钴60的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．比射线电离能力强 B．来自钴60原子核外 C．40个“钴60”原子核，经过2个半衰期还剩10个 D．核的平均核子质量比小 8．（2026·安徽合肥·模拟预测）中国科学院在2025年11月1日发布消息，位于甘肃省武威市民勤县的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆，已成功实现了钍铀核燃料转换。钍基熔盐堆内的链式反应示意图如图所示，下列相关判断中正确的是（　　） A．核反应属于核聚变反应 B．一个核27天后必将发生衰变生成 C．压强增大，的半衰期变小 D．钍基熔盐堆是利用中子轰击引起的链式反应来获取核能的 9．（2026·浙江绍兴·二模）近年来，中科院宣布紧凑型聚变能实验装置（BEST）正在安装，中国“人造太阳”预计2027年竣工。“人造太阳”的主要核聚变反应式为：，下列说法正确的是（    ） A．X是质子 B．比更稳定 C．核聚变可在常温下发生 D．“人造太阳”与核电站核反应类型相同 10．（2026·河北·一模）与发生的三种核反应：，，。下列结合能关系排列正确的是（　　） A． B． C． D． 11．（2026·天津红桥·一模）在家庭装修中一般要尽量减少石材的使用，这主要是因为其中含有放射性元素氡，氡核（）发生一次衰变后生成新核钋（）和一个粒子X，氡核的半衰期为3.8天。下列说法正确的是（　　） A．氡核发生的是衰变 B．粒子X的电离能力很强 C．若有40个氡原子核，经过7.6天一定还剩下10个氡原子核 D．钋核（）比氡核（）的比结合能小 12．（2026·湖北宜昌·一模）氟具有放射性，可用来标记药物，其衰变方程为。某含的化合物中，核的数量与核的数量比值k随时间t变化的图线如图所示，则的半衰期为（　　） A．年 B．年 C．年 D．年 13．（2026·浙江宁波·二模）我国计划利用月球土壤中丰富的钛资源建造小型核反应堆，为未来的月球基地提供持续能源。该反应堆中涉及的部分核反应方程如下：①，②，③。下列说法正确的是（　　） A．方程①中的X是质子 B．比少一个中子 C．方程③中的电子来自原子的内层电子 D．月球上的真空及低温环境使钍的半衰期变长 二、多选题 14．（2026·浙江温州·二模）2025年全球首个全超导非圆截面托卡马克——“东方超环”，技术成果取得关键突破。一种典型的聚变反应是一个氘核和一个氚核聚变成氦核和某种强子x，已知、、和x的质量分别为、、和，1u相当于，阿伏伽德罗常数为，元电荷，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为，其中为质子 B．该核反应过程中释放的能量约为 C．氘完全参与该核反应时释放出能量的数量级为 D．要使该核聚变发生，必须使氘核和氚核的距离达到以内，让核力起作用 15．（2026·贵州·模拟预测）在恒星内部的氦燃烧过程中，通常是先由两个氦核结合成不稳定的铍核，核反应方程为，紧接着铍核再捕获第三个氦核生成碳核，核反应方程为。相关原子核的质量如表所示，则（　　） 原子核 质量 A．在核反应中，质量亏损 B．在核反应中，中子数不守恒 C．在核反应中，会释放出核能 D．的比结合能大于的比结合能 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 原子核（复习讲义） 一、基础目标： 1．了解什么是放射性和放射性元素；知道三种射线的本质和特征，会利用带电粒子在电磁场中的偏转判断射线的种类；知道原子核的组成，知道原子核的表示方法，理解原子核的电荷数、质量数，了解同位素。 2．知道两种衰变的实质，会利用衰变规律写出衰变方程；知道核反应及其遵循的规律，会书写核反应方程。知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素，了解放射性同位素在科学与生产领域的应用，了解辐射过量的危害。 3．知道核力的概念、特点和四种基本相互作用；3.知道质量亏损的概念，会应用质能方程进行相关的计算。 4.知道什么是核裂变，知道链式反应及链式反应的条件，会利用质量亏损计算核裂变产生的核能。了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度，了解如何防止核污染；了解粒子的分类及其特点，了解夸克模型。 二、进阶目标： 1.理解衰变的概念，知道放射现象的实质就是原子核的衰变； 2.理解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义及决定因素，能进行与半衰期有关的简单计算； 3.理解结合能和比结合能的概念，会利用比结合能判断原子核的稳定性； 4.知道核聚变的特点和条件，知道核聚变的优点，会判断和书写核聚变反应方程，能计算核聚变释放的能量。 三、拓展目标： 1.原子核衰变过程中，α粒子、β粒子和新原子核在磁场中的轨迹； 2.计算核能的两种常用方法。 知识点 重点归纳 常见易错点 原子核的衰变、半衰期 1.确定衰变次数的方法　　 (1)设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该衰变的方程为X→Y＋nHe＋me。 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A＝A′＋4n Z＝Z′＋2n－m。 (2)因为β衰变对质量数无影响，故先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据电荷数的改变确定β衰变的次数。 2．对半衰期的理解 (1)根据半衰期的概念，可总结出公式 N余＝N原，m余＝m原 式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 (2)半衰期是统计规律，描述的是大量原子核衰变的规律。 (3)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态(如单质、化合物)和外部条件(如温度、压强)无关。 (1)半衰期是一个统计规律，只有对大量的原子核才成立，对少数的原子核无意义。 (2)经过一个半衰期，有半数原子核发生衰变变为其他物质，而不是消失。 (3)衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的外部条件及所处化学状态无关。 （4）衰变放出的粒子是原子核内两个质子和两个中子结合为一个整体释放出来的； （5）衰变放出的电子是原子核内一个中子转化为一个质子和一个电子释放出来的 （6）原子核的衰变满足质量数守恒、但质量并不守恒，存在质量亏损 （7）衰变后的产物更加稳定，所以生成物比反应物更稳定（即比结合能更大） 衰变及三种核反应类型的特征 (1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子并生成一个新核。特征是方程左边只有一个原子核，生成物有α粒子或β粒子。 (2)人工转变：用粒子轰击原子核产生新的原子核。