第五章 原子核（高效培优·复习讲义）物理人教版选择性必修第三册

第五章 原子核 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 原子核的组成 1 题型2 放射性元素的衰变 3 题型3 核力与结合能 6 题型4 核裂变与核聚变 10 题型5 “基本”粒子 12 【能力培优练】 13 【链接高考】 17 【重难题型讲解】 题型1 一、天然放射现象 1、天然放射现象的定义与发现：放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象，1896年由法国物理学家贝克勒尔发现。 （1）物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象。 （2）原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。 （3）玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。 2、天然放射现象的物理意义：天然放射现象说明原子核内部是有复杂的结构的。 二、射线的本质 1、α射线：是高速粒子流，其组成与氦原子核相同。 （1）速度可达到光速的。 （2）电离作用强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 2、β射线：是高速电子流。 （1）它的速度更大，可达光速的99%。 （2）电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 3、γ射线：是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下；电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。 三、原子核的组成 1、质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。 2、中子的发现：卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，查德威克通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。 3、原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。 4、同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素；例如，氢有三种同位素H、H、H。 5、原子核的内部结构及发现过程：原子核是由质子和中子组成的；卢瑟发现了质子，查德威克发现了中子；质子和中子统称核子。 【探究归纳】天然放射现象揭示了原子核具有复杂内部结构，原子核由质子和中子组成，不同射线（α、β、γ 射线）本质不同，是原子核衰变的产物。 【典例1-1】下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福首先发现质子并提出原子核中存在中子 B．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子具有核式结构 C．在光电效应现象中，电子吸收光子的能量需要时间，所以用光照射金属板后，需等待一段时间才有光电流 D．根据玻尔理论，一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射6种频率的光子 【典例1-2】（多选）以下说法中正确的有（   ） A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电 B．原子核中的质子数一定与核外电子数相等 C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分 D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比，因此原子核内还存在一种不带电的中性粒子 跟踪训练1在物理学发展的过程中许多科学家作出了重要的贡献。下列说法符合物理学史实的是（　　） A．托马斯杨的双缝干涉实验说明光具有粒子性 B．玻尔的原子理论可以解释氢原子光谱的实验规律 C．卢瑟福通过分析粒子散射实验，发现了质子 D．普朗克通过对阴极射线的研究揭示了原子核有复杂结构 跟踪训练2（多选）天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是（　　） A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线 B．γ射线在电场或磁场中均不偏转，是中子流 C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线 D．β射线是高速电子流，但不是原来绕核旋转的核外电子 题型2 一、原子核的衰变 1、原子核的衰变定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，而变成另一种原子核的变化。 2、衰变类型 （1）α衰变：原子核放出α粒子的衰变，进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2，U的α衰变方程：U→Th＋He。 （2）β衰变：原子核放出β粒子的衰变，进行β 衰变时，质量数不变，电荷数加1，Th的β衰变方程：Th→Pa＋e。 3、α衰变的特点、本质及方程 （1）衰变的定义：原子核自发地放α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。 （2）α衰变的定义：原子核释放出一个α粒子变成一个新的原子核的过程。 （3）α衰变的本质：原子核内部两个质子和两个中子结合在一起从从内射出。 （4）α衰变的特点：发生α衰变后，原子核的质量数减4，电荷数减2。 （5）α衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和，衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和，所以α衰变时电荷数和质量数都守恒。 4、β衰变的特点、本质及方程 （1）衰变的定义：原子核自发地放α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。 （2）β衰变的定义：原子核释放出一个β粒子变成一个新的原子核的过程。 （3）β衰变的本质：原子核内部的一个中子转化成一个质子和一个β粒子（电子），并将β粒子射出；其转化方程是：。 （4）β衰变的特点：发生β衰变后，原子核的质量数不变，电荷数加1。 （5）β衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和，衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和，所以β衰变时电荷数和质量数都守恒。 5、γ射线：放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。 二、半衰期与核反应 1、半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 （1）决定因素：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和外部条件没有关系。不同的放射性元素，半衰期不同。 （2）应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间。 （3）N余＝N原，m余＝m原式中N原、m原分别表示衰变前的原子核数和质量，N余、m余分别表示衰变后的尚未发生衰变的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 （4）适用条件：半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义。 2、核反应 （1）人工核转变：N＋He→O＋H。 （2）定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 （3）特点：在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。 3、确定原子核衰变次数的方法与技巧 （1）方法：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，则衰变方程为：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 以上两式联立解得：n＝，m＝＋Z′－Z 由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。 (2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。 三、放射性同位素及其应用和辐射与安全 1、放射性同位素：很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。 2、放射性同位素的应用： （1）射线测厚仪。 （2）放射治疗。 （3）培优、保鲜。 （4）示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后，可以探测出原子到达的位置。 3、辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。 【探究归纳】放射性元素的原子核自发放出 α 或 β 粒子，转变为新核，该过程遵循电荷数、质量数守恒，其衰变快慢用半衰期描述，且半衰期不受外界条件影响。 【典例2-1】2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．具有放射性 B．粒子X是核内中子转化为质子的过程中产生的 C．粒子X是居里夫人首先发现的 D．粒子X的电离能力比α粒子强 【典例2-2】（多选）云室内静止在范围足够大的匀强磁场（图中未画出）中P点的原子核发生衰变，衰变产生的新核与粒子恰在纸面内运动，观察到衰变后一段时间内二者的轨迹如图所示。下列说法正确的是（ ） A．