特征是有粒子轰击。 (3)裂变：用粒子轰击重核，产生几个中等质量的核。特征是方程左边必须有轰击粒子和重核，且生成物有几个中等核。 (4)聚变：两个轻核结合成较重的核。特征是方程左边有两个轻核，方程右边有较重的核生成。 (1)熟记常见粒子及原子核的符号是正确书写衰变及核反应方程的基础，(2)衰变及核反应遵循的规律是正确书写衰变及核反应方程或判断某个衰变或核反应方程是否正确的依据，所以要理解、应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律。 (3)生成物中有α粒子的不一定是α衰变，生成物中有β粒子的不一定是β衰变，需认清原子核的衰变、裂变、聚变、人工转变的特点。 （4）衰变及核反应过程一般都是不可逆的，所以衰变及核反应方程只能用单向箭头“→”连接并表示反应方向，不能用等号连接。 核能 1.能量与质量的关系的理解 (1)物体的能量与它的质量相联系，即E＝mc2。 物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。 (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。 (3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 2．核能释放的两种途径的理解 中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定。由比结合能较小的核反应生成比结合能较大的核会释放能量。核能释放一般有两种途径： (1)使较重的核分裂成中等大小的核； (2)使较小的核结合成中等大小的核。 3．计算核能的两种常用方法 (1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中亏损的质量乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。 (2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，得ΔE＝Δm×931.5 MeV/u，计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。 (1)Δm为单个核子的总质量与结合成原子核的质量之差； (2)中等大小的原子核的比结合能最大（但中等大小的原子核平质核子质量最小）。 (3)不知道 （4）不知道 题型一 原子核的组成 【例1】关于天然放射性，下列说法正确的是（　　） A．元素周期表中的所有元素都具有天然放射性 B．射线的实质是高速运动的电子流 C．放射性元素形成化合物后，该元素仍具有放射性 D．和三种射线中，射线的电离能力最强 【答案】C 【详解】A．天然放射性是某些重元素（如铀、钍等）自发衰变的性质，并非元素周期表中所有元素都具有，稳定元素无天然放射性故A错误； B．γ射线是高频电磁波（光子流），实质为电磁辐射；高速运动的电子流是β射线的实质，故B错误； C．放射性由原子核内部结构决定，化学状态（如形成化合物）不改变核性质，因此该元素仍具有放射性，故C正确； D．α、β、γ三种射线中，α射线（氦核）电荷多、质量大，电离能力最强；γ射线不带电，电离能力最弱，故D错误。 故选C。 【变式1-1】（正电子发射型计算机断层显像）的基本原理：将放射性同位素注入人体，参与人体的代谢过程，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据原理，下列说法不正确的是（　　） A．衰变的方程为 B．将放射性同位素注入人体，其作用为示踪原子 C．该正、负电子湮灭的方程为 D．所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期 【答案】C 【详解】A．衰变的方程为 故A正确，不符合题意； B．将放射性同位素注入人体，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像，故其作用为示踪原子，故B正确，不符合题意； C．该正、负电子湮灭后生成两个光子，即 故C错误，符合题意； D．所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期，否则无法通过探测器探测到，故D正确，不符合题意。 本题选不正确的，故选C。 【变式1-2】天然放射现象放出的三种射线的穿透能力如图所示，下列说法中正确的是（　　） A．三种射线的本质都是电磁波 B．①射线通过气体时很难把气体分子中的电子剥离 C．②射线是高速运动的电子，速度可以接近光速 D．③射线是原子内层电子跃迁时发射的波长很短的电磁波 【答案】C 【详解】A．①射线被纸挡住，说明其穿透能力最弱，应为α射线；②射线能穿透纸但被铝挡住，说明其穿透能力中等，应为β射线。α射线和β射线都是实物粒子，不是电磁波，故A错误； B．①射线是α射线，α射线具有较强的电离能力，容易使气体分子中的电子剥离，产生电离效应，故B错误； C．②射线是β射线，β射线是高速运动的电子，其速度可以接近光速，故C正确； D．③射线能穿透铝，但被铅挡住，说明其穿透能力最强，应为γ射线，γ射线是由原子核内部变化产生的电磁波，而不是原子内层电子跃迁产生的，原子内层电子跃迁产生的电磁波是X射线，故D错误。 故选C。 题型二 原子核的衰变 【例2】离子烟雾报警器是一种常见且广泛使用的火灾报警设备，某离子烟雾报警器用元素充当放射源，的衰变方程为。下列说法正确的是（　　） A．是中子 B．X是质子 C．是氘原子核 D．是氦原子核 【答案】D 【详解】根据衰变过程满足质量数和电荷数守恒可知，的质量数为4，电荷数为2，则是氦原子核。 故选D。 【变式2-1】下列关于放射性元素半衰期的说法正确的是（　　） A．半衰期越长对环境的影响时间越长 B．通过化学方法可以改变放射性元素的半衰期 C．通过物理方法可以改变放射性元素的半衰期 D．100个放射性元素原子核经过一个半衰期后剩余50个未衰变的原子核 【答案】A 【详解】A．半衰期越长，放射性元素衰变越慢，在环境中存留时间越长，对环境的影响时间也越长，故A正确； B．半衰期由原子核内部结构决定，化学方法无法改变其半衰期，故B错误； C．物理方法（如温度、压力等）同样无法改变半衰期，故C错误； D．半衰期是统计规律，对少量原子核（如100个）无法保证恰好剩余50个未衰变，故D错误。 故选A。 【变式2-2】我国最新研制的Pu-238核动力电池被应用于探月工程中，用来给“玉兔号”月球车在月球表面的工作提供稳定的能源。的衰变方程为，X、Y代表两种不同的元素，则（　　） A．a=92，b=3 B．a=93，b=3 C．a=92，b=4 D．a=93，b=4 【答案】C 【详解】根据衰变方程的质量数和电荷数守恒，由质量数守恒 由电荷数守恒 故选C。 题型三 半衰期 【例3】核污水含铯、锶、氚等多种放射性物质，其中的“氚”难以从水中清除。