匀强磁场方向垂直于纸面向外 B．沿曲线PQ运动的是新核 C．新核的动量比粒子小 D．新核的比荷比粒子小 【典例2-3】是最常见的一种铀，但它却不是实用的核燃料，军事上常用做贫铀弹或装甲板材。假设经过多次和衰变，最终生成并释放出射线。已知的半衰期亿年，经过年后，的质量变为原有质量的，求： (1)的数值； (2)转变为经历衰变的次数。 跟踪训练1天然钍232经过中子轰击，可得铀233，是一种前景十分可观的能源材料。天然钍232的衰变方程为，下列判断正确的是（　　） A．n=2，m=3 B．n=3，m=2 C．n=2，m=1 D．n=3，m=1 跟踪训练2（多选）2025年11月，全球首座钍基熔盐堆发电站在我国正式启动建设。钍基熔盐堆核能系统具有常压工作、无水冷却、核废料少、防扩散性能强和经济性更优等特点，在其燃料增殖阶段，通过下列核反应①；②；③，将不容易裂变的钍232变成易裂变的铀233。关于上述核反应，下列说法正确的是（　　） A．X的核电荷数为90 B．Y是中子 C．②是核聚变 D．③是β衰变 跟踪训练3核反应在航天与核技术中有着重要应用。 (1)用粒子（氦核）轰击静止的铍核（），发生核反应后生成碳核（）和中子，写出该核反应的方程式。 (2)“玉兔二号”核电池使用的钚238，半衰期为90天，若初始质量为16g，求经过180天后剩余的质量。 题型3 一、核力与四种基本相互作用 1、核力：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，这种作用称为强相互作用。 2、强相互作用的特点 （1）强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15 m。 （2）距离增大时，强相互作用急剧减小，超过10－15 m，相互作用不存在。 3、弱相互作用 （1）弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。 （2）弱相互作用是短程力，其力程只有10－18 m。 4、四种基本相互作用 （1）引力相互作用——物体与物体间的万有引力。比如重力是由引力相互作用引起的。 （2）电磁相互作用——压力、拉力、弹力、支持力、电荷间的相互作用、磁体间的相互作用等的都是电磁相互作用。 （3）强相互作用——使核子紧密结合在一起的作用力，叫作核力。 （4）弱相互作用——在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因。 二、结合能 1、结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 2、比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能，比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，中等大小的核的比结合能最大，最稳定。 三、质量亏损 1、质能方程：物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2。 2、质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。 3、质量亏损Δm的理解：所谓质量亏损，并不是质量消失，而是减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了，反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。 4、质能方程E＝mc2的理解 （1）根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比，物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。 （2）运用质能方程时应注意单位，一般情况下，公式中各量都应取国际单位制单位，但在微观领域，用国际单位制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1u对应931.5MeV能量。 5、利用比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数，核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能。 【归纳总结】核力是核子间的强相互短程力，核子结合成原子核时会发生质量亏损，释放的能量即为结合能，比结合能越大原子核越稳定。 【典例3-1】的衰变方程是：，其中是反电子中微子，电荷为零，静止质量可视为零。下列说法正确的是（ ） A．核反应中的X是中子 B．的比结合能大于的比结合能 C．衰变产物的质量数与相同，因此该过程不释放能量 D．若衰变前静止，则衰变后、X和反电子中微子的总动量为零 【典例3-2】（多选）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 【典例3-3】在探索恒星内部元素合成的过程中，科学家关注一种α粒子俘获反应：一个静止的靶核（）俘获一个α粒子（），生成一个复合核Y。已知核反应过程吸收能量，靶核X、α粒子和复合核Y的静止质量分别为、、，真空中的光速为。 (1)写出靶核X俘获α粒子的核反应方程； (2)求吸收的能量。 跟踪训练1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 跟踪训练2（多选）伽马刀虽然名为“刀”，但实际上是一种精准放射治疗系统，通过聚焦γ射线去除病变组织。其主要利用Co衰变获得所需的射线，Co发生衰变后产生的新核用X表示，已知X比多一个质子，Co的半衰期约为5.3年，下列说法正确的是（　　） A．发生了β衰变 B．X的质量数与的质量数的差等于1 C．X的比结合能比的要大 D．伽马刀中特定的200个原子，经过5.3年后仍有100个未发生衰变 跟踪训练3的质量是，质子的质量是，中子的质量是，则： (1)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？ (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？ (3)如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？ 题型4 一、核裂变和反应堆与核电站 1、核裂变：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。 2、铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是U＋n→Ba＋Kr＋3n。 3、链式反应：中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的链式反应。 4、临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 5、核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成： （1）燃料：铀棒。 （2）慢化剂：石墨、重水和普通水(也叫轻水)。 （3）控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。 （4）工作原理：核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。 6、核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。 二、核聚变 1、核聚变定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 （1）核反应方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 （2）条件：使轻核的距离达到10－15 m以内． （3）方法：加热到很高的温度。 （4）宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能。 （5）人工热核反应：氢弹．首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 2、核聚变与核裂变的比较 （1）优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；③轻核聚变更为安全、清洁。 （2）缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度． 解决方案：磁约束和惯性约束。 【归纳总结】重核分裂释放能量为核裂变，轻核聚合释放能量为核聚变，二者均伴随质量亏损与巨大核能释放。 【典例4-1】卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现新核素，核反应方程为核电站反应堆中，一种典型的裂变反应为。下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福发现新核素的核反应属于核聚变 B．核反应方程中的X是中子 C．β衰变的实质是Y转化成 X 和电子 D．铀235裂变需要吸收能量 【典例4-2】（多选）下列有关说法正确的是（　　） A．无线电波、物质波、X射线与β射线都是电磁波 B．γ射线具有很强的穿透本领，可以用来检查人体的内部器官 C．首次并网发电的温州苍南三澳核电站，采用重核裂变获得能量 D．测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，就可以判断星球在靠近或远离地球 跟踪训练1自然界中几乎没有天然的钚，人们利用核反应堆中产生的中子轰击铀，生成物衰变后成为钚，核反应方程为。已知钚的半衰期为2.41万年，则（　　） A．X是 B．该反应为核聚变反应 C．温度升高时钚的半衰期将小于2.41万年 D．1g钚经过4.82万年有发生了衰变 跟踪训练2（多选）核聚变是将轻原子核结合成较重原子核并释放巨大能量的过程，被视为未来清洁能源的终极解决方案。关于核聚变原理与应用，下列说法正确的是（　　） A．是核聚变反应方程 B．核聚变需要极高的温度，所以核聚变反应又称为热核反应 C．核聚变使用作为主要燃料，反应后产生放射性废料 D．