氚会发生衰变，其半衰期为12.5年，25年后核废水中的氚含量为现在的（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】氚的半衰期为12.5年，经过时间t后剩余质量公式为 代入数据解得 故选C。 【变式3-1】地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定，推算出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时（岩石形成初期时不含铅）的一半。铀238衰变后形成铅206，铀238的含量随时间变化规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数。由此可以判断出（　　） A．铀238的半衰期为90亿年 B．地球的年龄大致为90亿年 C．被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1：4 D．被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1：3 【答案】D 【详解】AB．由于测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时的一半，由图像可知对应的时间是45亿年，即地球年龄大约为45亿年，半衰期为45亿年,故AB错误； CD．由图像可知，90亿年对应的 设铅原子的数目为N'，则有 解得 即90亿年时的铀、铅原子数之比为1：3，故C错误，D正确。 故选D。 【变式3-2】 题型四 核反应 【例4】用中子轰击氮核从原子核中打出了粒子X，该实验的核反应方程是，粒子X为（    ） A．质子 B．正电子 C．氘核 D．氦核 【答案】A 【详解】根据核反应质量数和电荷数守恒，核反应方程为 可知粒子X为质子。 故选A。 【变式4-1】下列有关核反应的描述正确的是（　　） A．卢瑟福发现质子的核反应方程是 B．贝克勒尔发现正电子的核反应方程是 C．查德威克发现中子的核反应方程是 D．约里奥·居里夫妇发现放射性同位素的核反应方程是 【答案】D 【详解】A．卢瑟福发现质子的核反应方程是 A错误； B．居里夫妇发现正电子的核反应方程是 B错误； C．查德威克发现中子的核反应方程是 C错误； D．约里奥·居里夫妇发现放射性同位素的核反应方程是 D正确。 故选D。 【变式4-2】碘131在医学上有重要的应用，用铀235作靶材料可以得到碘131，其核反应方程为，则x、y的值分别为（　　） A．38    2 B．38    3 C．39    2 D．39    3 【答案】D 【详解】根据电荷数守恒可知，X的电荷数为 根据质量数守恒可知，故选D。 题型五 结合能 【例5】一个质子和一个中子在满足一定条件下能够结合为一个氘核，同时释放出光子，其反应方程为，若此反应中光子的能量为，则的比结合能为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】光子的能量就是核反应释放的核能，等于的比结合能与核子数的乘积，由于有2个核子，故的比结合能为。 故选A。 【变式5-1】 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．核的结合能约为 B．核比核更稳定 C．4个核反应生成核时释放能量 D．核中核子的平均结合能比核中的大 【答案】C 【详解】A．由题图可知核的比结合能约为7 MeV，所以结合能约为4×7 MeV＝28MeV，故A错误； B．核的比结合能比核的比结合能小，所以核更稳定，故B错误； C．4个核反应生成核，由比结合能小的反应生成比结合能大的要释放能量，故C正确； D．核中核子的平均结合能比核中的小，故D错误。 故选C。 【变式5-2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．比结合能越大的原子核，结合能也一定越大 B．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 C．核子结合成原子核时，要吸收能量 D．每种原子都有自己的特征谱线 【答案】BD 【详解】A．比结合能越大的原子核越稳定，比结合能是结合能与核子数之比，结合能的大小还要考虑核子数，因此它的结合能不一定越大，故A错误； B．从分解的角度分析可知，原子核的结合能等于将原子核完全分解成自由发散的核子所需的最小能量，故B正确； C．单个分散的自由核子的总质量大于由它们构成的原子核的质量，根据质能方程可知，核子结合成原子核时，要释放能量，故C错误； D．每种原子在跃迁过程释放或吸收的光子不完全相同，可知每种原子都有自己的特征谱线，故D正确。 故选BD。 题型六 质量亏损与E＝mc2的应用 【例6】用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为8.919MeV的α粒子（），其核反应方程式为：，已知质子质量为1.007825u，锂原子核的质量为7.016004u，α粒子的质量为4.00260u，1u相当于931MeV的能量。若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能，则入射质子的动能约为（　　） A．0.5MeV B．8.4MeV C．8.9MeV D．17.34MeV 【答案】A 【详解】该反应放出能量为 则入射质子的动能为 故选A。 【变式6-1】我国自主研发的“华龙一号”反应堆技术利用铀235发生核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为。光速取，若核反应的质量亏损为1g，释放的核能为，则k和的值分别为（    ） A．2， B．3， C．2， D．3， 【答案】B 【详解】根据核反应前后质量数守恒有 解得 根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为 故ACD错误，B正确； 故选B。 【变式6-2】静止的镭核发生衰变，释放出的粒子的动能为，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，则衰变过程中总的质量亏损是（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】镭核发生衰变的衰变方程为 令氦核的质量为，氡核的质量为，则根据动量守恒定律可得 其中 所以氡核的动能为 根据爱因斯坦质能方程，总的质量亏损为 故选B。 题型七 核裂变 【例7】2023年山东省荣成市石岛湾高温气冷堆核电站正式投入商运，标志着我国第四代核电技术达到世界领先水平。电站以气体为冷却剂，由热中子引发链式反应，关于该电站的核反应下列说法正确的是（　　） A．核反应方程为 B．任意大小的铀块都可以发生链式反应 C．链式反应中镉棒的作用是使快中子变成慢中子 D．热中子的速度与热运动的速度相当时最适于引发核裂变 【答案】D 【详解】A．核电站的链式反应是吸收中子后发生的裂变，而选项A给出的是的衰变方程，与核裂变无关，A错误； B．