可控核聚变已实现商业化应用，辽宁红沿河核电站采用核聚变技术发电 跟踪训练3现有四个核反应： A．              B． C．               D． (1)___________是发现中子的核反应方程，_________是研究原子弹的基本核反应方程，___________是研究氢弹的基本核反应方程。 (2)B项中X的质量数为___________，中子数为___________。 题型5 “基本”粒子 1、“基本”粒子 （1）人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”。 （2）随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。 2、发现新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了μ子,1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子等。 3、粒子的分类 （1）强子：是参与强相互作用的粒子；质子和中子都是强子． （2）轻子：不参与强相互作用；电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子。 （3）规范玻色子：是传递各种相互作用的粒子，如光子，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。 （4）希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。 4、夸克与粒子物理标准模型 （1）夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。 （2）粒子物理标准模型是一整套关于粒子的理论；其中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。 【归纳总结】随着粒子物理发展，人们认识到早期的 “基本粒子” 并非不可再分，粒子可按相互作用分为强子、轻子、规范玻色子等类别，强子由夸克构成，共同组成粒子物理标准模型。 【典例5-1】关于粒子，下列说法正确的是（　　） A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B．强子都是带电粒子 C．夸克模型是探究轻子结构的理论 D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 【典例5-2】（多选）列说法正确的是（　　） A．目前还未发现轻子的内部结构 B．自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对粒子不适用 C．反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象 D．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子 跟踪训练1关于粒子，下列说法正确的是(　　) A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B．强子都是带电的粒子 C．夸克模型是研究各类粒子结构的理论 D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 跟踪训练2（多选）下列说法正确的是（    ） A．牛顿被称为“近代物理的先驱者” B．卡文迪什被称为“称量地球质量的第一人” C．光子属于规范玻色子，它传递电磁相互作用 D．雷达使用微波段测定物体位置，利用的是它波长比较大容易衍射的特点 跟踪训练3宇宙热大爆炸理论认为，宇宙一开始是一个“原始火球”，原始的火球发生了爆炸。导致宇宙空间处处膨胀，温度________（选填“上升”“下降”或“不变”）到一定程度时，逐步形成了超星系团、星系团、星系乃至恒星和行星。而充斥于整个宇宙空间的________为宇宙热大爆炸提供了证据。宇宙的未来演化趋势是由________决定的，根据对其分析，科学家预测，宇宙的未来将继续________，甚至________。 【能力培优练】 1．钴60（）的衰变实验可以证实宇称不守恒的论断。钴60的衰变方程为，其中X表示的是（    ） A． B． C． D． 2．下列说法正确的是（　　） A．密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量 B．核反应方程中的为质子 C．射线、射线、射线都属于电磁波 D．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性 3．医学上PET-CT检查的原理是衰变释放的正电子与人体内的负电子相遇后发生湮灭，产生的射线被探测器接收成像。已知的衰变方程为：，半衰期约为110 min。下列说法正确的是（ ） A．的值为17 B．的值为8 C．人体温度会影响的半衰期 D．约220 min，用于检查的全部发生衰变 4．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．， 5．下列说法正确的是（　　） A．电子的发现说明原子不是组成物质的最小微粒 B．粒子散射实验表明原子核的核子之间存在核力 C．衰变放出的电子是原子的最外层电子吸收能量之后放出来的 D．核反应前后电荷数守恒但质量数不守恒 6．烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镅来探测烟雾。当正常空气分子穿过探测器时，镅释放出的射线粒子使空气分子电离从而形成电流；当烟尘进入探测腔内，射线粒子因为穿透能力弱而被烟尘粒子吸附，导致电流减小，从而触发警报。则下列判断正确的（　　） A．发生火灾时，由于温度升高，会使镅的半衰期减小 B．原子核衰变后产生的新核的中子数为144 C．镅衰变放出的射线为射线 D．镅衰变放出的射线为射线 7．半导体材料的价带与导带间有一个带隙，其能量间隔为Eg。当入射光的能量hν≥Eg时，价带中的电子就会吸收光子的能量，跃迁到导带，而在价带中留下一个空穴，形成可以导电的电子-空穴对。因此，这种光电效应就是一种内光电效应。则（　　） A．该反应为β衰变 B．发生光电效应时，材料的比结合能增大 C．增加照射光的频率，材料导电性增强 D．增加照射光的光强，材料导电性增强 8．2026年，“中国聚变工程实验堆（CFETR）”取得重大突破，首次实现稳态运行。在某核反应中，反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为，光在真空中的传播速度为，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中X为 B．核反应中的质量亏损可表示为 C．核聚变需要极高的温度，是为了克服原子核间的万有引力 D．半衰期为12.46年，现有10个氚原子核，经过12.46年后剩下5个氚原子核 9．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．γ射线是原子内层电子受激发而产生的，医学上用它治疗癌症 B．利用放射性同位素的放射作用，可将它作为示踪原子 C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的 D．电子显微镜比光学显微镜的分辨率更高，是因为电子穿过样品时发生了更明显的衍射 10．（多选）PET（正电子发射型计算机断层显像）的基本原理是：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PET原理，下列说法正确的是（　　） A．衰变的方程式为 B．正负电子湮灭的方程式： C．PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长 D．将放射性同位素注入人体，的主要用途是作为示踪原子 11．（多选）下列说法正确的是（　　） A．质量亏损表明的确存在着原子核的结合能 B．不可能从单一热库吸收热量使之完全变成功 C．X射线是原子内层电子跃迁时发射的电磁波 D．高速运动的子寿命变短是相对论时空观的证据之一 12．（多选）铀（U）238本身不容易发生衰变，它通常需要先吸收中子然后经过衰变转化为钚，而钚是一种可衰变的元素。铀238转化为钚的过程：,，，下列说法正确的是（　　） A． B． C．衰变过程中释放的电子，是由原子核内质子转化为中子和电子而来的 D．衰变过程中释放的电子，是由原子核外电子跃迁而来的 13．4个氢核结合成1个氦核，同时释放出正电子。已知氢核的质量为，氦核的质量为，正电子的质量为，真空中光速为c。计算每次核反应中的质量亏损及该核反应中平均每个核子释放的能量。 14．“国际热核聚变反应堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最为深远的国际科研合作项目之一，ITER装置俗称“人造太阳”。该装置中发生的核聚变反应方程为。该反应的原料可以从水中提取，1L水中含有的，地球上有138.6亿立方米的水；该反应的原料可以用锂制取，地球上锂的储量有2000亿吨．已知的质量为、的质量为、的质量为、的质量为1.0087u，1u的质量相当于931.5MeV的能量，1L汽油完全燃烧释放的热量为，以下计算结果均取三位有效数字。 (1)核聚变反应方程中释放的核能为多少？ (2)1L水中的与足够的发生核反应，释放出的能量为多少？（的摩尔质量为，阿伏加德罗常数取） (3)1L水中的与足够的发生核反应放出的能量相当于多少升的汽油完全燃烧释放的热量。 【链接高考】 1．（2025·湖北·高考真题） PET（正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素（如：）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。的衰变方程为，其中是中微子。已知的半衰期是110分钟。下列说法正确的是（   ） A． X为 B．该反应为核聚变反应 C．1克经110分钟剩下0.5克 D．该反应产生的在磁场中会发生偏转 2．（2025·海南·高考真题）海南昌江核电示范项目“玲珑一号”是中国自主研发的全球首个陆上商用模块化小型核反 应堆，其中发生的一个核反应方程为，则为（　　） A． B． C． D． 3．（2024·浙江·高考真题）发现中子的核反应方程为，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚 238的衰变方程为型，下列正确的是（　　） A．核反应方程中的X为 B．衰变方程中的Y为 C．中子的质量数为零 D．钚238的衰变吸收能量 4．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）某理论研究认为，原子核可能发生双衰变，衰变方程为。处于第二激发态的原子核先后辐射能量分别为和的、两光子后回到基态。下列说法正确的是（   ） A． B． C．的频率比的大 D．的波长比的大 5．（2022·浙江·高考真题）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是（　　） A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量 B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg C．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度 D．反应堆中存在的核反应 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 原子核 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 原子核的组成 1 题型2 放射性元素的衰变 4 题型3 核力与结合能 9 题型4 核裂变与核聚变 14 题型5 “基本”粒子 17 【能力培优练】 20 【链接高考】 27 【重难题型讲解】 题型1 一、天然放射现象 1、天然放射现象的定义与发现：放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象，1896年由法国物理学家贝克勒尔发现。 （1）物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象。 （2）原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。 （3）玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。 2、天然放射现象的物理意义：天然放射现象说明原子核内部是有复杂的结构的。 二、射线的本质 1、α射线：是高速粒子流，其组成与氦原子核相同。 （1）速度可达到光速的。 （2）电离作用强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 2、β射线：是高速电子流。 （1）它的速度更大，可达光速的99%。 （2）电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 3、γ射线：是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下；电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。 三、原子核的组成 1、质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。 2、中子的发现：卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，查德威克通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。 3、原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。 4、同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素；例如，氢有三种同位素H、H、H。 5、原子核的内部结构及发现过程：原子核是由质子和中子组成的；卢瑟发现了质子，查德威克发现了中子；质子和中子统称核子。 【探究归纳】天然放射现象揭示了原子核具有复杂内部结构，原子核由质子和中子组成，不同射线（α、β、γ 射线）本质不同，是原子核衰变的产物。 【典例1-1】下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福首先发现质子并提出原子核中存在中子 B．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子具有核式结构 C．在光电效应现象中，电子吸收光子的能量需要时间，所以用光照射金属板后，需等待一段时间才有光电流 D．根据玻尔理论，一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射6种频率的光子 【答案】A 【详解】A．卢瑟福通过α粒子轰击氮核的实验首先发现质子，后续基于原子核质量数与电荷数不匹配的问题，提出了原子核内存在中子的假说，故A正确； B．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核内部具有复杂结构；原子的核式结构是卢瑟福通过α粒子散射实验提出的，故B错误； C．光电效应具有瞬时性，电子是一次性吸收整个光子的能量，只要入射光频率大于金属极限频率，光照后立即产生光电流，不需要能量积累时间，故C错误； D．一个处于能级的氢原子沿的路径跃迁时辐射出的光子频率的种数最多，最多能辐射出3种频率的光子，故D错误。 故选A。 【典例1-2】（多选）以下说法中正确的有（   ） A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电 B．原子核中的质子数一定与核外电子数相等 C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分 D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比，因此原子核内还存在一种不带电的中性粒子 【答案】CD 【详解】A．原子由带正电的原子核和带负电的电子组成，正负电荷量相等，故原子整体呈电中性，故A错误； B．对于中性原子来说，核内质子数和核外电子数相等，但是对于带电的原子，原子核的质子数不等于核外电子数，故B错误； C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等原子核可打出质子，该实验证实质子是原子核的组成部分，故C正确； D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比，可以确定原子核内还有别的不带电的中性粒子，故D正确。 故选CD。 跟踪训练1在物理学发展的过程中许多科学家作出了重要的贡献。下列说法符合物理学史实的是（　　） A．托马斯杨的双缝干涉实验说明光具有粒子性 B．玻尔的原子理论可以解释氢原子光谱的实验规律 C．卢瑟福通过分析粒子散射实验，发现了质子 D．普朗克通过对阴极射线的研究揭示了原子核有复杂结构 【答案】B 【详解】A．托马斯·杨的双缝干涉实验证明了光的波动性，故A错误。 B．玻尔的原子理论成功解释了氢原子光谱的分立谱线规律（如巴尔末系），故B正确。 C．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子核式结构模型，但质子是卢瑟福用粒子轰击氮核实验发现的，故C错误。 D．普朗克通过对黑体辐射的研究提出能量量子化（黑体辐射），阴极射线研究由汤姆孙发现电子，原子核复杂结构由卢瑟福散射实验揭示，故D错误。 故选B。 跟踪训练2（多选）天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是（　　） A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线 B．γ射线在电场或磁场中均不偏转，是中子流 C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线 D．β射线是高速电子流，但不是原来绕核旋转的核外电子 【答案】ACD 【详解】A．三种射线中穿透能力最强的是γ射线，α射线的穿透能力很弱，一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线，A正确； B．γ射线不带电，在电场或磁场中均不偏转，是光子流，B错误； C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线，最弱的是γ射线，C正确； D．β射线是高速电子流，但不是原来绕核旋转的核外电子，而是原子核内中子转化为质子时放出的，D正确。 故选ACD。 题型2 一、原子核的衰变 1、原子核的衰变定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，而变成另一种原子核的变化。 2、衰变类型 （1）α衰变：原子核放出α粒子的衰变，进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2，U的α衰变方程：U→Th＋He。 （2）β衰变：原子核放出β粒子的衰变，进行β 衰变时，质量数不变，电荷数加1，Th的β衰变方程：Th→Pa＋e。 3、α衰变的特点、本质及方程 （1）衰变的定义：原子核自发地放α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。 （2）α衰变的定义：原子核释放出一个α粒子变成一个新的原子核的过程。 （3）α衰变的本质：原子核内部两个质子和两个中子结合在一起从从内射出。 （4）α衰变的特点：发生α衰变后，原子核的质量数减4，电荷数减2。 （5）α衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和，衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和，所以α衰变时电荷数和质量数都守恒。 4、β衰变的特点、本质及方程 （1）衰变的定义：原子核自发地放α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。 （2）β衰变的定义：原子核释放出一个β粒子变成一个新的原子核的过程。 （3）β衰变的本质：原子核内部的一个中子转化成一个质子和一个β粒子（电子），并将β粒子射出；其转化方程是：。 （4）β衰变的特点：发生β衰变后，原子核的质量数不变，电荷数加1。 （5）β衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和，衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和，所以β衰变时电荷数和质量数都守恒。 5、γ射线：放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。 二、半衰期与核反应 1、半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 （1）决定因素：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和外部条件没有关系。不同的放射性元素，半衰期不同。 （2）应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间。 （3）N余＝N原，m余＝m原式中N原、m原分别表示衰变前的原子核数和质量，N余、m余分别表示衰变后的尚未发生衰变的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 （4）适用条件：半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义。 2、核反应 （1）人工核转变：N＋He→O＋H。 （2）定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 （3）特点：在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。 3、确定原子核衰变次数的方法与技巧 （1）方法：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，则衰变方程为：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 以上两式联立解得：n＝，m＝＋Z′－Z 由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。 (2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。 三、放射性同位素及其应用和辐射与安全 1、放射性同位素：很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。 2、放射性同位素的应用： （1）射线测厚仪。 （2）放射治疗。 （3）培优、保鲜。 （4）示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后，可以探测出原子到达的位置。 3、辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。 【探究归纳】放射性元素的原子核自发放出 α 或 β 粒子，转变为新核，该过程遵循电荷数、质量数守恒，其衰变快慢用半衰期描述，且半衰期不受外界条件影响。 【典例2-1】2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．具有放射性 B．粒子X是核内中子转化为质子的过程中产生的 C．粒子X是居里夫人首先发现的 D．粒子X的电离能力比α粒子强 【答案】B 【详解】A．是氮的稳定同位素，不具有放射性，故A错误； B．根据核反应电荷数守恒和质量数守恒，可得粒子X的质量数为 电荷数为 因此X为电子，该反应为β衰变，而β衰变的本质是原子核内的中子转化为质子的过程中，同时释放出电子，即粒子X，故B正确； C．电子是汤姆孙首先发现的，居里夫人的主要贡献是发现放射性元素钋和镭，故C错误； D．α粒子的电离能力远强于电子，故D错误。 故选B。 【典例2-2】（多选）云室内静止在范围足够大的匀强磁场（图中未画出）中P点的原子核发生衰变，衰变产生的新核与粒子恰在纸面内运动，观察到衰变后一段时间内二者的轨迹如图所示。下列说法正确的是（ ） A．匀强磁场方向垂直于纸面向外 B．沿曲线PQ运动的是新核 C．新核的动量比粒子小 D．新核的比荷比粒子小 【答案】BD 【详解】A．衰变后新核与粒子的运动方向相反，由洛伦兹力提供向心力可知，洛伦兹力指向轨迹的圆心，根据左手定则可知，匀强磁场方向垂直于纸面向里，故A错误； BC．原子核发生衰变时，根据动量守恒可知新核和粒子的动量大小相等，方向相反，在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力，即 整理得，由于粒子的电荷量小于新核的电荷量，所以粒子的运动半径大于新核的运动半径，所以沿曲线PQ运动的是新核，故B正确，C错误； D．粒子是氦的原子核，电荷数与质量数的比为，衰变过程产生的新核一般是原子序数大于80的原子核， 原子序数大于80的原子核电荷数与质量数的比小于，故D正确。 故选BD。 【典例2-3】是最常见的一种铀，但它却不是实用的核燃料，军事上常用做贫铀弹或装甲板材。假设经过多次和衰变，最终生成并释放出射线。已知的半衰期亿年，经过年后，的质量变为原有质量的，求： (1)的数值； (2)转变为经历衰变的次数。 【详解】（1）根据半衰期的剩余质量公式 已知剩余质量 代入得 代入半衰期亿 得亿 （2）设发生了次衰变和次衰变，则有， 解得，，即发生了8次衰变。 跟踪训练1天然钍232经过中子轰击，可得铀233，是一种前景十分可观的能源材料。天然钍232的衰变方程为，下列判断正确的是（　　） A．n=2，m=3 B．n=3，m=2 C．n=2，m=1 D．n=3，m=1 【答案】B 【详解】根据核反应过程质量数、电荷数守恒可得， 解得， 故选B。 跟踪训练2（多选）2025年11月，全球首座钍基熔盐堆发电站在我国正式启动建设。钍基熔盐堆核能系统具有常压工作、无水冷却、核废料少、防扩散性能强和经济性更优等特点，在其燃料增殖阶段，通过下列核反应①；②；③，将不容易裂变的钍232变成易裂变的铀233。关于上述核反应，下列说法正确的是（　　） A．X的核电荷数为90 B．Y是中子 C．②是核聚变 D．③是β衰变 【答案】AD 【详解】A．根据核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒，可知X的核电荷数、质量数分别为、，故A正确； B．根据核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒，可知Y的核电荷数、质量数分别为、，可知Y为电子，故B错误； CD．②③反应均有放出电子，均属于β衰变，故C错误，D正确。 故选AD。 跟踪训练3核反应在航天与核技术中有着重要应用。 (1)用粒子（氦核）轰击静止的铍核（），发生核反应后生成碳核（）和中子，写出该核反应的方程式。 (2)“玉兔二号”核电池使用的钚238，半衰期为90天，若初始质量为16g，求经过180天后剩余的质量。 【详解】（1）该核反应的方程式 （2）经过180天后剩余的质量 题型3 一、核力与四种基本相互作用 1、核力：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，这种作用称为强相互作用。 2、强相互作用的特点 （1）强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15 m。 （2）距离增大时，强相互作用急剧减小，超过10－15 m，相互作用不存在。 3、弱相互作用 （1）弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。 （2）弱相互作用是短程力，其力程只有10－18 m。 4、四种基本相互作用 （1）引力相互作用——物体与物体间的万有引力。比如重力是由引力相互作用引起的。 （2）电磁相互作用——压力、拉力、弹力、支持力、电荷间的相互作用、磁体间的相互作用等的都是电磁相互作用。 （3）强相互作用——使核子紧密结合在一起的作用力，叫作核力。 （4）弱相互作用——在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因。 二、结合能 1、结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 2、比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能，比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，中等大小的核的比结合能最大，最稳定。 三、质量亏损 1、质能方程：物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2。 2、质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。 3、质量亏损Δm的理解：所谓质量亏损，并不是质量消失，而是减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了，反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。 4、质能方程E＝mc2的理解 （1）根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比，物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。 （2）运用质能方程时应注意单位，一般情况下，公式中各量都应取国际单位制单位，但在微观领域，用国际单位制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1u对应931.5MeV能量。 5、利用比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数，核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能。 