链式反应需铀块达到临界体积，否则中子逃逸无法维持反应，B错误； C．镉棒通过吸收中子控制反应速度，慢化剂（如石墨）负责减速中子，C错误； D．热中子速度与热运动速度相当时（即慢中子），易被铀核捕获引发裂变，D正确。 故选D。 【变式7-1】我国自主研发的“玲珑一号”核反应堆，是全球最小的商用核反应堆，核反应方程为，反应产物会发生衰变。已知核、、和的质量分别是、、和，为，真空中的光速。则下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中的， B．核的比结合能小于核的比结合能 C．的衰变方程为 D．一个核裂变放出的核能约为 【答案】B 【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程中的，，故A错误； B．核反应的产物比反应物更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，可知核的比结合能小于核的比结合能，故B正确； C．根据题意可知，会发生衰变，因此其衰变方程为 故C错误； D．根据爱因斯坦的质能方程有 解得 故D错误。 故选B。 题型八 反应堆与核电站 【例8】为使链式反应能够持续地进行，可采用办法是（　　） A．减小铀块体积 B．用石墨慢化中子 C．用镉棒吸收中子 D．铀核裂变释放的中子直接去轰击另外的铀核 【答案】B 【详解】A．减小铀块体积会导致中子逃逸增多，可能低于临界体积，链式反应难以持续，故A错误； B．用石墨慢化中子，将快中子减速为热中子，提高被铀-235捕获的概率，维持链式反应，故B正确； C．镉棒吸收中子会减少可用中子数量，可能使再生率低于1，故C错误； D．裂变释放的快中子需经慢化后才能有效引发后续裂变，直接轰击效率低，故D错误。 故选B。 【变式8-1】（多选）关于铀核裂变，下列说法正确的是（　　） A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核 B．铀核裂变时还能同时释放个中子 C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀235而不用铀238 D．铀块的体积对产生链式反应无影响 【答案】BC 【详解】AB．铀核受到中子的轰击，会引起核裂变，放出个中子，裂变的产物是多样的，具有极大的偶然性，只是裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，故A错误，B正确； C．铀235受慢中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在以上的中子才能引起裂变，且裂变的概率小，故C正确； D．要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故D错误。 故选BC。 【变式8-2】2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。核聚变和核裂变是两种核反应的形式。下列关于核聚变和核裂变的说法正确的是（　　） A．核电站获得核能的典型核反应方程为 B．核聚变反应可以自发进行，不需要任何条件 C．核聚变和核裂变均放出能量 D．我国的核电站都是采用核聚变发电的 【答案】C 【详解】A．核电站获得核能的典型核反应方程为 故A错误； B．轻核聚变需要很高的温度，使发生反应的两个核有较大的相对动能，故B错误； C．核聚变和核裂变均放出能量，故C正确； D．我国的核电站都是采用核裂变发电的，故D错误。 故选C。 题型九 核聚变 【例9】核动力潜艇是潜艇的一种类型，指以核反应堆为动力来源设计的潜艇。在核反应中有一种是原子核在中子的轰击下发生的一种可能的裂变反应，其裂变方程为，则下列叙述正确的是（   ） A．X原子核中含有54个质子 B．X原子核中含有76个中子 C．裂变时释放能量，但总质量没有改变 D．裂变时释放能量，出现质量亏损，质量数不守恒 【答案】A 【详解】AB．根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒定律可知235+1=a+94+2，92+0=b+38+0 可知X的质量数a=140 则X的电荷数为b=54 则中子数140-54=86，质子数为54，故A正确，B错误； CD．裂变时质量数守恒，裂变时释放能量，根据质能方程，有质量亏损，总质量减少，故CD错误。 故选A。 【变式9-1】（多选）月球储藏大量可控核聚变理想燃料氦－3，2020年12月1日，我国嫦娥五号探测器成功着陆月面后开始“挖土”并成功带回地面供科学研究。核聚变反应方程为或。下列说法正确的是（　　） A．X是中子 B．Y是正电子 C．核聚变过程发生质量亏损，释放核能 D．比的原子核更稳定 【答案】AC 【详解】AC．根据质量数守恒和电荷数守恒可得：的质量数为 电荷数为，为中子，的质量数为 电荷数为，为质子，故A正确，故B错误； C．核聚变反应过程中，由于质量亏损所以会释放出核能，故C正确； D．质量数越接近中等核的原子核比结合能越大，所以比的比结合能大，也更稳定，故D错误。 故选AC。 【变式9-2】我国可控核聚变技术已经走在了世界前列，3月28日，位于四川成都的新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现了原子核和电子温度均突破1亿摄氏度。氘核（）和氚核（）结合成氦核（）时，要放出某种质量m=1.0087u的粒子，同时释放出能量。已知氘核质量m氘=2.0141u，氚核质量m氚=3.0161u，氦核质量m氦=4.0026u，根据爱因斯坦的质能方程可知1u的质量相当于931.5MeV的能量。取阿伏加德罗常数，氘核的摩尔质量为。 (1)写出该核聚变反应的核反应方程式； (2)求m0=4g的氘核完全参与上述核聚变反应所释放的核能。（计算结果保留2位有效数字） 【答案】(1) (2) 【详解】（1）该核反应方程式为 （2）该核反应中的质量亏损 一次核聚变反应中释放的核能 4g氘核含有氘核的数目为 4g氘核完全参与上述核聚变反应所释放的核能 代入数据解得 题型十 α粒子、β粒子和新原子核在磁场中的轨迹 【例10】云室是一种可以显示带电粒子运动径迹的装置。将云室置于垂直纸面向里的匀强磁场中，云室中一静止的发生了一次衰变，其衰变产物为新的原子核X和粒子Y。观察到X、Y在磁场中的运动轨迹互为外切的圆，如图所示，下列说法正确的是（    ） A．的衰变为β衰变 B．X的运动轨迹为右侧的小圆 C．X和Y的物质波波长不相等 D．改变磁场的磁感应强度时，的半衰期会发生改变 【答案】B 【详解】A．静止的原子核发生了一次衰变，根据动量守恒定律可知，衰变后的两粒子速度方向相反，两粒子在磁场中的运动轨迹是互为外切的圆，可见两粒子电性相同，所以发生的衰变应为衰变，为，为，故A错误； B．根据动量守恒定律可知，和的动量大小相等，由粒子运动半径 可知，因为的电荷量大于的电荷量，所以的轨道半径较小，故B正确； C．因为和的动量大小相等，由 可知，和的物质波波长相等，故C错误； D．半衰期由原子核内部的因素决定，与外界因素无关，故D错误。 故选B。 【变式10-1】静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子和反冲核的轨道半径之比为44∶1，如图所示，则（    ） A．粒子与反冲核的动量相同 B．原来放射性元素的核电荷数为90 C．反冲核的核电荷数为86 D．图中右侧是粒子的运动轨迹 【答案】B 【详解】A．原子核衰变过程，动量守恒，初始总动量为零，末动量为零，则粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反，故A错误； BCD．根据洛伦兹力提供向心力 可得 测得粒子和反冲核的轨道半径之比为44∶1，粒子的核电荷数为2，则反冲核的核电荷数为88，根据核反应电荷数守恒可知，原来放射性元素的核电荷数为90，粒子的核电荷数小于反冲核的核电荷数，则粒子的运动半径较大，图中左侧是粒子的运动轨迹，故B正确，CD错误。 故选B。 【变式10-2】（多选）在匀强磁场中有两个静止原子核发生衰变，放出两种粒子分别为α粒子、β粒子，其衰变方程为：，，在磁场中得到4条粒子径迹如图所示，下列说法正确的是 A．匀强磁场方向垂直纸面向里 B．②为β粒子，③为α粒子 C．②顺时针转动，④顺时针转动 D．②动能比①大，③动能比④大 【答案】BD 【详解】A．原子核发生衰变，放出的粒子和新核动量守恒，由于不知道衰变后粒子的速度方向，所以无法确定磁场方向，故A错误； B．根据洛伦兹力提供向心力 可得粒子转圈半径 因衰变过程动量守恒，则mv大小相等方向相反，α粒子和新核均带正电，根据左手定则，可知其形成的圆为外切圆，因α粒子所带电量小，则α粒子半径大，故③为α粒子，同理可知②为β粒子，故B正确； C．由于不知道磁场的方向和粒子的速度方向故无法判断各粒子的转动方向，故C错误； D．衰变过程动量守恒，粒子与新核动量大小p相等，其动能 ②动能比①大，③动能比④大，故D正确。 故选BD。 基础巩固通关测 一、单选题 1．一种以钚−238为燃料的核电池，利用α衰变过程中释放的能量，通过温差发电器转化为电能。其释放出的α射线（　　） A．是高频的电磁波 B．穿透能力比β射线强 C．电离能力比γ射线强 D．在中子转化为质子过程中产生 【答案】C 【详解】A．α射线由氦核组成，是粒子流而非电磁波，故A错误； B．α射线穿透能力最弱，比β射线弱，故B错误； C．α粒子电荷多、质量大，电离能力比γ射线强，故C正确； D．中子转化为质子是β衰变的过程，而α衰变是核内质子与中子结合成氦核释放，故D错误。 故选C。 2．如图所示，天然放射源放射出的射线从容器的小孔射出，经过垂直纸面向里的匀强磁场，射线分裂成a、b、c三束。三者对比后得出下列说法正确的是（　　） A．a称为α射线，电离作用最强，穿透能力最差 B．b称为β射线，电离作用较弱，穿透能力较强 C．c称为γ射线，电离作用最弱，穿透能力最强 D．电离作用最强的是a射线，电离作用最弱的是b射线 【答案】C 【详解】根据运动轨迹结合左手定则可知，a是β射线，b是α射线，c是γ射线，电离能力α>β>γ，穿透能力α<β<γ。 故选C。 3．在垂直纸面向里的匀强磁场中，静止的核先发生一次α衰变产生了新核X，随后新核X又发生一次β衰变产生了新核Y。已知α粒子质量为m1、β粒子质量为m2、新核Y质量为m3，不考虑粒子间的相互作用，各粒子只在纸面内运动。则下列说法中正确的是（　　） A．核发生α衰变后，α粒子和新核X的运动轨迹为内切圆 B．核发生α衰变后，α粒子与新核X在磁场中运动轨迹半径之比为45∶1 C．新核X发生β衰变的半衰期等于其放出一个β粒子所经历的时间 D．α粒子、β粒子、新核Y在磁场中运动的周期之比为m1∶m2∶m3 【答案】B 【详解】A．α衰变中，系统动量守恒，静止的核先发生一次α衰变产生了新核X，总动量为0，可知，α粒子与新核X的动量大小相等、方向相反，两者均带正电，根据左手定则可知，轨迹为外切圆，故A错误； B．根据， 解得 α粒子与新核X的动量大小相等，可知，半径与电荷量成反比，α粒子电荷为+2e，X的电荷为 解得半径之比为90e∶2e=45∶1，故B正确； C．半衰期是统计规律，描述大量原子核衰变的平均时间，与单个粒子衰变的随机时间无关，故C错误； D．根据， 解得 则α粒子的周期为 β粒子的周期为 Y核的电荷量 Y核的周期为 解得周期之比为 与选项D的m1∶m2∶m3不符，故D错误。 故选B。 4．在匀强磁场中的A点，有一个静止的原子核发生了衰变，衰变后射出的粒子及新核恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹如图所示，两圆的半径之比为44∶1。则下列说法中正确的是（　　） A．该原子核发生的是α衰变 B．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向外 C．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D．衰变前的原子核内质子数为45 【答案】C 【详解】BC．根据牛顿第二定律得 解得 根据动量守恒定律，衰变后射出的粒子与新核的动量大小相等，所以电荷量与轨道半径成反比，所以，轨迹1是粒子的，轨迹2是新核的； 因为新核带正电，根据左手定则，磁场方向垂直纸面向里，B错误，C正确； A．因为磁场方向垂直纸面向里，且轨迹1是粒子的，根据左手定则，粒子带负电荷，所以粒子是电子，A错误； D．因为粒子是电子，所以新核的电荷量是+44e，根据电荷守恒定律，衰变前的原子核带电量为+43e，衰变前的原子核内质子数为43，D错误。 故选C。 5．核污水中含有的放射性元素（如）会对海洋生态造成长期危害。已知发生衰变时的核反应方程为：，该过程释放能量为，的结合能为，的结合能为。已知真空中光速为，则（    ） A． B．该衰变过程质量亏损 C．的比结合能小于的比结合能 D．不同季节，衰变的快慢不同 【答案】C 【详解】A．核反应释放的能量Q等于生成物总结合能与反应物总结合能的差值，即  故A错误； B．根据质能方程 故B错误； C．比结合能是结合能除以核子数（质量数）。衰变释放能量说明生成物比反应物更稳定，因此的比结合能小于的比结合能，故C正确； D．半衰期是放射性核素的固有属性，与外界环境（如季节）无关，故D错误。 故选C。 6．如图所示是原子核的比结合能与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的比结合能，如的比结合能约为8.3MeV，的比结合能约为8.0MeV，的比结合能约为7.7MeV，的比结合能约为7.0MeV，根据该图像判断下列说法正确的是（　　） A．随着原子核质量数的增加，原子核的比结合能增大 B．核的比结合能比核大，因此核比核更稳定 C．把核分成4个核要释放约16MeV的能量 D．把核分成2个核要吸收约14.4MeV的能量 【答案】D 【详解】A．由图像可知，原子核质量数比较小时，随着原子核质量数的增加，原子核的比结合能增大，质量数比较大时，随着质量数增加，原子核的比结合能减小，故A错误； B．