【归纳总结】核力是核子间的强相互短程力，核子结合成原子核时会发生质量亏损，释放的能量即为结合能，比结合能越大原子核越稳定。 【典例3-1】的衰变方程是：，其中是反电子中微子，电荷为零，静止质量可视为零。下列说法正确的是（ ） A．核反应中的X是中子 B．的比结合能大于的比结合能 C．衰变产物的质量数与相同，因此该过程不释放能量 D．若衰变前静止，则衰变后、X和反电子中微子的总动量为零 【答案】D 【详解】A．根据电荷数和质量数守恒可知的电荷数 质量数 所以为电子，故A错误； B．衰变释放能量，生成核比反应核更加稳定，原子核越稳定，比结合能越大，即的比结合能比的比结合能大，故B错误； C．核反应遵循质量数守恒，但反应过程存在质量亏损，满足，因此该过程释放能量，故C错误； D．核反应过程遵循动量守恒，若衰变前静止，则衰变后、和反电子中微子的总动量为零，故D正确。 故选D。 【典例3-2】（多选）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。 【典例3-3】在探索恒星内部元素合成的过程中，科学家关注一种α粒子俘获反应：一个静止的靶核（）俘获一个α粒子（），生成一个复合核Y。已知核反应过程吸收能量，靶核X、α粒子和复合核Y的静止质量分别为、、，真空中的光速为。 (1)写出靶核X俘获α粒子的核反应方程； (2)求吸收的能量。 【详解】（1）根据题意以及质量数和电荷数守恒可得核反应方程为 （2）根据质能方程可得吸收的能量 跟踪训练1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。 跟踪训练2（多选）伽马刀虽然名为“刀”，但实际上是一种精准放射治疗系统，通过聚焦γ射线去除病变组织。其主要利用Co衰变获得所需的射线，Co发生衰变后产生的新核用X表示，已知X比多一个质子，Co的半衰期约为5.3年，下列说法正确的是（　　） A．发生了β衰变 B．X的质量数与的质量数的差等于1 C．X的比结合能比的要大 D．伽马刀中特定的200个原子，经过5.3年后仍有100个未发生衰变 【答案】AC 【详解】A．伽马刀中使用的是（质量数60，原子序数27），衰变后X的质子数增加1，符合β⁻衰变特征，故A正确。 B．的质量数为60，衰变后X（）的质量数也为60，质量数差为0，不是1，故B错误。 C．自发β⁻衰变为，释放能量，表明比更稳定，比结合能更大，故C正确。 D． “特定的200个原子”和“仍有100个未发生衰变”与半衰期不符合，半衰期是统计概念，对于有限原子数，未衰变原子数期望值为100，但实际值存在随机波动，并非精确100个，故D错误。 故选AC。 跟踪训练3的质量是，质子的质量是，中子的质量是，则： (1)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？ (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？ (3)如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？ 【详解】（1）一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是 反应前各核子总质量为 反应后新核的质量为 质量亏损为 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放出能量的反应。 根据爱因斯坦质能方向可得该过程释放的核能为 （2）氚核的结合能即为 它的比结合能为 （3）放出光子的频率为 题型4 一、核裂变和反应堆与核电站 1、核裂变：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。 2、铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是U＋n→Ba＋Kr＋3n。 3、链式反应：中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的链式反应。 4、临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 5、核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成： （1）燃料：铀棒。 （2）慢化剂：石墨、重水和普通水(也叫轻水)。 （3）控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。 （4）工作原理：核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。 6、核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。 二、核聚变 1、核聚变定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 （1）核反应方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 （2）条件：使轻核的距离达到10－15 m以内． （3）方法：加热到很高的温度。 （4）宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能。 （5）人工热核反应：氢弹．首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 2、核聚变与核裂变的比较 （1）优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；③轻核聚变更为安全、清洁。 （2）缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度． 解决方案：磁约束和惯性约束。 【归纳总结】重核分裂释放能量为核裂变，轻核聚合释放能量为核聚变，二者均伴随质量亏损与巨大核能释放。 【典例4-1】卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现新核素，核反应方程为核电站反应堆中，一种典型的裂变反应为。下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福发现新核素的核反应属于核聚变 B．核反应方程中的X是中子 C．β衰变的实质是Y转化成 X 和电子 D．铀235裂变需要吸收能量 【答案】C 【详解】第一个反应中，X的电荷数=7+2-8=1，质量数=14+4-17=1，故X为质子（）； 第二个反应中，Y的电荷数=56+36-92=0，质量数=，故Y为中子（）。 A．核聚变是轻核结合成质量更大的核的反应，卢瑟福的核反应是人工核转变，不属于核聚变，A错误； B．由上述计算可知，X是质子，不是中子，B错误； C．β衰变的实质是原子核内的中子（Y）转化为质子（X）和电子，电子作为β粒子释放，C正确； D．铀235裂变存在质量亏损，会释放大量能量，不需要吸收能量，D错误。 故选C。 【典例4-2】（多选）下列有关说法正确的是（　　） A．无线电波、物质波、X射线与β射线都是电磁波 B．γ射线具有很强的穿透本领，可以用来检查人体的内部器官 C．首次并网发电的温州苍南三澳核电站，采用重核裂变获得能量 D．测量星球上某些元素发出的光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，就可以判断星球在靠近或远离地球 【答案】CD 【详解】A．无线电波、X射线是电磁波，物质波（德布罗意波）是实物粒子的波动，不是电磁波，β射线是高速电子流，也不是电磁波，故A错误； B．γ射线具有很强的穿透本领，但对人体的伤害很大，通常不用来检查人体内部器官，故B错误； C．核电站采用重核裂变释放能量进行发电，故C正确； D．通过测量星球上某些元素发光的频率与地球上对应元素发光频率的对比，根据多普勒效应可知，若频率变高，则星球靠近地球，若频率变低，则星球远离地球，故D正确。 故选CD。 跟踪训练1自然界中几乎没有天然的钚，人们利用核反应堆中产生的中子轰击铀，生成物衰变后成为钚，核反应方程为。已知钚的半衰期为2.41万年，则（　　） A．X是 B．该反应为核聚变反应 C．温度升高时钚的半衰期将小于2.41万年 D．1g钚经过4.82万年有发生了衰变 【答案】D 【详解】A．根据反应过程满足质量数和电荷数守恒，可知X的质量数为0，电荷数为，则X是，故A错误； B．核聚变是轻核结合成质量较大的核的反应，该反应是中子轰击重核的人工核转变，不属于核聚变，故B错误； C．半衰期由原子核内部自身性质决定，与温度、压强等外界条件无关，温度升高钚的半衰期仍为2.41万年，故C错误； D．4.82万年为2个半衰期，则1 g钚经过4.82万年剩余未衰变的质量为 可知有发生了衰变，故D正确。 故选D。 跟踪训练2（多选）核聚变是将轻原子核结合成较重原子核并释放巨大能量的过程，被视为未来清洁能源的终极解决方案。关于核聚变原理与应用，下列说法正确的是（　　） A．是核聚变反应方程 B．核聚变需要极高的温度，所以核聚变反应又称为热核反应 C．核聚变使用作为主要燃料，反应后产生放射性废料 D．可控核聚变已实现商业化应用，辽宁红沿河核电站采用核聚变技术发电 【答案】AB 【详解】A．核聚变是将轻原子核结合成较重原子核并释放巨大能量的过程，常用到氢的同位素，可知，是核聚变反应方程，故A 正确； B．核聚变需要极高的温度，高温下原子核的热运动加剧，核子更容易克服库仑斥力并发生碰撞，从而触发核聚变反应，所以核聚变反应又称为热核反应，故B 正确； C．核聚变使用氢的同位素作为主要燃料，反应后不会产生放射性废料，故C 错误； D．可控核聚变还没有实现商业化应用，辽宁红沿河核电站采用核裂变技术发电，故D错误。 故选AB。 跟踪训练3现有四个核反应： A．              B． C．               D． (1)___________是发现中子的核反应方程，_________是研究原子弹的基本核反应方程，___________是研究氢弹的基本核反应方程。 (2)B项中X的质量数为___________，中子数为___________。 【答案】(1) D B A (2) 144 88 【详解】（1）[1][2][3]D为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反应方程；C是一种衰变反应。 （2）[1][2]根据质量数和电荷数守恒，可得X的质量数为 X的质子数为 故X的中子数为 题型5 “基本”粒子 1、“基本”粒子 （1）人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”。 （2）随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。 2、发现新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了μ子,1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子等。 3、粒子的分类 （1）强子：是参与强相互作用的粒子；质子和中子都是强子． （2）轻子：不参与强相互作用；电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子。 （3）规范玻色子：是传递各种相互作用的粒子，如光子，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。 （4）希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。 4、夸克与粒子物理标准模型 （1）夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。 （2）粒子物理标准模型是一整套关于粒子的理论；其中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。 【归纳总结】随着粒子物理发展，人们认识到早期的 “基本粒子” 并非不可再分，粒子可按相互作用分为强子、轻子、规范玻色子等类别，强子由夸克构成，共同组成粒子物理标准模型。 【典例5-1】关于粒子，下列说法正确的是（　　） A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B．强子都是带电粒子 C．夸克模型是探究轻子结构的理论 D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 【答案】D 【详解】A．质子、中子由夸克组成，并非不可再分，而电子是基本粒子；但选项A错误地将质子、中子视为不可再分，故A错误； B．强子包含质子（带电）和中子（不带电），并非都带电，故B错误； C．夸克模型用于研究强子结构，轻子（如电子）属于基本粒子，不适用夸克模型，故C错误； D．夸克电荷为或，说明存在其电荷量小于元电荷的基本粒子（夸克），故D正确。 故选D。 【典例5-2】（多选）列说法正确的是（　　） A．目前还未发现轻子的内部结构 B．自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对粒子不适用 C．反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象 D．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子 【答案】ACD 【详解】A．轻子（如电子、中微子）属于基本粒子，目前实验未发现其内部结构，故A正确； B．能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律在粒子物理中仍然成立，故B错误； C．反粒子与对应粒子（如电子与正电子）相遇时，会湮灭并转化为能量，故C正确； D．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早被发现的强子，故D正确。 故选ACD。 跟踪训练1关于粒子，下列说法正确的是(　　) A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B．强子都是带电的粒子 C．夸克模型是研究各类粒子结构的理论 D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 【答案】D 【详解】A．质子、中子由夸克组成，并非不可再分，电子是基本粒子，A错误； B．强子包含质子（带电）、中子（不带电 ）等，并非都带电，B错误； C．夸克模型是研究“强子”结构的理论，不是各类粒子（如轻子不参与强相互作用，夸克模型不适用），C错误； D．夸克电荷为或，说明电荷最小单位小于电子电荷，D正确。 故选D。 跟踪训练2（多选）下列说法正确的是（    ） A．牛顿被称为“近代物理的先驱者” B．卡文迪什被称为“称量地球质量的第一人” C．光子属于规范玻色子，它传递电磁相互作用 D．雷达使用微波段测定物体位置，利用的是它波长比较大容易衍射的特点 【答案】BC 【详解】A．伽利略被称为“近代物理的先驱者”，故A错误； B．卡文迪什通过实验测量并计算得出了引力常量的值，被称为“称量地球质量的第一人”，故B正确； C．光子属于规范玻色子，它传递电磁相互作用，故C正确； D．雷达使用微波段测定物体的位置，利用的是它的波长比较小不容易衍射的特点，故D错误。 故选BC。 跟踪训练3宇宙热大爆炸理论认为，宇宙一开始是一个“原始火球”，原始的火球发生了爆炸。导致宇宙空间处处膨胀，温度________（选填“上升”“下降”或“不变”）到一定程度时，逐步形成了超星系团、星系团、星系乃至恒星和行星。而充斥于整个宇宙空间的________为宇宙热大爆炸提供了证据。宇宙的未来演化趋势是由________决定的，根据对其分析，科学家预测，宇宙的未来将继续________，甚至________。 【答案】 下降 微波背景辐射 宇宙密度 膨胀 加速膨胀 【详解】[1][2][3][4][5]宇宙热大爆炸理论认为，宇宙一开始是一个“原始火球”，原始的火球发生了爆炸。导致宇宙空间处处膨胀，温度下降到一定程度时，逐步形成了超星系团、星系团、星系乃至恒星和行星。而充斥于整个宇宙空间的微波背景辐射为宇宙热大爆炸提供了证据。宇宙的未来演化趋势是由宇宙密度决定的，根据对其分析，科学家预测，宇宙的未来将继续膨胀， 甚至加速膨胀。故答案为：下降；微波背景辐射；宇宙密度；膨胀；加速膨胀 【能力培优练】 1．钴60（）的衰变实验可以证实宇称不守恒的论断。钴60的衰变方程为，其中X表示的是（    ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒规律，设粒子X的质量数为、电荷数为，因此 解得 根据 解得 故选A。 2．下列说法正确的是（　　） A．密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量 B．核反应方程中的为质子 C．射线、射线、射线都属于电磁波 D．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性 【答案】A 【详解】A．密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量，故A正确； B．核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒，计算得X的电荷数为，质量数为，可知X为中子，故B错误； C．α射线是高速运动的氦原子核流，β射线是高速运动的电子流，仅γ射线属于电磁波，故C错误； D．光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，光的干涉、衍射现象才揭示光的波动性，故D错误。 故选A。 3．医学上PET-CT检查的原理是衰变释放的正电子与人体内的负电子相遇后发生湮灭，产生的射线被探测器接收成像。已知的衰变方程为：，半衰期约为110 min。下列说法正确的是（ ） A．的值为17 B．的值为8 C．人体温度会影响的半衰期 D．约220 min，用于检查的全部发生衰变 【答案】B 【详解】A．根据质量数守恒有 解得，故A错误； B．根据电荷数守恒有 解得，故B正确； C．半衰期与外界温度无关，人体温度不会影响的半衰期，故C错误； D．220 min为2个半衰期，剩余未衰变的为初始量的，不会全部衰变，故D错误。 故选B。 4．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。 5．下列说法正确的是（　　） A．电子的发现说明原子不是组成物质的最小微粒 B．粒子散射实验表明原子核的核子之间存在核力 C．衰变放出的电子是原子的最外层电子吸收能量之后放出来的 D．核反应前后电荷数守恒但质量数不守恒 【答案】A 【详解】A．电子是原子的组成部分，电子的发现说明原子可以再分，不是组成物质的最小微粒，故A正确； B．粒子散射实验的结论是原子具有核式结构，无法证明原子核内核子之间存在核力，故B错误； C．衰变放出的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，不是原子最外层电子，故C错误； D．核反应前后电荷数和质量数均守恒，故D错误。 故选A。 6．烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镅来探测烟雾。当正常空气分子穿过探测器时，镅释放出的射线粒子使空气分子电离从而形成电流；当烟尘进入探测腔内，射线粒子因为穿透能力弱而被烟尘粒子吸附，导致电流减小，从而触发警报。则下列判断正确的（　　） A．发生火灾时，由于温度升高，会使镅的半衰期减小 B．原子核衰变后产生的新核的中子数为144 C．镅衰变放出的射线为射线 D．镅衰变放出的射线为射线 【答案】B 【详解】A．半衰期由原子核内部因素决定，与温度无关，故A错误； B．原子核衰变的核方程为，产生的新核的中子数为237-93=144，故B正确。 CD．从上述反应式可以看出，镅会释放出的α射线能使空气电离，故CD错误； 故选B。 7．半导体材料的价带与导带间有一个带隙，其能量间隔为Eg。当入射光的能量hν≥Eg时，价带中的电子就会吸收光子的能量，跃迁到导带，而在价带中留下一个空穴，形成可以导电的电子-空穴对。因此，这种光电效应就是一种内光电效应。则（　　） A．该反应为β衰变 B．发生光电效应时，材料的比结合能增大 C．增加照射光的频率，材料导电性增强 D．增加照射光的光强，材料导电性增强 【答案】D 【详解】A．β衰变是原子核内中子转化为质子同时释放电子的核反应，题述过程是核外电子吸收光子发生的能级跃迁，不属于β衰变，故A错误； B．比结合能是描述原子核稳定程度的物理量，该过程不涉及原子核结构的变化，材料的比结合能不变，故B错误； C．光强不变时，增加照射光频率，单位时间内入射的光子数会减少，产生的电子-空穴对数量减少，材料导电性减弱，故C错误； D．入射光频率满足的前提下，增加光强，单位时间内入射的光子数增多，产生的可导电电子-空穴对数量增多，材料导电性增强，故D正确。 故选D。 8．2026年，“中国聚变工程实验堆（CFETR）”取得重大突破，首次实现稳态运行。在某核反应中，反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为，光在真空中的传播速度为，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中X为 B．核反应中的质量亏损可表示为 C．核聚变需要极高的温度，是为了克服原子核间的万有引力 D．半衰期为12.46年，现有10个氚原子核，经过12.46年后剩下5个氚原子核 【答案】B 【详解】A．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒可知，故X为中子，故A错误； B．核反应释放的核能等于反应后总结合能减去反应前总结合能，即 由质能方程可得 解得质量亏损，故B正确； C．核聚变需要极高温度，是为了克服原子核间的库仑斥力，原子核间万有引力极小可忽略，故C错误； D．半衰期是对大量原子核的统计规律，对少量原子核不适用，10个氚核经过一个半衰期后剩余数量不确定，故D错误。 故选B。 9．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．γ射线是原子内层电子受激发而产生的，医学上用它治疗癌症 B．利用放射性同位素的放射作用，可将它作为示踪原子 C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的 D．电子显微镜比光学显微镜的分辨率更高，是因为电子穿过样品时发生了更明显的衍射 【答案】BC 【详解】A．γ射线是原子核受激发而产生的，医学上用它治疗癌症，故A错误； B．利用放射性同位素的放射性，可将它作为示踪原子，故B正确； C．β衰变所释放的电子是原子核内的一个中子转变为一个质子与一个电子时所产生的，故C正确； D．电子显微镜比光学显微镜的分辨率更高，是因为电子的物质波波长比可见光的波长更短，穿过样品时更不容易发生明显的衍射，故D错误。 故选BC。 10．（多选）PET（正电子发射型计算机断层显像）的基本原理是：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PET原理，下列说法正确的是（　　） A．衰变的方程式为 B．正负电子湮灭的方程式： C．PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长 D．将放射性同位素注入人体，的主要用途是作为示踪原子 【答案】AD 【详解】A．由质量数守恒和电荷数守恒，可知的衰变的方程式是，故A正确； B．正负电子湮灭的方程式，故B错误； C．氧在人体内的代谢时间不长，因此PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短，故C错误； D．将注入人体后，它会参与代谢过程，通过其放射性信号被探测器捕捉，从而追踪生理活动，因此主要用途是示踪原子，故D正确。 故选AD。 11．（多选）下列说法正确的是（　　） A．质量亏损表明的确存在着原子核的结合能 B．不可能从单一热库吸收热量使之完全变成功 C．X射线是原子内层电子跃迁时发射的电磁波 D．高速运动的子寿命变短是相对论时空观的证据之一 【答案】AC 【详解】A．核子结合成原子核时，总质量小于核子单独存在时的总质量，减少的这部分质量就是质量亏损，质量亏损对应的这部分能量就是原子核的结合能，故质量亏损表明的确存在着原子核的结合能，故A正确； B．根据热力学第二定律：不可能从单一热库吸收热量使之完全变成功，而不产生其他影响，B选项表述不完整，故B错误； C．X射线是原子内层电子跃迁时发射的波长很短的电磁波，故C正确； D．高速运动的子寿命变长是相对论时空观的证据之一，故D错误。 故选AC。 12．（多选）铀（U）238本身不容易发生衰变，它通常需要先吸收中子然后经过衰变转化为钚，而钚是一种可衰变的元素。铀238转化为钚的过程：,，，下列说法正确的是（　　） A． B． C．衰变过程中释放的电子，是由原子核内质子转化为中子和电子而来的 D．衰变过程中释放的电子，是由原子核外电子跃迁而来的 【答案】AB 【详解】AB．对于第三个衰变反应，根据质量数守恒 可知 由电荷数守恒 可得，故AB正确； C．衰变过程中释放的电子（β衰变）是由原子核内中子转化为质子时释放的，并非由质子转化为中子和电子而来，故C错误； D．衰变电子来自原子核内部，与核外电子跃迁无关，故D错误。 故选AB。 13．4个氢核结合成1个氦核，同时释放出正电子。已知氢核的质量为，氦核的质量为，正电子的质量为，真空中光速为c。计算每次核反应中的质量亏损及该核反应中平均每个核子释放的能量。 【详解】质量亏损 根据爱因斯坦质能方程可知，该核反应中平均每个核子释放的能量为 14．“国际热核聚变反应堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最为深远的国际科研合作项目之一，ITER装置俗称“人造太阳”。该装置中发生的核聚变反应方程为。该反应的原料可以从水中提取，1L水中含有的，地球上有138.6亿立方米的水；该反应的原料可以用锂制取，地球上锂的储量有2000亿吨．已知的质量为、的质量为、的质量为、的质量为1.0087u，1u的质量相当于931.5MeV的能量，1L汽油完全燃烧释放的热量为，以下计算结果均取三位有效数字。 (1)核聚变反应方程中释放的核能为多少？ (2)1L水中的与足够的发生核反应，释放出的能量为多少？（的摩尔质量为，阿伏加德罗常数取） (3)1L水中的与足够的发生核反应放出的能量相当于多少升的汽油完全燃烧释放的热量。 【详解】（1）核聚变的过程中亏损的质量为 代入数据可得 释放的能量 （2）1L水中的的物质的量 1L水中的的原子个数（个） 1L水中的与足够的发生核反应，释放出的能量。 （3）1L汽油完全燃烧释放的热量为，则产生热量需燃烧的汽油体积 【链接高考】 1．（2025·湖北·高考真题） PET（正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素（如：）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。的衰变方程为，其中是中微子。已知的半衰期是110分钟。下列说法正确的是（   ） A． X为 B．该反应为核聚变反应 C．1克经110分钟剩下0.5克 D．该反应产生的在磁场中会发生偏转 【答案】C 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知，该物质为，故A错误； B．核聚变是轻核结合成重核的过程（如氢弹原理）。本题中的衰变是单个原子核自发转变为另一种原子核，属于放射性衰变（具体为衰变），而非核聚变，故B错误； C．1g该物质经过110min即一个衰变周期，则有一半发生衰变，该物质质量变为0.5g，故C正确； D．不带电，在磁场中不偏转，故D错误。 故选C。 2．（2025·海南·高考真题）海南昌江核电示范项目“玲珑一号”是中国自主研发的全球首个陆上商用模块化小型核反 应堆，其中发生的一个核反应方程为，则为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据质量数守恒和核电荷数守恒可知X是。 故选C。 3．（2024·浙江·高考真题）发现中子的核反应方程为，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚 238的衰变方程为型，下列正确的是（　　） A．核反应方程中的X为 B．衰变方程中的Y为 C．中子的质量数为零 D．钚238的衰变吸收能量 【答案】A 【详解】AB．根据质量数和电荷数守恒可知X为，Y为，故A正确，B错误； C．中子的质量数为1，故C错误； D．衰变过程中质量亏损，释放能量，故D错误。 故选A。 4．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）某理论研究认为，原子核可能发生双衰变，衰变方程为。处于第二激发态的原子核先后辐射能量分别为和的、两光子后回到基态。下列说法正确的是（   ） A． B． C．的频率比的大 D．的波长比的大 【答案】ABC 【详解】AB．由核反应方程质量数和电荷数守恒可得 解得，AB正确； CD．由题可得光子的能量大于光子的能量，光子的能量公式，波长 可得的频率大于的频率，的波长小于的波长，C正确，D错误； 故选ABC。 5．（2022·浙江·高考真题）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是（　　） A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量 B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg C．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度 D．反应堆中存在的核反应 【答案】CD 【详解】A．秦山核电站利用的是重核裂变变释放的能量，故A错误； B．原子核亏损的质量全部转化为电能时，约为 核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率，则原子核亏损的质量大于27.6kg，故B错误； C．核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过中子的数量控制链式反应的速度，故C正确； D．反应堆利用铀235的裂变，生成多个中核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在的核反应，故D正确； 故选CD。 / 学科网（北京）股份有限公司 $