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，而核的比结合能比核大，因此核比核更稳定，故B错误； C．把分成8个中子和8个质子需要吸收的能量为 把2个质子与2个中子组合成一个氦核需要释放的能量为 所以把分成4个要吸收的能量为，故C错误； D．把核分成12个中子和12个质子需要吸收的能量约为 把6个质子与6个中子组合成一个碳核需要释放的能量为 所以把分成2个要吸收的能量约为，故D正确。 故选D。 7．中国科学院近代物理研究所科研团队首次成功合成新原子核。该原子核存在一种衰变链，其中第1次由衰变成原子核，第2次由衰变成原子核。下列说法正确的是（　　） A．原子核的比结合能比原子核的比结合能大 B．100个原子核经过一个半衰期后一定还剩余50个 C．原子核发生衰变时需要从外界吸收能量 D．上述两次衰变均为α衰变 【答案】D 【详解】A．衰变为时释放能量，生成核更稳定，比结合能更大，因此的比结合能比小，故A错误； B．半衰期是统计规律，对少量原子核不适用，无法保证100个原子核衰变后一定剩余50个，故B错误； C．原子核衰变是自发过程，会释放能量而非吸收能量，故C错误； D．两次衰变的原子序数均减少2，质量数减少4，符合α衰变（）的特征，故D正确。 故选D。 8．应用放射性元素的衰变规律，可以测定矿石、地层的生成年代，这种方法称为铀铅法。放射性元素经过x次��衰变和y次β衰变，最终形成铅的稳定同位素，同时释放出γ射线，则（　　） A．x=6，y=8 B．与的半衰期一定相同 C．每发生一次β衰变，将有一个中子转化为一个质子 D．γ射线是由核外电子从高能级向低能级跃迁产生的 【答案】C 【详解】A．根据质量数和电荷数守恒可知 2x−y+82=92 238=206+4x 解得 x=8 y=6 故A错误； B．不同的同位素有不同的半衰期，故B错误； C．β衰变实质是原子核内的一个中子转化为质子同时生成一个电子，每发生一次β衰变，将有一个中子转化为一个质子，故C正确； D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线，故D错误。 故选C。 9．钠的放射性同位素经过一次衰变后产生稳定的镁（）。已知的半衰期为15h，将放射强度为每秒次的，溶液样本倒入某水池中，45h后从该水池中取50mL的水，测得其放射强度为每秒20次。下列说法正确的是（    ） A．该衰变过程为衰变 B．进入到水池后半衰期发生变化 C．水池中水的体积约为 D．水池中水的体积约为 【答案】C 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒有 24-24=0，11-12=-1 可知，该衰变过程为衰变，故A错误； B．半衰期与物理性质和化学性质无关，进入到水池后半衰期不会发生变化，故B错误； CD．45h等于3个半衰期，可知，经过45h后，放射强度为每秒次的溶液的每秒放射强度的次数为 令水池中水的体积约为V，则有 解得 故C正确，D错误。 故选C。 10．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表示中子数，表示质子数，则下列说法正确的是（　　） A．由到的衰变是衰变 B．若的半衰期是，则个原子核经过后还剩个 C．从到共发生次衰变和次衰变 D．图中发生和衰变时，往往伴随着射线产生 【答案】D 【详解】A．由题图可知，衰变后的新原子核为，新原子核的质子数比的多个，所以是衰变，故A错误； B．原子核的半衰期是对大量原子核的行为做出的统计预测，对于少数的微观事件是不可预测的，故B错误； C．由质量数和电荷数守恒知，从到满足 解得 ， 共发生次衰变和次衰变，故C错误； D．射线经常是伴随射线和射线产生的，故D正确。 故选 11．放射性元素衰变快慢有一定的规律，医用碘131是不稳定的，会发生β衰变，现有碘131质量为，测出不同时刻未衰变碘的质量与初始时刻质量的比值，作出其比值对数随时间变化规律如图所示，下列说法正确的是（　　） A．碘131的半衰期为16天 B．经过16天已衰变碘131的质量为 C．每经过8天，未衰变碘131质量变为衰变前的一半 D．对于任意选定的几个碘131原子核可以根据半衰期预测它们的衰变时间 【答案】C 【详解】ABC．根据半衰期公式有 变形可得 根据图像可知 解得天 则每经过8天，未衰变碘131质量变为衰变前的一半，经过16天已衰变碘131的质量为，故AB错误，C正确； D．半衰期具有统计意义，个别原子核不适用，故D错误； 故选C。 12．放射性元素会衰变为稳定的，半衰期约为，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻与的原子数量之比为，则后，与的原子数量之比为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据题述，与的原子数量之比为，则通过（一个半衰期）后，4份衰变剩余2份，生成了2份原子，剩余与原子数量之比为。 故选C。 13．电子发射断层显像（PET）是一种先进的医疗成像技术，常利用氟的放射性衰变来标记药物，从而对人体内部器官进行成像。氟的半衰期约为110分钟，其衰变方程为，以下关于该衰变过程的说法正确的是（　　） A．X为正电子 B．给氟施加高压，其半衰期会缩短 C．氟衰变时，释放能量，所以质量数不守恒 D．若有100个氟原子核，经过220分钟后，大约还剩下25个未衰变 【答案】A 【详解】A．根据衰变方程，电荷数守恒：9=8+1，质量数守恒：18=18+0，故X为（正电子），故A正确； B．半衰期由原子核内部结构决定，与外界条件（如高压）无关，故B错误； C．衰变释放能量，但质量数守恒，故C错误； D．半衰期是统计规律，适用于大量原子核，少量原子核不适用。100个原子核经过220分钟（2个半衰期）后，未衰变的原子核数目无法确定，故D错误。 故选A。 二、多选题 14．一个氘核（）与一个氚核（）聚合成一个氦核（）的同时放出一个粒子，释放17.6MeV的能量，不计生成物的动能。已知氘核、氚核的比结合能分别为1.09MeV、2.78MeV，光速。下列说法正确的是（　　） A．该反应中的质量亏损为 B．该反应中的质量亏损为 C．氦原子核的比结合能为3.51MeV D．氦原子核的比结合能为7.03MeV 【答案】AD 【详解】AB．根据爱因斯坦的质能方程，将17.6MeV代入解得质量亏损，故A正确，B错误； CD．氘核、氚核的比结合能分别为1.09MeV、2.78MeV，即氘核、氚核要吸收相应的能量才能变为分散的核子，根据能量守恒定律，氦原子核的比结合能为，故C错误，D正确。 故选AD。 三、解答题 15．太阳主要是由等粒子组成。维持太阳辐射的是其内部的核聚变反应，核反应方程是，该核反应产生的核能最后转化为辐射能。根据恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的核数目比现在减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化模型，假定目前太阳全部由和核组成，并据此回答下列问题。 (1)已知电子质量，质子质量，核质量。求题中所述的核聚变反应所释放的核能。（结果保留一位有效数字） (2)已知太阳的质量为，日地平均距离为，地球上与太阳垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能为。试估算太阳继续保持在主序星阶段的寿命。（结果保留一位有效数字） 【答案】(1)J (2) 【详解】（1）该核反应过程，根据质能方程有 代入题中数据解得 （2）根据题给假设，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为 因此，太阳总共辐射出的能量为 设太阳辐射是各向同性的，则时间内太阳向外放出的辐射能为 联立解得 16．2025年5月1日，中国紧凑型聚变能实验装置（BEST）综合研究设施园区正式启动，该装置将在第一代中国人造太阳（EAST）基础之上首次演示聚变能发电。同年1月20日，EAST首次实现1亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行。在真空室内加入氘（）和氚（）进行核聚变反应生成的同时放出一个中子（）。 (1)写出该核聚变反应的方程式； (2)若已知平均核子质量为、平均核子质量为、平均核子质量为、中子（）质量为，真空中光速为c，求一个氘（）和一个氚（）进行核聚变反应释放的核能E； (3)若已知氘（）的比结合能为，氚（）的比结合能为，一个氘（）和一个氚（）进行核聚变反应释放的核能E，求的比结合能（用字母和和E表示）。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）该聚变反应的方程式为 （2）该反应过程质量亏损 结合爱因斯坦质能方程 可得该反应释放的核能为 （3）该反应放出的核能等于生成物和反应物结合能之差，即 可得核的比结合能 17．氡（）是一种天然的放射性元素，氡核发生衰变后变成钋核（），氡的衰变规律如图所示。已知核质量为，核质量为，粒子的质量为，原子质量单位1u相当于931.5MeV的能量。 (1)写出衰变方程； (2)原子核衰变为的过程中释放的能量为多少MeV； (3)假设一块矿石中含有4kg的，经过19天后，还剩多少。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据质量数和电荷数守恒可得衰变方程为 （2）上述衰变过程的质量亏损为 释放的能量为 （3）由图可知，的半衰期为 剩余的质量为 能力提升进阶练 一、单选题 1．（2026·贵州黔东南·模拟预测）中子是构成原子核的重要粒子之一，由查德威克于1932年发现。查德威克发现中子的核反应方程为，关于反应物的电荷数与质量数，下列判断正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】核反应过程遵循电荷数守恒和质量数守恒，据此列方程计算： 1. 电荷数守恒：，解得； 2. 质量数守恒：，解得。 故选D。 2．（2025·湖南长沙·模拟预测）发现质子的核反应方程为。患有严重心衰及具有高风险心脏骤停的病人，植入心脏起搏器（如图）是现在比较有效的治疗方式，有些心脏起搏器的电池是Z粒子辐射电池，它是一种利用放射性同位素衰变时释放的Z粒子直接转换为电能的装置，衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中的X为 B．查德威克通过实验证实了质子的存在 C．衰变方程中的Z为 D．Sr衰变的核反应前后质量数不守恒 【答案】C 【详解】AC．根据核反应过程中质量数与电荷数守恒，设X的质量数为A，则有 解得 设X的电荷数为Z，则有 解得 所以X为；同理根据衰变过程中质量数与电荷数守恒，可知Z为，故A错误，C正确； B．卢瑟福通过实验证实了质子的存在，查德威克通过实验证实了中子的存在，故B错误； D．衰变的核反应前后质量数守恒，故D错误。 故选C。 3．（2026·江苏·模拟预测）中国的紧凑型聚变能实验装置BEST预计于2027年竣工，有望成为人类历史上首个实现核聚变发电的装置。其核聚变反应为，该反应释放的能量约为17.6MeV，已知光速（，，该反应中粒子X和质量亏损分别为（    ） A．， B．， C．， D．， 【答案】A 【详解】根据电荷数守恒和质量数守恒可知，核聚变反应方程为 则该反应中粒子X为；根据质能方程可得 其中 解得 故选A。 4．（2026·辽宁·模拟预测）2025年10月，我国重大科技基础设施——强流重离子加速器装置（HIAF）调试成功，这为我国科学家进行后续的超重（）元素合成实验提供了新工具。如果某次实验中，科学家发现生成的超重元素的同位素（超重核素）经过7次α衰变后的产物是。由此，可判定生成的超重核素的原子序数和质量数分别是（　　） A．119，284 B．119，298 C．133，284 D．133，298 【答案】B 【详解】根据α衰变规律，每次α衰变原子序数减少2，质量数减少4。经过7次α衰变，原子序数共减少14，质量数共减少28。衰变产物为 ，原子序数为105，质量数为270。因此，原始超重核素的原子序数，质量数 故选B。 5．（2026·河北石家庄·一模）患者服用碘131后，碘131会聚集到人体的甲状腺区域，可用于靶向治疗甲状腺疾病。某次治疗中，医生给患者服用一定量的碘131，并记录其原子核数目随时间的变化情况，得到如下关系：当时，；当天时，。则碘131的半衰期约为（　　） A．4天 B．6天 C．8天 D．12天 【答案】C 【详解】放射性元素衰变的剩余原子核数满足衰变公式 其中为碘131的半衰期。 将题目已知条件天时代入公式 约去后， 因此可得 底数相同则指数相等，即 解得天。 故选C。 6．（2026·江苏·一模）下列实验或现象揭示了原子核具有内部结构的是（　　） A．电子的发现 B．粒子散射实验 C．氢原子光谱 D．天然放射现象 【答案】D 【详解】A．电子的发现，只说明原子本身具有内部结构（原子可再分），与原子核的内部结构无关，故A错误； B．α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，仅证明了原子中心存在原子核，没有揭示原子核自身有内部结构，故B错误； C．氢原子光谱的研究，说明原子核外电子的能级是分立的，研究的是核外电子的运动规律，和原子核内部结构无关，故C错误； D．天然放射现象的射线都来自原子核的自发衰变，说明原子核可以再分，直接揭示了原子核具有内部结构，故D正确。 故选D。 7．（2026·河南濮阳·一模）“钴60”衰变时释放的射线，广泛应用于工业、农业、医疗、科学研究和教育等领域。已知钴60的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．比射线电离能力强 B．来自钴60原子核外 C．40个“钴60”原子核，经过2个半衰期还剩10个 D．核的平均核子质量比小 【答案】A 【详解】A．由核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒可知是电子（射线），射线的电离能力强于射线，故A正确； B．衰变释放的电子来自原子核内部，是中子衰变为质子时产生的，不是原子核外电子，故B错误； C．半衰期是统计规律，仅适用于大量原子核的衰变，对少量原子核无意义，无法确定40个原子核衰变后的剩余数量，故C错误； D．衰变释放能量，存在质量亏损，反应前总质量大于反应后总质量，二者核子数均为60，因此的平均核子质量大于，故D错误。 故选A。 8．（2026·安徽合肥·模拟预测）中国科学院在2025年11月1日发布消息，位于甘肃省武威市民勤县的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆，已成功实现了钍铀核燃料转换。钍基熔盐堆内的链式反应示意图如图所示，下列相关判断中正确的是（　　） A．核反应属于核聚变反应 B．一个核27天后必将发生衰变生成 C．压强增大，的半衰期变小 D．钍基熔盐堆是利用中子轰击引起的链式反应来获取核能的 【答案】D 【详解】A．核聚变反应是两质量很小的轻核结合成质量较大的核，核反应不属于核聚变反应，A项错误； B．核衰变遵循“统计规律”，对于一个核而言，何时发生衰变完全是随机的，B项错误； C．半衰期与外界状态无关，所以与压强无关，C错误； D．钍基熔盐堆本质上依然属于核裂变反应堆，其依然是利用核裂变来获取核能的，即利用中子轰击引起的链式反应来获取核能，D项正确。 故选 D。 9．（2026·浙江绍兴·二模）近年来，中科院宣布紧凑型聚变能实验装置（BEST）正在安装，中国“人造太阳”预计2027年竣工。“人造太阳”的主要核聚变反应式为：，下列说法正确的是（    ） A．X是质子 B．比更稳定 C．核聚变可在常温下发生 D．“人造太阳”与核电站核反应类型相同 【答案】B 【详解】A．核反应遵守电荷数守恒、质量数守恒：反应前总电荷数为，总质量数为；反应后的电荷数为2、质量数为4，因此X的总电荷数为0、总质量数为1，为中子，不是质子，故A错误； B．核聚变属于放能反应，生成物的比结合能大于反应物的比结合能，比结合能越大原子核越稳定，因此氦核比氚更稳定，故B正确； C．核聚变需要超高温高压条件，克服原子核间的库仑斥力才能发生，常温下无法反应，故C错误； D．“人造太阳”的核反应类型为核聚变，现有商用核电站的核反应类型为核裂变，二者反应类型不同，故D错误。 故选B。 10．（2026·河北·一模）与发生的三种核反应：，，。下列结合能关系排列正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】核反应释放的能量满足关系 自由核子（质子、中子）没有结合过程，结合能为0。设的结合能为，由第一个反应得 由第二个反应得 由第三个反应得 综上分析可得结合能大小关系为 故选C。 11．（2026·天津红桥·一模）在家庭装修中一般要尽量减少石材的使用，这主要是因为其中含有放射性元素氡，氡核（）发生一次衰变后生成新核钋（）和一个粒子X，氡核的半衰期为3.8天。下列说法正确的是（　　） A．氡核发生的是衰变 B．粒子X的电离能力很强 C．若有40个氡原子核，经过7.6天一定还剩下10个氡原子核 D．钋核（）比氡核（）的比结合能小 【答案】B 【详解】首先根据核反应质量数、电荷数守恒，可得衰变方程为 可知粒子X为α粒子，该衰变为α衰变。 A．该衰变放出α粒子，属于α衰变，故A错误； B．X为α粒子，α粒子的电离能力是三种衰变射线中最强的，故B正确； C．半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核无意义，40个氡核数量太少，无法确定衰变后剩余的准确数量，故C错误； D．衰变过程释放能量，生成的新核更稳定，比结合能更大，因此钋核的比结合能比氡核大，故D错误。 故选B。 12．（2026·湖北宜昌·一模）氟具有放射性，可用来标记药物，其衰变方程为。某含的化合物中，核的数量与核的数量比值k随时间t变化的图线如图所示，则的半衰期为（　　） A．年 B．年 C．年 D．年 【答案】A 【详解】由图像可知，刚开始核的数量与核的数量的比值等于2，设核的数量为2x，则核的数量为x，经过一个半衰期，核的数量为x，衰变产物为氧，则核的数量为2x，比值变为 结合图像可知此时对应的时刻为，故半衰期为。 故选A。 13．（2026·浙江宁波·二模）我国计划利用月球土壤中丰富的钛资源建造小型核反应堆，为未来的月球基地提供持续能源。该反应堆中涉及的部分核反应方程如下：①，②，③。下列说法正确的是（　　） A．方程①中的X是质子 B．比少一个中子 C．方程③中的电子来自原子的内层电子 D．月球上的真空及低温环境使钍的半衰期变长 【答案】B 【详解】A．核反应遵循电荷数守恒、质量数守恒，方程①中X的电荷数为 质量数为，因此X是中子，不是质子，故A错误； B．原子核的中子数=质量数-质子数，的中子数为 的中子数为，前者比后者少1个中子，故B正确； C．方程③为β衰变，β衰变释放的电子来自原子核内部，是中子转化为质子时产生的，并非原子的内层电子，故C错误； D．半衰期由原子核内部本身的性质决定，与外界温度、压强、真空环境等无关，因此钍的半衰期不变，故D错误。 故选B。 二、多选题 14．（2026·浙江温州·二模）2025年全球首个全超导非圆截面托卡马克——“东方超环”，技术成果取得关键突破。一种典型的聚变反应是一个氘核和一个氚核聚变成氦核和某种强子x，已知、、和x的质量分别为、、和，1u相当于，阿伏伽德罗常数为，元电荷，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为，其中为质子 B．该核反应过程中释放的能量约为 C．氘完全参与该核反应时释放出能量的数量级为 D．要使该核聚变发生，必须使氘核和氚核的距离达到以内，让核力起作用 【答案】BD 【详解】A．根据核反应过程质量数和电荷数守恒可知，核反应方程式为，则为中子，故A错误； B．一个氘核与一个氚核聚变反应的质量亏损为 故该聚变反应释放的能量是，故B正确； C．氘完全参与该核反应时释放出能量 即数量级为，故C错误； D．氘核与氚核发生核聚变时，需要克服原子核间的库仑斥力，间距要达到，让核力起作用，故D正确。 故选BD。 15．（2026·贵州·模拟预测）在恒星内部的氦燃烧过程中，通常是先由两个氦核结合成不稳定的铍核，核反应方程为，紧接着铍核再捕获第三个氦核生成碳核，核反应方程为。相关原子核的质量如表所示，则（　　） 原子核 质量 A．在核反应中，质量亏损 B．在核反应中，中子数不守恒 C．在核反应中，会释放出核能 D．的比结合能大于的比结合能 【答案】AD 【详解】AD．在核反应中，质量亏损，故该核反应释放核能，生成的原子核比原来的原子核更加稳定，故的比结合能大于的比结合能，故AD正确； B．在核反应中，每个含有的中子数为，含有的中子数为，反应前的中子数等于反应后的中子数，中子数守恒，故B错误； C．由于，所以，在核反应中，会吸收能量，故C错误。 故选AD。 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $