第五章 原子核（重难点训练）物理人教版选择性必修第三册

第五章 原子核 【题型1 天然放射现象的发现及意义】 1 【题型2 α、β、γ射线的本质及特点】 3 【题型3 核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系】 5 【题型4 α衰变的特点、本质及方程】 7 【题型5 β衰变的特点、本质及方程】 9 【题型6 计算α和β衰变的次数】 11 【题型7 半衰期的相关计算】 13 【题型8 核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子】 15 【题型9 人工核反应】 18 【题型10 核力与四种基本相互作用】 19 【题型11 结合能与比结合能的概念及物理意义】 21 【题型12 比结合能随质量数变化的曲线】 23 【题型13 结合能（比结合）与核能的相关判断和计算】 25 【题型14 核反应前后存在质量亏损及其计算】 27 【题型15 爱因斯坦质能方程的应用】 30 【题型16 重核的裂变及反应条件】 32 【题型17 重核裂变的应用（核电站与反应堆）】 34 【题型18 轻核的聚变及反应条件】 35 【题型19 核聚变的反应方程】 37 【题型20 轻核聚变的应用】 39 【题型21 “基本”粒子】 40 【题型1 天然放射现象的发现及意义】 1．下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关的是（　　） A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象 B．α粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象 C．含铀的矿物质自发向外放出β射线（高速电子流）的现象 D．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象 【答案】C 【解答】解：A，光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故A错误； B，α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故B错误； C，天然放射现象是原子核内部发生变化自发的放射出α射线或β射线，从而发生α衰变或β衰变，反应的过程中核内核子数，质子数，中子数发生变化，故C正确； D，原子发光是原子跃迁形成的，即电子从高能级向低能级跃迁，释放的能量以光子形式辐射出去，没有涉及到原子核的变化，故D错误； 故选：C。 2．下列说法正确的是（　　） A．天然放射现象说明原子核具有复杂结构 B．有6个能发生α衰变的原子核经过一个半衰期一定还剩3个没有衰变的原子核 C．大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁能产生两种不同频率的光子 D．某种频率的光照射某金属表面能发生光电效应，所有光电子初动能都相等 【答案】A 【解答】解：A.天然放射现象说明原子核内部是有复杂的结构的，故A正确； B.半衰期是放射性元素衰变一半所用的时间，是一种统计规律，对少数原子核的衰变没有意义，故有6个能发生α衰变的原子核经过一个半衰期不一定还剩3个没有衰变的原子核，故B错误； C.因为，所以大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁能产生3种不同频率的光子，故C错误； D.由光电效应方程可知，某种频率的光照射某金属表面能发生光电效应，所有光电子初动能不一定相等，但最大动能是确定的，故D错误。 故选：A。 3．（多选）对于原子、原子核，人们无法直接观察到其内部结构，只能通过对各种实验事实提供的信息进行分析、猜想、提出微观模型，并进一步接受实验事实的检验，进而再对模型进行修正。下列实验事实支持相应观点的是（　　） A．电子的发现，说明原子是可以再分的 B．康普顿散射现象及规律，说明原子具有核式结构 C．玻尔依据氢原子光谱的实验规律，将量子观念引入原子领域 D．天然放射现象，说明原子核内部是有结构的 【答案】ACD 【解答】解：A、电子的发现，说明原子是可以再分的，故A正确； B、康普顿散射现象及规律，说明光子具有动量，α粒子散射实验说明原子具有核式结构，故B错误； C、玻尔依据氢原子光谱的实验规律，将量子观念引入原子领域，很好的解释了氢原子发光现象，故C正确； D、天然放射现象，说明原子核内部是有结构的，故D正确。 故选：ACD。 【题型2 α、β、γ射线的本质及特点】 4．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 【解答】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，电离能力强，容易使气体分子中的电子剥离，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，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，故D错误。 故选：C。 5．（多选）太赫兹辐射通常是指频率在0.1～10THz（1THz＝1012Hz）、即频率在微波与红外线之间的电磁辐射，其频率高于微波，低于红外线、紫外线，远低于X射线．太赫兹波对人体安全，可以穿透衣物等不透明物体，实现对隐匿物体的成像．近年来太赫兹技术在国家安全、信息技术等诸多领域取得了快速发展，被誉为“改变未来世界十大技术”之一．由上述信息可知，太赫兹波（　　） A．其光子的能量比红外线光子的能量小 B．比微波更容易发生衍射现象 C．比紫外线更难使金属发生光电效应 D．比X射线穿透性更强 【答案】AC 【解答】解：A、因为太赫兹波的频率高于微波，低于红外线，根据爱因斯坦的光子说E＝hν可知，它的光子的能量比红外线光子的能量更小，故A正确； B、它的频率大于微波，根据公式c＝λν，可知波长小于微波，而发生衍射现象的条件是尺度或孔径小于波长，但是它的波长比微波还小，所以很难有物体的尺度能达到这么小，故比微波不容易发生衍射现象，故B错误； C、由于它的频率比紫外线更小，所以它的能量小于紫外线，故比紫外线更难使金属发生光电效应，故C正确； D、由于太赫兹波频率低于X射线，故它比X射线穿透性更弱，故D错误。 故选：AC。 6．核废水中含有多种放射性元素，其中铯137的衰变方程为Cs→Ba+X。则X是 　β　 （填“ω”或“β”）粒子，被核废水中放射性物质污染的海产品，通过高温烹煮后 　不能　 （填“可以”或“不能”）消除核辐射。 【答案】β；不能。 【解答】解：根据质量数守恒和电荷数守恒可得，X的质量数为0，电荷数为﹣1，则X为β粒子。 由于放射性物质的放射性是原子核本身的性质，不会受环境影响，则通过高温烹煮后不能消除核辐射。 故答案为：β；不能。 【题型3 核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系】 7．2025年10月25日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，有望成为人类历史上首个实现聚变发电的装置。如图所示，现实中太阳内层的氢发生聚变，每4个会聚变成1个，即质子﹣质子链反应。下列说法正确的是（　　） A．比少两个中子 B．和聚合成，反应需要吸收能量 C．两个合成的过程中产生一个负电子 D．的比结合能大于的比结合能 【答案】D 【解答】解：A、中子数为0，中子数为1，则比少一个中子，故A错误； B、和聚合成，反应放出能量，故B错误； C、根据，即两个合成的过程中产生一个正电子，故C错误； D、根据比结合能越大越稳定的知识，可知因生成物更加稳定，生成物的比结合能更大，即的比结合能大于的比结合能，故D正确。 故选：D。 8．我国“两弹一星”元勋、著名核物理学家王淦昌先生，曾几度与诺贝尔物理学奖擦肩而过，但他始终怀揣科技报国的赤子之心，在国家需要时“以身许国”。1931年，王淦昌提出用云室研究“铍辐射”的本质，该思路直指中子的发现；1942年，王淦昌创造性地提出利用轻原子核的“K电子俘获”过程来验证中微子（ve）的存在，该过程的核反应方程为。下列说法正确的是（　　） A．王淦昌建议中使用的铍（）与查德威克实验中使用的铍（）互为同位素 B．查德威克发现中子的核反应方程为 C．方程中的中微子（ve）不带电，其质量数与质子的质量数相同 D．方程中的是中子转化为质子时产生的 【答案】A 【解答】解：A．同位素是指质子数相同、中子数不同（或质量数不同）同种元素的不同核素的原子。王淦昌使用的铍（）与查德威克使用的铍（）质子数均为4，质量数分别为7和9，中子数不同，故互为同位素。故A正确。 B．查德威克发现中子的核反应方程为，选项中写为（质量数13），与标准方程（质量数12）不符，故B错误。 C．由核反应方程的质量数守恒，可知中微子（ve）不带电，电荷数为0，质量数也为0，而质子的质量数为1，两者不相同，故C错误。 D．方程中的是电子，在电子俘获过程中被吸收，导致质子转化为中子，而非中子转化为质子产生（中子转化为质子时产生电子），故D错误。 故选：A。 9．（多选）碲Te为斜方晶系银白色结晶，可由半衰期为13h的放射性元素I衰变而成，其衰变方程为I→Te+X，这一衰变过程可用于检测人体甲状腺对碘的吸收。下列说法正确的是（　　） A．衰变产物中的X为质子 B．衰变产物中的X为正电子 C．温度升高，放射性元素I的半衰期会小于13h D．I经过26h后会剩下2.5g未发生衰变 【答案】BD 【解答】解：AB、衰变方程遵循核子数守恒、核电荷数守恒，碘的核子数与碲的核子数相同，所以X的核子数为零，碲的核电荷数为52，碘的核电荷数为53，所以X的核电荷数为1，所以X为正电子，故A错误，B正确； C、半衰期与环境无关，所以仍为13h，故C错误； D、每经过一个半衰期将有半数原子核发生衰变，26h为放射性元素的半衰期的2倍，所以经过26h后会剩下2.5g未发生衰变，故D正确。 故选：BD。 【题型4 α衰变的特点、本质及方程】 10．2025年6月，我国秦山核电基地宣布医用同位素镥﹣177正式供应市场，标志着该领域的重大突破。镥﹣177衰变方程为，已知的半衰期为6.7天，单个、、粒子X的质量分别为m0、m1、m2，真空中光速为c，则下列说法正确的是（　　） A．强相互作用是引起该衰变的原因 B．粒子X具有很强的电离本领，可以用来制作烟雾报警器 C．1g的经过20.1天后0.125g发生了衰变 D．单个原子核衰变释放的能量为 【答案】D 【解答】解：A．根据质量数和电荷数守恒，该衰变方程为，为β衰变，由弱相互作用引起，核力是强相互作用的一种具体表现形式，不会引起β衰变，故A错误。 B．X为，即β粒子，电离本领较弱，烟雾报警器通常使用电离本领较强的α粒子源，故B错误。 C．半衰期T＝6.7天，时间t＝20.1天为3个半衰期，剩余质量，衰变质量1g﹣0.125g＝0.875g，故C错误。 D．根据质能方程，则单个原子核衰变释放的能量为，故D正确。 故选：D。 11．（多选）Am（镅）是一种半衰期长达433年的放射性金属，通过衰变释放射线而被用于烟雾探测器，其衰变方程为Am→NpHe+γ。在该烟雾探测器中装有大概0.3微克的镅﹣241，其释放的射线可以使腔内空气电离，从而在探测腔内加有低压的电极间形成微小电流。一旦烟雾进入探测器，就会阻挡部分射线而使得电流减小引发警报。下列说法中正确的是（　　） A．He是α粒子、有很强的贯穿本领 B．γ是光子，不具有能量 C．0.3微克的镅经过866年剩余Am的质量为0.075微克 D．镅241衰变过程要放出能量，故Am的比结合能比Np小 【答案】CD 【解答】解：A、He是α粒子，α粒子的穿透能力最弱，电离本领最强，故A错误； B、γ是光子，光子也是具有能量的，故B错误； C、0.3微克的镅经过866年剩余的质量为m，故C正确； D、在核反应中，生成物比反应物更稳定，比结合能越大越稳定，所以Am的比结合能比Np小，所以在镅衰变过程中要释放能量，故D正确。 故选：CD。 12．镭（Ra）元素在1902年由居里夫妇首先发现，原子序数为88。镭的所有同位素都具有强烈的放射性，其中最稳定的同位素为镭226（），它会发生α衰变变成氡（Rn）。设有一个静止的镭原子核发生了α衰变，认为衰变产生的总能量等于α粒子（）的动能与氡原子核的动能之和，其中α粒子的动能为E，忽略衰变过程释放光子的动量和能量，认为原子核的质量之比等于质量数之比。 （1）补全上述衰变的核反应方程式，　　 ； （2）求衰变产生的总能量； （3）若产生的α粒子和氡原子核以垂直于磁场方向的速度进入同一个匀强磁场中，求两个粒子的偏转半径rα和rRn之比。 【解答】解：（1）核反应方程为 （2）衰变过程动量守恒，以α粒子速度方向为正方向，可知0＝mαvα﹣mRnvRn 由题α粒子的动能 氡原子核的动能 由题意，可得 产生的总能量 （3）原子核进入磁场后做圆周运动，由，可得 代入数字得。 答：（1）核反应方程式为； （2）衰变产生的总能量等于； （3）两个粒子的偏转半径之比等于43：1。 【题型5 β衰变的特点、本质及方程】 13．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（Rn）发生一次衰变后生成新核钋（Po）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β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（Po）比氡核（Rn）的比结合能小 【答案】B 【解答】解：A、根据电荷数和质量数守恒，可得粒子X的电荷数为 86﹣84＝2 质量数为 222﹣218＝4 是α粒子，发生的α衰变，故A错误； B、α粒子在穿过物质时，容易使物质中的原子电离，所以电离能力很强，故B正确； C、半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对于少量原子核不适用，且原子核的衰变与外界条件无关，故C错误； D、根据比结合能越大越稳定，钋核的比结合能大于氡核的比结合能，故D错误。 故选：B。 14．（多选）核发生衰变的核反应式为，衰变过程发射出γ光子，并伴随产生中微子。该γ光子照射到逸出功为W0的金属上，打出的光电子速度为v。已知光电子的质量为m，真空中的光速为c，普朗克常量为h，则（　　） A．该衰变过程中Pa核内一个质子转化为中子，这与弱相互作用力有关 B．中微子和电子均属于轻子 C．光电子的物质波波长为 D．核反应中产生的γ光子频率为 【答案】BC 【解答】解：A．该衰变过程中Pa核内一个质子转化为中子，属于原子核内部核子间的相互作用，即与强相互作用力有关，故A错误； B．电子和中微子均属于轻子，故B正确； C．根据物质波波长求解公式可得光电子的物质波波长为 故C正确； D．根据爱因斯坦光电效应方程有 所以 由于不确定光电子的最大初速度，所以不能确定γ光子频率，故D错误。 故选：BC。 15．科学家预测质子（）不稳定，可衰变为中性π介子（）。科学家将探测器放置于地下1千米深处，使用5万吨的超纯水（约含有N0＝1.80×1034个质子）和1万多个光电倍增管，用于探测质子的衰变。 （1）写出质子的衰变方程； （2）经过2个半衰期，纯水中大约有多少个质子发生了衰变（保留三位有效数字）。 【解答】解：（1）根据质量数和电荷数守恒，质子的衰变方程； （2）设经2个半衰期后，剩下还没有发生衰变的质子数为N，则个＝0.45×1034个，则经过2个半衰期后发生衰变的质子大约有N0﹣N＝（1.80×1034﹣0.45×1034）个＝1.35×1034个。 答：（1）质子的衰变方程为； （2）纯水中大约有1.35×1034个质子发生了衰变。 【题型6 计算α和β衰变的次数】 16．下列关于核反应的说法中正确的是（　　） A．Th→Pae是β衰变方程，U→ThHe是核裂变方程 B．Un→BaKrn是核裂变方程，也是链式反应的反应方程 C．Th衰变为Rh，经过2次α衰变，3次β衰变 D．铝核Al被α粒子击中后产生的反应生成物是磷核P，同时放出一个质子 【答案】B 【解答】解：A、核反应方程Th→Pae放射出电子，是β衰变方程，U→ThHe是α衰变方程，故A错误； B、核反应方程Un→BaKr是核裂变方程，也是链式反应的核反应方程，故B正确； C、在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，质量数不变，设经过了m次α衰变，则有4m＝234﹣222＝12 解得 m＝3 设经过了n次β衰变，则有2m﹣n＝90﹣86＝4 解得n＝2，故C错误； D、铝核Al被α粒子击中后，核反应方程为AlHe→Pn，放出一个中子，故D错误。 故选：B。 17．（多选）放射性同位素钍232Th经一系列α、β衰变后生成氢220Rn，以下说法正确的是（　　） A．每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2个 B．220Rn的半衰期约为1分钟，所以2分钟后1000个220Rn原子核就只剩250个 C．放射性元素钍232Th的原子核比氡220Rn原子核的中子数多8个 D．钍232Th衰变成氡220Rn一共经过3次α衰变和Ω次β衰变 【答案】CD 【解答】解：A.因为α粒子的质量数是4，则每经过一次α衰变原子核的质量数会减少4个，故A错误； B.放射性元素的半衰期是大量原子核的一个统计规律，对少数原子核不成立，故B错误； C.放射性元素钍的原子核的中子数232﹣90＝142，氡原子核的中子数220﹣86＝134，所以放射性元素钍的原子核比氡原子核的中子数多8个，故C正确； D.钍衰变成氡，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4；经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故D正确。 故选：CD。 18．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α和β衰变，最终生成并释放出γ射线。已知的半衰期τ＝4.5亿年，经过n年后，的质量变为原有质量的。求： （1）n的数值； （2）转变为经历α衰变的次数。 【解答】解：（1）根据半衰期公式，的质量为原有质量的，即要经历两个半衰期，可知n＝2τ＝2×4.5亿年＝9.0亿年； （2）设转变为经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒，有→，解得x＝8，y＝6。 答：（1）n的数值为9.0亿； （2）转变为经历α衰变的次数为8次。 【题型7 半衰期的相关计算】 19．“烛龙一号”是我国首款自主研制的14C核电池，它以超长寿命、极端环境适应性和高安全性引发全球关注。已知该核电池内的核反应方程是，的半衰期是5730年。下列说法正确的是（　　） A．比更稳定 B．该反应是α衰变 C．环境温度升高时，半衰期小于5730年 D．1g14C经过11460年后还剩下0.25g未衰变 【答案】D 【解答】解：A．衰变的本质是原子核从不稳定向稳定转变，是生成物，更稳定，故A错误； B．根据核反应质量数、电荷数守恒，可得X的质量数为14﹣14＝0，电荷数为6﹣7＝﹣1，即X为电子，该反应是β衰变，故B错误； C．半衰期由原子核内部结构决定，与外界温度、压强等环境条件无关，温度升高时C半衰期仍为5730年，故C错误； D．11460年为2个半衰期，剩余未衰变的质量，故D正确。 故选D。 20．射线广泛应用于诊断与治疗，钴60产生用于治疗的γ射线的衰变方程为→X。钴60衰变过程中任意时刻质量m与初始时刻质量m0的比值随时间t的变化规律如图所示，图中t1、t2已知。下列判断正确的是（　　） A．钴60的中子数为33 B．X为正电子 C．此反应要吸收能量 D．钴60的半衰期为 【答案】A 【解答】解：A、钴60的质量数是60，质子数是27，所以中子数N＝60﹣27＝33，故A正确； B、根据质量数守恒可知X的质量数A＝60﹣60＝0，电荷数Z＝27﹣28＝﹣1，所以X是电子，故B错误； C、结合B的分析可知，该核反应为β衰变，衰变的过程中释放能量，故C错误； D、由图可知，t1时刻，t2时刻。从t1到t2，质量从衰减到m0，恰好衰减了一半，可知此时间间隔t2﹣t1，即为钴60的半衰期为t2﹣t1，故D错误。 故选：A。 21．（多选）鉴定古木的年代通常采用的是碳14测年法。植物存活期间，其体内C与C的比例不变，生命活动结束后，C的比例会持续减少。已知C发生衰变后变为N，半衰期约为5730年。现测量某古木样品中C的比例，发现其正好是现代植物样品中C比例的二分之一。下列说法正确的是（　　） A．C衰变为N时会辐射出α、β和γ三种射线 B．衰变后，N比C更稳定 C．该古木死亡于距今约2865年前 D．衰变时，β射线中的电子来自于原子核内部 【答案】BD 【解答】解：A．碳14的衰变是β衰变，即中子转变为质子，释放出一个β粒子（电子）和一个反中微子，不会释放α射线，故A错误； B．碳14是放射性同位素，氮14是稳定同位素，因此衰变后的产物更稳定，故B正确； C．碳14的半衰期为5730年，若样品中碳14的比例是现代的一半，说明经历了一个半衰期，即5730年，而不是2865年。故C错误； D．β衰变中，原子核内的一个中子转变为质子，同时释放出一个电子（β粒子）和一个反中微子，故D错误。 故选：BD。 【题型8 核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子】 22．一个α粒子融合到一个O核中，核反应方程为HeO→X，其中O和X的比结合能分别为7.975MeV、8.03MeV，则下列说法正确的是（　　） A．X的质子数为20 B．X的结合能为160.6MeV C．X的中子数为9 D．O比X更稳定 【答案】B 【解答】解：AC、根据质量数守恒可知 A＝4+16＝20 根据电荷数守恒可知 Z＝2+8＝10 可知中子数 N＝A﹣Z＝10 故AC错误； B、结合能的计算公式为：结合能＝比结合能×核子数（质量数）。X的质量数A＝20，比结合能为8.03MeV，因此结合能为 20×8.03MeV＝160.6MeV 故B正确； D、原子核的比结合能较大，所以比更稳定，故D错误。 故选：B。 23．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．如图甲所示，把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就会变钝，是由于表面张力的作用 B．天然放射现象产生的三种射线在磁场中的运动径迹如图乙所示，射线Ⅲ可以用一张A4纸挡住 C．核反应→X中，X粒子为中子 D．如图丙的电冰箱实例中，热量的确从低温物体传到了高温物体，但没有违反热力学第二定律 【答案】ABD 【解答】解：A.玻璃管裂口烧熔后，玻璃呈熔融态（类液体），尖端处表面积较大，表面张力会“拉扯”熔融玻璃，使尖端向表面积更小的“钝形”收缩，最终尖端变钝，故A正确； B.由左手定则，磁场方向垂直纸面向外，图乙中射线Ⅰ为β射线，射线Ⅱ不偏转，为γ射线，另一射线Ⅲ为α射线，射线Ⅲ穿透能力最弱，可用一张A4纸挡住，故B正确； C.核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒，由核反应 则根据守恒质量数19+4＝22+m，得m＝1，电荷数9+2＝10+z，得z＝1，故X为不中子，故C错误； D.冰箱通过压缩机消耗电能（外界做功），将内部（低温物体）的热量“搬运”到外部（高温环境），此过程不是自发的，依赖外界能量输入，符合热力学第二定律的核心“热量不能自发地从低温物体传到高温物体”，故D正确。 故选：ABD。 24．1920年，英国物理学家卢瑟福曾预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。1930年发现，在真空条件下用α射线轰击铍（）时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强的不知名射线和另一种新粒子。经过研究发现，这种不知名射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度不到光速的十分之一；③用它轰击含有静止的氢核的物质，可以把氢核打出来。用它轰击含有静止的氮核的物质，可以把氮核打出来，并且被打出的氢核的最大速度vH和被打出的氮核的最大速度vN之比等于15：2。若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核均发生正碰，且碰撞中没有机械能的损失。已知氢核的质量MH与氮核的质量MN之比等于1：14。 （1）写出α射线轰击铍核的核反应方程。 （2）试根据上面所述的各种情况，通过具体计算说明该射线是由中子组成，而不是γ射线。 【解答】解：（1）根据质量数和电荷数守恒，核反应方程为 （2）由（1）可知，该射线不带电，是由电中性的粒子流组成的。由于γ射线是高速光子流，而该射线速度不到光速的十分之一，因此它不是γ射线。设该粒子的质量为m，轰击氢核和氮核时速度为v，打出氢核后粒子速度变为v1，打出氮核后粒子速度变为v2。由于碰撞中没有机械能的损失，且被打出的氢核和氮核的速度均为最大值，表明该粒子与氢核及氮核的碰撞为弹性碰撞。根据动量守恒和机械能守恒，在打出氢核的过程中，有 mv＝mv1+MHvH 解得 同理，在打出氮核的过程中，以v的方向为正方向，有 mv＝mv2+MNvN 解得 根据vH、vN的表达式及 ， 解得 m＝MH 即该粒子的质量与氢核（质子）质量相同，因此这种不知名的电中性粒子是中子。 答：（1）α射线轰击铍核的核反应方程为； （2）推导过程如上。 【题型9 人工核反应】 25．中国正在建设的紧凑型聚变能实验装置（BEST）预计2027年竣工，并有望成为人类历史上首个实现聚变发电的装置，让世界看到了破解能源短缺与气候危机的“中国方案”。该装置内部主要核反应方程为→X，下列说法正确的是（　　） A．X为质子 B．X为中子 C．该核反应属于链式反应 D．该核反应属于人工转变 【答案】B 【解答】解：AB．根据电荷数守恒，故X电荷数为1+1﹣2＝0 根据质量数守恒，故X质量数为2+3﹣4＝1 所以X为中子，故A错误，B正确。 CD．该反应为轻核聚变（热核反应），故CD错误。 故选：B。 26．（多选）下列关于核反应方程的说法正确的是（　　） A．U→ThHe是重核裂变反应方程 B．查德威克发现了中子，方程式为HeBe→Cn C．HeAl→Pn是人工核转变方程 D．HH→Hen是聚变反应方程 【答案】BCD 【解答】解：A．α衰变是原子核自发放射α粒子的衰变过程，U→ThHe，是α衰变反应方程，故A错误； B．查德威克发现了中子，方程式为：→，故B正确； C．人工核反应：一般是用α粒子（He）高速撞击原子核发生的反应，故可知→，是人工核转变方程，故C正确； D．轻核聚变：聚变是把轻核合成质量较大的核，释放出核能的反应，故可知→，是聚变反应方程，故D正确。 故选：BCD。 【题型10 核力与四种基本相互作用】 27．如图所示，静电力探针显微镜的核心组成部分是悬臂和与悬臂末端相互垂直的绝缘体探针。探针针尖由数十个原子构成，直径在纳米级。当带电针尖逐渐靠近带电绝缘体材料的表面，由于二者的相互作用使得悬臂发生弯曲，入射到悬臂背面激光的反射光线在光屏的位置会发生变化，该变化被探测器记录之后进行处理，得到材料的相关电学信息。根据上述材料，下列说法正确的是（　　） A．针尖与材料表面发生的相互作用为核子之间的核力 B．悬臂发生弯曲使激光入射面的法线方向转过θ角，则反射光线也转过θ角 C．静电力显微镜可以探测带电金属材料表面的电荷分布 D．将探针改为磁性材料，可以探测近样品表面磁场的强弱 【答案】D 【解答】解：A、由题意：测量时带电针尖逐渐靠近带电绝缘体材料的表面，可知是利用探针与材料表面之间的静电力作用，使得悬臂发生弯曲达到测量目的，故A错误； B、入射光线方向不变，法线方向转动θ角，则反射光线要转动θ角的2倍，故B错误； C、静电力显微镜可以探测带电绝缘体材料的表面电学特征，因金属材料导电性较好（内有自由电子），带电针尖靠近金属材料会使其表面的电荷分布发生变化，使测量失真，故C错误； D、由题意的探针工作原理，可知将探针改为磁性材料，探针可以在磁场中利用磁力工作，故可以探测近样品表面磁场的强弱，故D正确。 故选：D。 28．（多选）关于四种相互作用，下列说法中正确的是（　　） A．使原子核内质子、中子保持在一起的作用是电磁相互作用 B．在天然放射现象中起作用的基本相互作用是弱相互作用 C．万有引力和电磁相互作用是远程力，强相互作用和弱相互作用是近程力 D．地球绕太阳旋转而不离去是由于万有引力作用 【答案】BCD 【解答】解： A、使原子核内质子、中子保持在一起的作用是核力，不是电磁作用，是强相互作用。故A错误。 B、在天然放射现象中，比如β衰变中起作用是弱相互作用。故B正确。 C、万有引力和电磁相互作用相互作用的距离很长，是远程力，而强相互作用和弱相互作用相互作用的距离很小，是近程力。故C正确。 D、地球绕太阳旋转而不离去受到对地球巨大的万有引力才不离去。故D正确。 故选：BCD。 【题型11 结合能与比结合能的概念及物理意义】 29．锝﹣99m（99mTc）是核医学单光子发射计算机断层扫描（SPECT）最常用的放射性核素，全球每年使用达数千万人次。它由钼﹣99（99Mo）衰变产生，自身通过同质异能跃迁释放能量为140keV的γ射线，用于医学显像诊断。99mTc的半衰期约为6小时，衰变产物为99Tc（半衰期2.13×105年）。关于该核素及其应用，下列说法正确的是（　　） A．100个99mTc原子核经过12小时后，剩余未衰变的99mTc原子核数量约为25个 B．99Mo衰变为99mTc的过程释放出电子，该电子来源于原子核外层电子的跃迁 C．99mTc释放的γ射线是原子核从激发态向基态跃迁时发出的光子 D．99mTc的比结合能大于其衰变产物99Tc的比结合能 【答案】C 【解答】解：A、半衰期是统计规律，对少量原子核不适用，故A错误； B、β衰变产生的电子来源于原子核内中子转变为质子，不是核外电子的跃迁，故B错误； C、γ射线是原子核从激发态向基态跃迁时释放的光子，故C正确； D、99mTc处于激发态，其比结合能小于处于基态的其衰变产物99Tc的比结合能，故D错误。 故选：C。 30．已知中子的质量mn为1.0087u，质子的质量mp为1.0073u，氘核的质量mD为2.0136u，1u的质量对应的能量为9.31×102MeV，则氘核的比结合能为（　　） A．1.12MeV B．2.23MeV C．3.36MeV D．4.46MeV 【答案】A 【解答】解：一个质子与一个中子结合为氘核的反应过程中，亏损质量Δm＝mn+mp﹣mD＝1.0087u+1.0073u﹣2.0136u＝0.0024u，根据ΔE＝Δmc2，得ΔE＝2.234MeV，氘核的比结合能约为MeV≈1.12MeV，故A正确，BCD错误。 故选：A。 31．（多选）如图所示是部分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。关于核力和比结合能，下列说法正确的是（　　） A．核力是短程力，是引起β衰变的原因 B．若原子核A裂变成原子核B一定会释放能量 C．比结合能越大，平均核子质量越大，原子核越稳定 D．衰变所释放的能量来源于产生的新核从高能级向低能级跃迁 【答案】BD 【解答】解：A．核力是短程力，其作用的范围是10﹣15m，但弱相互作用是引起β衰变的原因，核力与β衰变无关，故A错误。 B．从比结合能图像可知原子核B的比结合能大于原子核A的比结合能，则若原子核A裂变成原子核B一定会释放能量，故B正确。 C．比结合能是平均每个核子的结合能，比结合能越大，原子核越稳定；比结合能越大意味着质量亏损越显著，根据ΔE＝Δmc2，平均核子质量会越小，故C错误。 D．原子核发生衰变后，新生成的原子核往往处于高能级状态，当新核从高能级向低能级跃迁时，会以γ光子的形式释放能量，这就是衰变所释放能量的来源，故D正确。 故选：BD。 【题型12 比结合能随质量数变化的曲线】 32．如图所示是部分原子核的比结合能（平均结合能）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，如的核子比结合能约为8MeV，的核子比结合能约为7MeV，根据该图像判断下列说法正确的是（　　） A．核的比结合能比大，因此比更稳定 B．核的结合能约为14MeV C．把分成4个要吸收约16MeV的能量 D．两个核结合成核时吸收能量 【答案】C 【解答】解：A、根据比结合能定义可知，比结合能越大，原子核越稳定，根据图示可知，核的比结合能比大，则比更稳定，故A错误； B、核的比结合能约为7MeV，则核的结合能约为 4×7 MeV ＝28MeV 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 ΔE＝16×8MeV＝128MeV 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 ΔE′＝4×7MeV＝28MeV 所以把分成4个要吸收 ΔE吸＝ΔE﹣4ΔE′＝16MeV 故C正确； D、由图可知核的比结合能比大，故两个核结合成核时要放出能量，故D错误。 故选：C。 33．（多选）如图甲是卢瑟福用α粒子轰击原子而产生散射的实验，乙图是康普顿研究石墨对X射线的散射实验，丙图是放射性元素氡的质量m和初始时质量m0比值与时间之间的关系图像，丁图是原子核的比结合能与质量数之间关系图像。下列判断正确的是（　　） A．甲图说明，在α粒子散射实验中，大多数粒子都有了明显偏转 B．乙图中，散射后，射线的频率变小，光子的能量也变小 C．丙图中，每过3.8天，要衰变掉质量相同的氡 D．丁图中，核的比结合能最大，最稳定 【答案】BD 【解答】解：A.在α粒子散射实验中，大多数粒子经金箔后仍沿原来方向运动，少数α粒子产生了较大角度的偏转，极个别α粒子偏转角很大，有的几乎沿原路返回，故A错误； B.乙图中，散射后，射线的频率变小，光子的能量变小，故B正确； C.丙图中，氡的半衰期为3.8天，每次衰变后的氡质量均变成原来的一半，故每过3.8天要衰变掉质量不相同的氡，故C错误； D.比结合能越大，原子核越稳定，核的比结合能最大，最稳定，故D正确。 故选：BD。 【题型13 结合能（比结合）与核能的相关判断和计算】 34．2025年新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现原子核和电子温度均突破1亿度，下列关于核聚变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 C．核聚变反应后原子核的总质量增加 D．核聚变反应后原子核的比结合能减小 【答案】A 【解答】解：A．根据质能方程ΔE＝Δmc2，且相同质量的核燃料，轻核聚变中单位质量的质量亏损比重核裂变更大，则轻核聚变释放的核能更多，故A正确； B．由反应过程满足质量数和电荷数守恒，则氘氚核聚变的核反应方程为，故B错误； C．因为核聚变是放能反应，存在质量亏损，所以反应后原子核总质量减小，故C错误； D．核聚变反应后生成的原子核更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，因此反应后比结合能增大，故D错误。 故选：A。 35．某原子核X经过一系列的衰变后变成原子核Y，并以γ射线的形式放出能量。其质量数与中子数的关系如图所示，下列说法正确的是（　　） A．共发生了6次α衰变 B．Y的结合能比X大 C．γ射线是Y向低能级跃迁时释放的 D．经过两个半衰期，4个X一定还剩下1个 【答案】C 【解答】解：A、由图像可知，该衰变过程质量数的减少量为238﹣206＝32，由于一次α衰变质量数减少4，因此共发生了次α衰变，故A错误； C、γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的，原子核衰变后产生的新核Y可能处于高能级，当其向低能级跃迁时会释放γ射线，故C正确； B、由图像可知，原子核X的质量数238大于原子核Y的质量数206，故Y的结合能比X小，故B错误； D、半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数（例如4个）原子核不适用，因此不能断定经过两个半衰期后一定剩下1个原子核，故D错误。 故选：C。 36．（多选）铀238是一种重要的放射性同位素，半衰期约为45亿年，其应用涵盖核能、军事及科研领域，其衰变的核反应方程为，并伴随有γ射线产生，则下列关于该核反应方程，说法正确的是（　　） A．若要缩短铀238的半衰期，可使其处于高温、高压的环境 B．γ射线是由核放出 C．该衰变为β衰变 D．若的结合能为E1，的结合能为E2，的结合能为E3，则该核反应方程释放的能量为E2+E3﹣E1 【答案】BD 【解答】解：A、衰变是原子核层次的反应，与外界物理环境无关，故A错误； B、γ射线是由于衰变后新核处于高能级，当新核由高能级向低能级跃迁时，对外放出，故B正确； C、该衰变是α衰变，故C错误； D、核反应方程释放的能量＝生成物的结合能（E2+E3）﹣反应物的结合能（E1），故D正确。 故选：BD。 【题型14 核反应前后存在质量亏损及其计算】 37．我国部分航天器装载了供能稳定的核电池，其中一种核电池中的核反应方程为Pu→U+X，下列说法中正确的是（　　） A．X是α粒子，α射线穿透能力比β射线强 B．X是α粒子，α射线电离能力比β射线强 C．在太空中Pu的衰变比在地球上慢 D．Pu核和U核的质量差等于该衰变过程的质量亏损 【答案】B 【解答】解：AB、根据核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒，质量数守恒，反应前的质量数为238，反应后的质量数为234，因此X的质量数为238﹣234＝4 电荷数守恒，反应前的电荷数为94，反应尼的电荷数为92，因此X的电荷数为94一92＝2 质量数为4、电荷数为2的粒子是α粒子，故X为α粒子，α射线的本质是高速氦核流，质量大、速度慢，与物质作用时易损失能量，穿透能力弱；β射线是高速电子流，质量小、速度快，穿透能力比α射线强，故A错误，B正确； C、衰变的快慢由原子核内部因素决定，与外界环境无关，半衰期是固定的，则在太空中衰变与在地球上快慢一样，故C错误； D、质量亏损是指核反应前后总质量的减少量，即反应前的质量与反应后和α粒子的质量之和的差值，故D错误。 故选：B。 38．（多选）人体暴露于强烈的中子辐射中会在血浆中产生，可以通过测量的数量来确定患者吸收的辐射剂量。具有放射性会发生衰变，衰变方程为，衰变的半衰期为15h。某次研究其放射特性的实验中，将孤立原子核置于磁感应强度为B的匀强磁场中，衰变后在磁场中形成a、b两条圆周径迹，部分轨迹如图所示，大圆的半径为R，衰变过程中释放的核能全部转变为衰变产物的动能，忽略重力和粒子间电场力作用。电子质量为m、电荷量为e，镁原子核的质量为M，真空中光速为c。下列说法中正确的是（　　） A．当人体被中子辐射后身体发烧时，原子核的半衰期将变短 B．大圆对应粒子的运动方向为顺时针方向 C．电子运动形成的等效电流为 D．衰变过程中亏损的质量为 【答案】BD 【解答】解：A．半衰期由原子核内部本身的因素决定，与外界的温度无关，故原子核的半衰期不变，故A错误； B．在磁场中，洛伦兹力提供向心力，故 解得 由动量守恒可知，衰变后的两新粒子动量大小相等，故偏转半径与所带电荷量成反比，大圆对应的粒子应是电荷量小的，即为电子，带负电；根据左手定则，大圆对应粒子的运动方向为顺时针方向，故B正确； C．电子做圆周运动的半径为R，根据牛顿第二定律可得 解得线速度的大小为 电子做圆周运动的周期 电子运动形成的等效电流为 故C错误； D．根据可得电子的动量大小为mv＝BRe 由动量守恒可知，衰变后的两新粒子动量大小相等，即mv＝Mv′＝BRe 衰变过程中释放的核能全部转变为衰变产物的动能，故 根据质能方程可知E＝Δm•c2 联立可得 故D正确。 故选：BD。 39．如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个静止的氡核，因衰变放出一个动能为Ek1的α粒子，其轨迹与反冲核（钋Po）的轨迹是两个外切的圆。设衰变过程放出的核能全部转变成钋核和α粒子的动能，核的质量之比近似等于质量数之比，真空中光速为c。 （1）写出氡核衰变的反应方程式，并求α粒子和钋核的轨迹半径之比r：R； （2）求氡核衰变过程中的质量亏损Δm。 【答案】（1）氡核衰变的反应方程式为，α粒子和钋核的轨迹半径之比r：R为42：1； （2）氡核衰变过程中的质量亏损Δm为。 【解答】解：（1）氡核发生α衰变的核反应方程为： 根据洛伦兹力提供向心力有： 解得： 衰变过程动量守恒，则有：p1＝p2 可知α粒子和钋核的轨迹半径与电荷量成反比，可得：r：R＝84：2＝42：1 （2）动能和动量大小的关系为： 可知衰变后α粒子和钋核的动能与质量成反比，α粒子与钋核的质量比为： 可得衰变后反冲核（钋Po）的动能为： 由题意：衰变过程放出的核能全部转变成钋核和α粒子的动能，可得放出的核能为：ΔE＝Ek1+Ek2 根据爱因斯坦质能方程有：ΔE＝Δmc2 解得氡核衰变过程中的质量亏损为： 答：（1）氡核衰变的反应方程式为，α粒子和钋核的轨迹半径之比r：R为42：1； （2）氡核衰变过程中的质量亏损Δm为。 【题型15 爱因斯坦质能方程的应用】 40．在极端条件下，高能光子轰击硅28核时，可能引发光核反应，导致核素分裂为更轻的核。硅28核吸收光子能量分解为氦4核的方程为，氦4核吸收28.3MeV的光子能量能分解为两个质子和两个中子。已知核的比结合能约为8.45MeV，则题述中硅28核吸收的光子能量为（　　） A．19.85MeV B．38.5MeV C．79.8MeV D．1.67MeV 【答案】B 【解答】解：质子和中子没有结合能，则将氦核分解所需的能量就是氦核的结合能，则硅28核吸收的光子能量为E＝28×8.45MeV﹣7×28.3MeV＝38.5MeV，故B正确，ACD错误。 故选：B。 41．（多选）2025年6月，我国秦山核电基地宣布成功实现医用同位素镥﹣177的量产，标志着该领域的重大突破。镥﹣177衰变方程为，已知的半衰期为6.7天，单个、、粒子X的质量分别为m0、m1、m2，真空中光速为c，则（　　） A．粒子X为α粒子 B．的比结合能小于的比结合能 C．单个原子核衰变释放的能量为 D．1mol的经过13.4天后剩余0.5mol未衰变 【答案】BC 【解答】解：A．核反应方程应满足质量数守恒和电荷数守恒，所以可求得粒子X的质量数A＝177﹣177＝0，电荷数Z＝71﹣72＝﹣1，则X为，故A错误； B．X是电子，则此衰变为衰变，β衰变会放出热量，所以生成的新原子核比反应物的结合能大，两个原子核的质量数相同，所以比的比结合能大，故B正确； C．根据质能方程可知，释放的能量为E＝Δm•c2，故C正确； D．的半衰期为6.7天，若有1mol的，经过13.4天后，即经过两个半衰期后，应剩余0.25mol未衰变，故D错误。 故选：BC。 42．我国科学家利用重离子加速器，通过熔合蒸发反应首次合成新核素镤﹣210（Pa）。实验中，用加速的钙﹣40核（Ca）轰击静止的镥﹣175核（Lu），生成镤﹣210核与若干中子。已知反应前总质量为M1，反应后总质量为M2，真空中光速为c。 （1）写出该核反应的方程式； （2）该核反应释放的核能，并判断反应前后总比结合能的大小关系。 【解答】解：（1）依据质量数守恒与电荷数守恒，设生成的中子数为x。 由质量数守恒可得40+175＝210+x×1，解得x＝5。该核反应方程式为。 （2）核反应前后的质量亏损为Δm＝M1﹣M2。根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，解得释放的核能。 由于该核反应释放核能，表明生成物原子核比反应物原子核更为稳定，因此反应后原子核的比结合能大于反应前。 答：（1）核反应方程式为。 （2）核反应释放的核能为，反应后总比结合能大于反应前。 【题型16 重核的裂变及反应条件】 43．我国研发的“钍基熔盐堆”利用Th作为燃料，其核心反应之一为：Th在反应堆中吸收中子变成其同位素后，经过衰变，生成Pa，Pa又经过衰变生成易裂变的。Pa的半衰期为27天。下列说法正确的是（　　） A．U核的质量等于Pa核的质量 B．将Pa放置在高温高压的环境中，其半衰期会缩短 C．因为U核的平均核子质量比Pa核的平均核子质量小，所以U更稳定 D．Pa经过反应生成U，其反应方程为Pa→eU，这属于裂变反应 【答案】C 【解答】解：A、核与核的质量数相同，但质子、中子数不同，质量不同，故A错误； B、原子核的半衰期由核内部结构决定，与外界的高温高压环境无关，不会因环境改变而缩短，故B错误； C、平均核子质量越小，原子核的比结合能越大（结合能对应质量亏损），原子核越稳定；的平均核子质量更小，因此更稳定，故C正确； D、该反应核放出电子的 β 衰变，故D错误。 故选C。 44．（多选）核反应是的一种裂变方式。下列说法正确的是（　　） A．核反应过程中电荷数与质量都守恒 B．的结合能大于的结合能 C．的比结合能大于的比结合能 D．这个反应方程式表示的是原子核的衰变 【答案】BC 【解答】解：A．该核反应电荷数和质量数守恒，不是质量守恒，反应放出能量，所以反应有质量亏损，故A错误； B．经过裂变生成两个新核，且释放核能，所以的结合能大于的结合能，故B正确； C．重核裂变生成物的原子核更稳定，比结合能变大，故的比结合能大于的比结合能，故C正确； D．该核反应属于重核的裂变，不属于衰变，故D错误。 故选：BC。 45．若U俘获一个中子裂变成Sr和Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.0439u、89.9077u和135.9072u，中子的质量为1.0087u（1u＝1.6606×10﹣27kg，1u相当于931.50MeV）。 （1）写出上述铀核裂变的核反应方程； （2）计算反应中释放的核能。 【解答】解：（1）根据核反应的质量数与质子数守恒可得，生产物中的中子个数为n＝234+1﹣90﹣136＝10，则上述铀核裂变的核反应方程为Un→SrxE+10n。 （2）一个铀核裂变的质量亏损为：Δm＝235.0439u+1.0087u﹣89.9077u﹣135.9072u﹣10×1.0087u＝0.1507u 所以反应中释放的核能为：ΔE＝Δm×931.50＝0.1507×931.50MeV＝140.37705MeV 故反应中释放的核能为140.37705MeV。 答：（1）上述铀核裂变的核反应方程为：Un→SrXe+10n； （2）反应中释放的核能为140.37705MeV。 【题型17 重核裂变的应用（核电站与反应堆）】 46．关于下列四幅图的说法正确的是（　　） A．图甲中，公路上对各类汽车都有限速，是因为汽车速度越大惯性越大 B．图乙中，频率越小的水波绕到挡板后面继续传播的现象越明显 C．图丙中A管内发生的是毛细现象，B管内发生的不是毛细现象 D．图丁是核反应堆示意图，其中石墨是慢化剂，其作用是减缓核反应速度 【答案】B 【解答】解：A．图甲中，公路上对各类汽车都有限速，但汽车的惯性只与汽车质量有关，故A错误； B．图乙中，根据发生明显衍射现象的条件，又频率越小的水波波长越长，则越容易绕到挡板后面继续传播，故B正确； C．图丙中AB管内发生的都是毛细现象，故C错误； D．图丁是核反应堆示意图，其中石墨是慢化剂，其作用是使裂变产生的快中子减速从而维持核裂变的链式反应稳定进行，故D错误。 故选：B。 47．（多选）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．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度 B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为 10kg C．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量 D．反应堆中存在Un→BaKr+3n的核反应 【答案】AD 【解答】解：A、铀核裂变可通过反应堆中的镉棒控制链式反应速度，故A正确； B、秦山核电站累计发电约6.9×1011kW•h，根据爱因斯坦的质能方程可知代入数据解得Δm＝27.6kg，核反应的能量不能完全转化为电能，故质量亏损比27.6kg更多，故B错误； C、目前核电站均利用铀核裂变释放能量发电，故C错误； D、根据电荷数和质量数守恒可知，反应堆中存在Un→BaKr+3n的核反应，故D正确； 故选：AD。 【题型18 轻核的聚变及反应条件】 48．2025年10月1日，我国紧凑型聚变能实验装置（BEST）主机首个关键部位——杜瓦底座在安徽合肥成功落位安装，标志着项目主体工程建设步入新阶段，预计在2030年前后实现核聚变发电示范，核聚变燃料主要是氢的同位素，氘和氚在高温高压下聚变生成氦核，并释放巨大能量。下列说法正确的是（　　） A．该聚变反应方程式为 B．氘原子和氚原子互为同位素，它们的化学性质不同 C．氘原子核内有2个中子，氚原子核内有3个中子 D．聚变生成的氦核内有2个核子 【答案】A 【解答】解：A、根据电荷数与质量数守恒可知，该聚变反应方程式为，故A正确； B、氘和氚互为同位素，同位素化学性质相同，故B错误； C、氘原子核中子数为2﹣1＝1，氚原子核中子数为3﹣1＝2，故C错误； D、氦核质量数为4，不是2，故D错误。 故选：A。 49．2023年6月7日，世界首台第四代核电技术钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电。钍基熔盐堆用我国储量丰富的钍Th作为燃料，并使用熔盐冷却剂，避免了核污水排放，减少了核污染。如图是不易裂变的Th转化为易发生裂变的U并裂变的过程示意图。下列说法正确的是（　　） A．中子轰击Th生成Th的核反应是核聚变 B．Th释放的电子是来源于原子的核外电子 C．Pa的比结合能小于U的比结合能 D．可以通过升温、加压的方式减小核废料的半衰期，从而减少核污染 【答案】C 【解答】解：A、聚变是质量数较小的核聚变生成质量数较大的核，中子轰击生成不是核聚变，故A错误； B、释放电子的过程是β衰变，实质是原子核中一个中子转变成一个质子和一个电子，故B错误； C、整个过程中释放能量，反应产物更加稳定，故的比结合能小于的比结合能，故C正确； D、放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度、压强等均无关，故D错误。 故选：C。 50．（多选）2023年4月12日，正在运行的世界首个全超导托卡马克EAST装置获重大成果，实现了高功率稳定的403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，创造了托卡马克装置稳态高约束模运行新的世界纪录，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步。该转置中的一种核聚变反应是由一个氘核和一个氚核结合成一个氦核同时放出一个中子。下列关于核反应的说法正确的是（　　） A．该核反应中氘核和氚核的总质大于氦核和中子的总质量 B．氘核与氚核在同一磁场内做完整圆周运动时的周期之比为2：3 C．重核裂变一定比轻核聚变释放的核能更多 D．氘核和氚核是核聚变的核反应燃料，目前核电站主要利用核聚变反应释放的能量发电 【答案】AB 【解答】解：A．在核聚变反应是放能反应，反应过程中存在质量亏损，所以氘核和氚核的总质量大于氦核和中子的总质量，故A正确； B．由，可知氘核与氚核的电荷数相等，质量数之比为2：3，可得氘核与氚核在同一磁场内做完整圆周运动时的周期之比为2：3，故B正确； C．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，故C错误； D．目前核电站主要利用的是铀核裂变反应释放的能量进行发电，故D错误。 故选：AB。 51．氘核通过一系列聚变反应释放能量，其过程为6个氘核聚变成2个氦核（），同时放出2个质子（）和2个中子（已知氘核质量为m1，氦核质量为m2，质子质量为m3，中子质量为m4，光速为c）。 （1）写出核反应方程； （2）求一次核反应释放的总核能； （3）若氘核的结合能为E0，求氦核的结合能E。 【解答】解：（1）根据质量数和电荷数守恒有→； （2）反应过程中的质量亏损为Δm＝6m1﹣2m2﹣2m3﹣2m4，则一次核反应释放的总核能为ΔE＝Δmc2＝（6m1﹣2m2﹣2m3﹣2m4）c2； （3）根据能量守恒定律有6E0+ΔE＝2E，结合上述解得。 答：（1）核反应方程为→； （2）一次核反应释放的总核能为（6m1﹣2m2﹣2m3﹣2m4）c2； （3）氦核的结合能E为。 【题型19 核聚变的反应方程】 52．2025年10月1日，由中国建筑承建的中国紧凑型聚变能实验装置（BEST）首个关键部件杜瓦底座成功安装就位，项目建设取得关键突破。核聚变燃料主要是氢的同位素，氘H和氚H在高温高压下聚变生成氦核He，并释放巨大能量。下列说法正确的是（　　） A．该聚变反应方程式为HH→He B．核聚变是在很高温度下发生，所以又叫热核反应 C．核聚变是吸热反应 D．核聚变生成的氦核内有3个核子 【答案】B 【解答】解：A、根据质量数和电荷数守恒，该聚变反应方程式为HH→He，故A错误； B、核聚变是在很高温度下才能进行的，所以又叫热核反应，故B正确； C、核聚变是放热反应，故C错误； D、核聚变生成的氦核内有4个核子，故D错误。 故选：B。 53．（多选）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2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u，1u相当于931.5MeV，阿伏加德罗常数为6.0×1023mol﹣1，元电荷e＝1.6×10﹣19C，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为，其中x为质子 B．该核反应过程中释放的能量约为17.6MeV C．1mol氘完全参与该核反应时释放出能量的数量级为1014J D．要使该核聚变发生，必须使氘核和氚核的距离达到10﹣15m以内，让核力起作用 【答案】BD 【解答】解：A、根据质量数和电荷数守恒，有，则x为中子，故A错误； B、核聚变反应的质量亏损为Δm＝2.0141u+3.0161u﹣4.0026u﹣1.0087u＝0.0189u，故释放的能量是ΔE＝0.0189u×931.5MeV＝17.6MeV，故B正确； C、1mol氘完全参与该核反应时释放出能量ΔE′＝6×1023×ΔE≈1.06×1025MeV＝1.06×1025×1.6×10﹣13J≈1.7×1012J，即数量级为1012，故C错误； D、发生核聚变时，需要克服原子核间的库仑斥力，间距要达到10﹣15m，让核力起作用，故D正确。 故选：BD。 【题型20 轻核聚变的应用】 54．2026年1月，中国的“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在实验中取得重要进展，为可控核聚变研究迈出关键一步。下列关于核聚变相关说法中正确的是（　　） A．目前世界上主流的核电站都利用了该反应的原理 B．核聚变反应前后不满足能量守恒定律 C．核聚变反应发生后，核子的比结合能增大 D．核聚变反应中释放的γ光子，来源于核外电子的能级跃迁 【答案】C 【解答】解：A、目前世界上主流的核电站都利用了核裂变的原理，故A错误； B、核聚变反应前后满足能量守恒定律，故B错误； C、核反应是朝着比结合能大的方向进行的，所以核聚变反应发生后，核子的比结合能增大，故C正确； D、核聚变反应中释放的γ光子，来源于原子核内核子的能级跃迁，故D错误。 故选：C。 55．（多选）2025年5月1日，“下一代人造太阳”BEST装置在安徽合肥启动总装，为实现可控核聚变的实际运用又迈进一步，BEST装置实现核聚变需要将燃料加热到极高温度（约1亿摄氏度）。下列说法正确的是（　　） A．若反应物为H和H，生成物为He，则聚变反应方程为HH→Hen B．需要将燃料加热到极高温度说明聚变反应吸收能量而不是放出能量 C．高温的目的是使原子核具有足够大的动能，能够克服库仑斥力进而发生核聚变 D．高温的目的是促使燃料发生链式反应 【答案】AC 【解答】解：A.根据质量数和电荷数守恒，聚变反应方程为HH→Hen，故A正确； B.核聚变本身是放能反应，但需要极高温度提供能量以克服库仑斥力，而非说明聚变吸收能量，故B错误； C.高温使原子核动能增大，足以克服库仑斥力，促使核聚变发生，故C正确； D.链式反应是裂变反应，聚变依赖高温高压维持反应速率，而非链式反应，故D错误。 故选：AC。 【题型21 “基本”粒子】 56．如图所示，中子内有一个电荷量为的上夸克和两个电荷量为的下夸克，3个夸克都分布在半径为r的同一圆周上，则3个夸克在其圆心处产生的电场强度为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解答】解：一个下夸克在圆心处产生的电场强度大小为E1，两个电荷量为的下夸克在圆心处产生的合场强大小为E2＝E1，方向沿A→O．电荷量为的上夸克在圆心处产生的电场强度大小为E3，方向沿A→O，所以3个夸克在其圆心处产生的电场强度大小E＝E2+E3，方向沿A→O。 故选：A。 57．（多选）下列说法正确的是（　　） A．黑体辐射电磁波的强度随波长的分布仅与黑体的温度有关 B．强子是参与强相互作用的粒子，因而质子、中子和电子都属于强子 C．液晶具有旋光性，加电场时偏振光被液晶层旋光呈现亮态 D．物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律 【答案】ACD 【解答】解：A、根据普朗克黑体辐射定律描述黑体辐射随着波长越短温度越高则辐射越强，故黑体辐射电磁波的强度随波长的分布只与黑体的温度有关，故A正确； B、物体间的相互作用力分为四种，其中有一种是强相互作用力，它是发生在强子之间的作用力，质子和中子都是强子，而电子属于轻子，故B错误； C、液晶具有旋光性，当加电场时，液晶分子的排列会发生变化，从而影响偏振光的旋转，但是否呈现亮态取决于液晶分子的排列变化和偏振光的初始状态，故C正确； D、热力学第二定律是物理学中反映宏观自然过程方向性的定律，它描述了热量传递、能量转换等自然过程的方向性，即这些过程总是朝着某个特定的方向进行，而无法逆向进行，故D正确。 故选：ACD。 58．按照夸克模型，质子、中子都是由上夸克和下夸克这两种夸克组成，上夸克带电荷量为e，下夸克带电荷量为e，e为电子所带电荷量的大小。如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都是1.5×10﹣15m，试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力。 【解答】解：根据质子带电量为+e，且有三个夸克组成，所以一个质子内部包含两个上夸克，一个下夸克。 相邻两个上夸克之间的静电力为F1＝k9×109N＝46N 相邻上夸克和下夸克之间的静电力F2＝k9×109N＝23N 答：相邻两个上夸克之间的静电力为46N；相邻上夸克和下夸克之间的静电力为23N。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 原子核 【题型1 天然放射现象的发现及意义】 1 【题型2 α、β、γ射线的本质及特点】 2 【题型3 核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系】 3 【题型4 α衰变的特点、本质及方程】 4 【题型5 β衰变的特点、本质及方程】 5 【题型6 计算α和β衰变的次数】 6 【题型7 半衰期的相关计算】 7 【题型8 核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子】 7 【题型9 人工核反应】 8 【题型10 核力与四种基本相互作用】 9 【题型11 结合能与比结合能的概念及物理意义】 9 【题型12 比结合能随质量数变化的曲线】 10 【题型13 结合能（比结合）与核能的相关判断和计算】 12 【题型14 核反应前后存在质量亏损及其计算】 13 【题型15 爱因斯坦质能方程的应用】 14 【题型16 重核的裂变及反应条件】 15 【题型17 重核裂变的应用（核电站与反应堆）】 15 【题型18 轻核的聚变及反应条件】 16 【题型19 核聚变的反应方程】 18 【题型20 轻核聚变的应用】 18 【题型21 “基本”粒子】 19 【题型1 天然放射现象的发现及意义】 1．下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关的是（　　） A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象 B．α粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象 C．含铀的矿物质自发向外放出β射线（高速电子流）的现象 D．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象 2．下列说法正确的是（　　） A．天然放射现象说明原子核具有复杂结构 B．有6个能发生α衰变的原子核经过一个半衰期一定还剩3个没有衰变的原子核 C．大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁能产生两种不同频率的光子 D．某种频率的光照射某金属表面能发生光电效应，所有光电子初动能都相等 3．（多选）对于原子、原子核，人们无法直接观察到其内部结构，只能通过对各种实验事实提供的信息进行分析、猜想、提出微观模型，并进一步接受实验事实的检验，进而再对模型进行修正。下列实验事实支持相应观点的是（　　） A．电子的发现，说明原子是可以再分的 B．康普顿散射现象及规律，说明原子具有核式结构 C．玻尔依据氢原子光谱的实验规律，将量子观念引入原子领域 D．天然放射现象，说明原子核内部是有结构的 【题型2 α、β、γ射线的本质及特点】 4．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 5．（多选）太赫兹辐射通常是指频率在0.1～10THz（1THz＝1012Hz）、即频率在微波与红外线之间的电磁辐射，其频率高于微波，低于红外线、紫外线，远低于X射线．太赫兹波对人体安全，可以穿透衣物等不透明物体，实现对隐匿物体的成像．近年来太赫兹技术在国家安全、信息技术等诸多领域取得了快速发展，被誉为“改变未来世界十大技术”之一．由上述信息可知，太赫兹波（　　） A．其光子的能量比红外线光子的能量小 B．比微波更容易发生衍射现象 C．比紫外线更难使金属发生光电效应 D．比X射线穿透性更强 6．核废水中含有多种放射性元素，其中铯137的衰变方程为Cs→Ba+X。则X是 　 　 （填“ω”或“β”）粒子，被核废水中放射性物质污染的海产品，通过高温烹煮后 　 　 （填“可以”或“不能”）消除核辐射。 【题型3 核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系】 7．2025年10月25日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，有望成为人类历史上首个实现聚变发电的装置。如图所示，现实中太阳内层的氢发生聚变，每4个会聚变成1个，即质子﹣质子链反应。下列说法正确的是（　　） A．比少两个中子 B．和聚合成，反应需要吸收能量 C．两个合成的过程中产生一个负电子 D．的比结合能大于的比结合能 8．我国“两弹一星”元勋、著名核物理学家王淦昌先生，曾几度与诺贝尔物理学奖擦肩而过，但他始终怀揣科技报国的赤子之心，在国家需要时“以身许国”。1931年，王淦昌提出用云室研究“铍辐射”的本质，该思路直指中子的发现；1942年，王淦昌创造性地提出利用轻原子核的“K电子俘获”过程来验证中微子（ve）的存在，该过程的核反应方程为。下列说法正确的是（　　） A．王淦昌建议中使用的铍（）与查德威克实验中使用的铍（）互为同位素 B．查德威克发现中子的核反应方程为 C．方程中的中微子（ve）不带电，其质量数与质子的质量数相同 D．方程中的是中子转化为质子时产生的 9．（多选）碲Te为斜方晶系银白色结晶，可由半衰期为13h的放射性元素I衰变而成，其衰变方程为I→Te+X，这一衰变过程可用于检测人体甲状腺对碘的吸收。下列说法正确的是（　　） A．衰变产物中的X为质子 B．衰变产物中的X为正电子 C．温度升高，放射性元素I的半衰期会小于13h D．I经过26h后会剩下2.5g未发生衰变 【题型4 α衰变的特点、本质及方程】 10．2025年6月，我国秦山核电基地宣布医用同位素镥﹣177正式供应市场，标志着该领域的重大突破。镥﹣177衰变方程为，已知的半衰期为6.7天，单个、、粒子X的质量分别为m0、m1、m2，真空中光速为c，则下列说法正确的是（　　） A．强相互作用是引起该衰变的原因 B．粒子X具有很强的电离本领，可以用来制作烟雾报警器 C．1g的经过20.1天后0.125g发生了衰变 D．单个原子核衰变释放的能量为 11．（多选）Am（镅）是一种半衰期长达433年的放射性金属，通过衰变释放射线而被用于烟雾探测器，其衰变方程为Am→NpHe+γ。在该烟雾探测器中装有大概0.3微克的镅﹣241，其释放的射线可以使腔内空气电离，从而在探测腔内加有低压的电极间形成微小电流。一旦烟雾进入探测器，就会阻挡部分射线而使得电流减小引发警报。下列说法中正确的是（　　） A．He是α粒子、有很强的贯穿本领 B．γ是光子，不具有能量 C．0.3微克的镅经过866年剩余Am的质量为0.075微克 D．镅241衰变过程要放出能量，故Am的比结合能比Np小 12．镭（Ra）元素在1902年由居里夫妇首先发现，原子序数为88。镭的所有同位素都具有强烈的放射性，其中最稳定的同位素为镭226（），它会发生α衰变变成氡（Rn）。设有一个静止的镭原子核发生了α衰变，认为衰变产生的总能量等于α粒子（）的动能与氡原子核的动能之和，其中α粒子的动能为E，忽略衰变过程释放光子的动量和能量，认为原子核的质量之比等于质量数之比。 （1）补全上述衰变的核反应方程式，　 　 ； （2）求衰变产生的总能量； （3）若产生的α粒子和氡原子核以垂直于磁场方向的速度进入同一个匀强磁场中，求两个粒子的偏转半径rα和rRn之比。 【题型5 β衰变的特点、本质及方程】 13．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（Rn）发生一次衰变后生成新核钋（Po）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β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（Po）比氡核（Rn）的比结合能小 14．（多选）核发生衰变的核反应式为，衰变过程发射出γ光子，并伴随产生中微子。该γ光子照射到逸出功为W0的金属上，打出的光电子速度为v。已知光电子的质量为m，真空中的光速为c，普朗克常量为h，则（　　） A．该衰变过程中Pa核内一个质子转化为中子，这与弱相互作用力有关 B．中微子和电子均属于轻子 C．光电子的物质波波长为 D．核反应中产生的γ光子频率为 15．科学家预测质子（）不稳定，可衰变为中性π介子（）。科学家将探测器放置于地下1千米深处，使用5万吨的超纯水（约含有N0＝1.80×1034个质子）和1万多个光电倍增管，用于探测质子的衰变。 （1）写出质子的衰变方程； （2）经过2个半衰期，纯水中大约有多少个质子发生了衰变（保留三位有效数字）。 【题型6 计算α和β衰变的次数】 16．下列关于核反应的说法中正确的是（　　） A．Th→Pae是β衰变方程，U→ThHe是核裂变方程 B．Un→BaKrn是核裂变方程，也是链式反应的反应方程 C．Th衰变为Rh，经过2次α衰变，3次β衰变 D．铝核Al被α粒子击中后产生的反应生成物是磷核P，同时放出一个质子 17．（多选）放射性同位素钍232Th经一系列α、β衰变后生成氢220Rn，以下说法正确的是（　　） A．每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2个 B．220Rn的半衰期约为1分钟，所以2分钟后1000个220Rn原子核就只剩250个 C．放射性元素钍232Th的原子核比氡220Rn原子核的中子数多8个 D．钍232Th衰变成氡220Rn一共经过3次α衰变和Ω次β衰变 18．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α和β衰变，最终生成并释放出γ射线。已知的半衰期τ＝4.5亿年，经过n年后，的质量变为原有质量的。求： （1）n的数值； （2）转变为经历α衰变的次数。 【题型7 半衰期的相关计算】 19．“烛龙一号”是我国首款自主研制的14C核电池，它以超长寿命、极端环境适应性和高安全性引发全球关注。已知该核电池内的核反应方程是，的半衰期是5730年。下列说法正确的是（ ） A．比更稳定 B．该反应是α衰变 C．环境温度升高时，半衰期小于5730年 D．1g14C经过11460年后还剩下0.25g未衰变 20．射线广泛应用于诊断与治疗，钴60产生用于治疗的γ射线的衰变方程为→X。钴60衰变过程中任意时刻质量m与初始时刻质量m0的比值随时间t的变化规律如图所示，图中t1、t2已知。下列判断正确的是（　　） A．钴60的中子数为33 B．X为正电子 C．此反应要吸收能量 D．钴60的半衰期为 21．（多选）鉴定古木的年代通常采用的是碳14测年法。植物存活期间，其体内C与C的比例不变，生命活动结束后，C的比例会持续减少。已知C发生衰变后变为N，半衰期约为5730年。现测量某古木样品中C的比例，发现其正好是现代植物样品中C比例的二分之一。下列说法正确的是（　　） A．C衰变为N时会辐射出α、β和γ三种射线 B．衰变后，N比C更稳定 C．该古木死亡于距今约2865年前 D．衰变时，β射线中的电子来自于原子核内部 【题型8 核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子】 22．一个α粒子融合到一个O核中，核反应方程为HeO→X，其中O和X的比结合能分别为7.975MeV、8.03MeV，则下列说法正确的是（　　） A．X的质子数为20 B．X的结合能为160.6MeV C．X的中子数为9 D．O比X更稳定 23．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．如图甲所示，把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就会变钝，是由于表面张力的作用 B．天然放射现象产生的三种射线在磁场中的运动径迹如图乙所示，射线Ⅲ可以用一张A4纸挡住 C．核反应→X中，X粒子为中子 D．如图丙的电冰箱实例中，热量的确从低温物体传到了高温物体，但没有违反热力学第二定律 24．1920年，英国物理学家卢瑟福曾预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。1930年发现，在真空条件下用α射线轰击铍（）时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强的不知名射线和另一种新粒子。经过研究发现，这种不知名射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度不到光速的十分之一；③用它轰击含有静止的氢核的物质，可以把氢核打出来。用它轰击含有静止的氮核的物质，可以把氮核打出来，并且被打出的氢核的最大速度vH和被打出的氮核的最大速度vN之比等于15：2。若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核均发生正碰，且碰撞中没有机械能的损失。已知氢核的质量MH与氮核的质量MN之比等于1：14。 （1）写出α射线轰击铍核的核反应方程。 （2）试根据上面所述的各种情况，通过具体计算说明该射线是由中子组成，而不是γ射线。 【题型9 人工核反应】 25．中国正在建设的紧凑型聚变能实验装置（BEST）预计2027年竣工，并有望成为人类历史上首个实现聚变发电的装置，让世界看到了破解能源短缺与气候危机的“中国方案”。该装置内部主要核反应方程为→X，下列说法正确的是（　　） A．X为质子 B．X为中子 C．该核反应属于链式反应 D．该核反应属于人工转变 26．（多选）下列关于核反应方程的说法正确的是（　　） A．U→ThHe是重核裂变反应方程 B．查德威克发现了中子，方程式为HeBe→Cn C．HeAl→Pn是人工核转变方程 D．HH→Hen是聚变反应方程 【题型10 核力与四种基本相互作用】 27．如图所示，静电力探针显微镜的核心组成部分是悬臂和与悬臂末端相互垂直的绝缘体探针。探针针尖由数十个原子构成，直径在纳米级。当带电针尖逐渐靠近带电绝缘体材料的表面，由于二者的相互作用使得悬臂发生弯曲，入射到悬臂背面激光的反射光线在光屏的位置会发生变化，该变化被探测器记录之后进行处理，得到材料的相关电学信息。根据上述材料，下列说法正确的是（　　） A．针尖与材料表面发生的相互作用为核子之间的核力 B．悬臂发生弯曲使激光入射面的法线方向转过θ角，则反射光线也转过θ角 C．静电力显微镜可以探测带电金属材料表面的电荷分布 D．将探针改为磁性材料，可以探测近样品表面磁场的强弱 28．（多选）关于四种相互作用，下列说法中正确的是（　　） A．使原子核内质子、中子保持在一起的作用是电磁相互作用 B．在天然放射现象中起作用的基本相互作用是弱相互作用 C．万有引力和电磁相互作用是远程力，强相互作用和弱相互作用是近程力 D．地球绕太阳旋转而不离去是由于万有引力作用 【题型11 结合能与比结合能的概念及物理意义】 29．锝﹣99m（99mTc）是核医学单光子发射计算机断层扫描（SPECT）最常用的放射性核素，全球每年使用达数千万人次。它由钼﹣99（99Mo）衰变产生，自身通过同质异能跃迁释放能量为140keV的γ射线，用于医学显像诊断。99mTc的半衰期约为6小时，衰变产物为99Tc（半衰期2.13×105年）。关于该核素及其应用，下列说法正确的是（　　） A．100个99mTc原子核经过12小时后，剩余未衰变的99mTc原子核数量约为25个 B．99Mo衰变为99mTc的过程释放出电子，该电子来源于原子核外层电子的跃迁 C．99mTc释放的γ射线是原子核从激发态向基态跃迁时发出的光子 D．99mTc的比结合能大于其衰变产物99Tc的比结合能 30．已知中子的质量mn为1.0087u，质子的质量mp为1.0073u，氘核的质量mD为2.0136u，1u的质量对应的能量为9.31×102MeV，则氘核的比结合能为（　　） A．1.12MeV B．2.23MeV C．3.36MeV D．4.46MeV 31．（多选）如图所示是部分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。关于核力和比结合能，下列说法正确的是（　　） A．核力是短程力，是引起β衰变的原因 B．若原子核A裂变成原子核B一定会释放能量 C．比结合能越大，平均核子质量越大，原子核越稳定 D．衰变所释放的能量来源于产生的新核从高能级向低能级跃迁 【题型12 比结合能随质量数变化的曲线】 32．如图所示是部分原子核的比结合能（平均结合能）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，如的核子比结合能约为8MeV，的核子比结合能约为7MeV，根据该图像判断下列说法正确的是（　　） A．核的比结合能比大，因此比更稳定 B．核的结合能约为14MeV C．把分成4个要吸收约16MeV的能量 D．两个核结合成核时吸收能量 33．（多选）如图甲是卢瑟福用α粒子轰击原子而产生散射的实验，乙图是康普顿研究石墨对X射线的散射实验，丙图是放射性元素氡的质量m和初始时质量m0比值与时间之间的关系图像，丁图是原子核的比结合能与质量数之间关系图像。下列判断正确的是（　　） A．甲图说明，在α粒子散射实验中，大多数粒子都有了明显偏转 B．乙图中，散射后，射线的频率变小，光子的能量也变小 C．丙图中，每过3.8天，要衰变掉质量相同的氡 D．丁图中，核的比结合能最大，最稳定 【题型13 结合能（比结合）与核能的相关判断和计算】 34．2025年新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现原子核和电子温度均突破1亿度，下列关于核聚变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 C．核聚变反应后原子核的总质量增加 D．核聚变反应后原子核的比结合能减小 35．某原子核X经过一系列的衰变后变成原子核Y，并以γ射线的形式放出能量。其质量数与中子数的关系如图所示，下列说法正确的是（　　） A．共发生了6次α衰变 B．Y的结合能比X大 C．γ射线是Y向低能级跃迁时释放的 D．经过两个半衰期，4个X一定还剩下1个 36．（多选）铀238是一种重要的放射性同位素，半衰期约为45亿年，其应用涵盖核能、军事及科研领域，其衰变的核反应方程为，并伴随有γ射线产生，则下列关于该核反应方程，说法正确的是（　　） A．若要缩短铀238的半衰期，可使其处于高温、高压的环境 B．γ射线是由核放出 C．该衰变为β衰变 D．若的结合能为E1，的结合能为E2，的结合能为E3，则该核反应方程释放的能量为E2+E3﹣E1 【题型14 核反应前后存在质量亏损及其计算】 37．我国部分航天器装载了供能稳定的核电池，其中一种核电池中的核反应方程为Pu→U+X，下列说法中正确的是（　　） A．X是α粒子，α射线穿透能力比β射线强 B．X是α粒子，α射线电离能力比β射线强 C．在太空中Pu的衰变比在地球上慢 D．Pu核和U核的质量差等于该衰变过程的质量亏损 38．（多选）人体暴露于强烈的中子辐射中会在血浆中产生，可以通过测量的数量来确定患者吸收的辐射剂量。具有放射性会发生衰变，衰变方程为，衰变的半衰期为15h。某次研究其放射特性的实验中，将孤立原子核置于磁感应强度为B的匀强磁场中，衰变后在磁场中形成a、b两条圆周径迹，部分轨迹如图所示，大圆的半径为R，衰变过程中释放的核能全部转变为衰变产物的动能，忽略重力和粒子间电场力作用。电子质量为m、电荷量为e，镁原子核的质量为M，真空中光速为c。下列说法中正确的是（　　） A．当人体被中子辐射后身体发烧时，原子核的半衰期将变短 B．大圆对应粒子的运动方向为顺时针方向 C．电子运动形成的等效电流为 D．衰变过程中亏损的质量为 39．如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个静止的氡核，因衰变放出一个动能为Ek1的α粒子，其轨迹与反冲核（钋Po）的轨迹是两个外切的圆。设衰变过程放出的核能全部转变成钋核和α粒子的动能，核的质量之比近似等于质量数之比，真空中光速为c。 （1）写出氡核衰变的反应方程式，并求α粒子和钋核的轨迹半径之比r：R； （2）求氡核衰变过程中的质量亏损Δm。 【题型15 爱因斯坦质能方程的应用】 40．在极端条件下，高能光子轰击硅28核时，可能引发光核反应，导致核素分裂为更轻的核。硅28核吸收光子能量分解为氦4核的方程为，氦4核吸收28.3MeV的光子能量能分解为两个质子和两个中子。已知核的比结合能约为8.45MeV，则题述中硅28核吸收的光子能量为（　　） A．19.85MeV B．38.5MeV C．79.8MeV D．1.67MeV 41．（多选）2025年6月，我国秦山核电基地宣布成功实现医用同位素镥﹣177的量产，标志着该领域的重大突破。镥﹣177衰变方程为，已知的半衰期为6.7天，单个、、粒子X的质量分别为m0、m1、m2，真空中光速为c，则（　　） A．粒子X为α粒子 B．的比结合能小于的比结合能 C．单个原子核衰变释放的能量为 D．1mol的经过13.4天后剩余0.5mol未衰变 42．我国科学家利用重离子加速器，通过熔合蒸发反应首次合成新核素镤﹣210（Pa）。实验中，用加速的钙﹣40核（Ca）轰击静止的镥﹣175核（Lu），生成镤﹣210核与若干中子。已知反应前总质量为M1，反应后总质量为M2，真空中光速为c。 （1）写出该核反应的方程式； （2）该核反应释放的核能，并判断反应前后总比结合能的大小关系。 【题型16 重核的裂变及反应条件】 43．我国研发的“钍基熔盐堆”利用Th作为燃料，其核心反应之一为：Th在反应堆中吸收中子变成其同位素后，经过衰变，生成Pa，Pa又经过衰变生成易裂变的。Pa的半衰期为27天。下列说法正确的是（　　） A．U核的质量等于Pa核的质量 B．将Pa放置在高温高压的环境中，其半衰期会缩短 C．因为U核的平均核子质量比Pa核的平均核子质量小，所以U更稳定 D．Pa经过反应生成U，其反应方程为Pa→eU，这属于裂变反应 44．（多选）核反应是的一种裂变方式。下列说法正确的是（　　） A．核反应过程中电荷数与质量都守恒 B．的结合能大于的结合能 C．的比结合能大于的比结合能 D．这个反应方程式表示的是原子核的衰变 45．若U俘获一个中子裂变成Sr和Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.0439u、89.9077u和135.9072u，中子的质量为1.0087u（1u＝1.6606×10﹣27kg，1u相当于931.50MeV）。 （1）写出上述铀核裂变的核反应方程； （2）计算反应中释放的核能。 【题型17 重核裂变的应用（核电站与反应堆）】 46．关于下列四幅图的说法正确的是（　　） A．图甲中，公路上对各类汽车都有限速，是因为汽车速度越大惯性越大 B．图乙中，频率越小的水波绕到挡板后面继续传播的现象越明显 C．图丙中A管内发生的是毛细现象，B管内发生的不是毛细现象 D．图丁是核反应堆示意图，其中石墨是慢化剂，其作用是减缓核反应速度 47．（多选）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．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度 B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为 10kg C．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量 D．反应堆中存在Un→BaKr+3n的核反应 【题型18 轻核的聚变及反应条件】 48．2025年10月1日，我国紧凑型聚变能实验装置（BEST）主机首个关键部位——杜瓦底座在安徽合肥成功落位安装，标志着项目主体工程建设步入新阶段，预计在2030年前后实现核聚变发电示范，核聚变燃料主要是氢的同位素，氘和氚在高温高压下聚变生成氦核，并释放巨大能量。下列说法正确的是（　　） A．该聚变反应方程式为 B．氘原子和氚原子互为同位素，它们的化学性质不同 C．氘原子核内有2个中子，氚原子核内有3个中子 D．聚变生成的氦核内有2个核子 49．2023年6月7日，世界首台第四代核电技术钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电。钍基熔盐堆用我国储量丰富的钍Th作为燃料，并使用熔盐冷却剂，避免了核污水排放，减少了核污染。如图是不易裂变的Th转化为易发生裂变的U并裂变的过程示意图。下列说法正确的是（　　） A．中子轰击Th生成Th的核反应是核聚变 B．Th释放的电子是来源于原子的核外电子 C．Pa的比结合能小于U的比结合能 D．可以通过升温、加压的方式减小核废料的半衰期，从而减少核污染 50．（多选）2023年4月12日，正在运行的世界首个全超导托卡马克EAST装置获重大成果，实现了高功率稳定的403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，创造了托卡马克装置稳态高约束模运行新的世界纪录，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步。该转置中的一种核聚变反应是由一个氘核和一个氚核结合成一个氦核同时放出一个中子。下列关于核反应的说法正确的是（　　） A．该核反应中氘核和氚核的总质大于氦核和中子的总质量 B．氘核与氚核在同一磁场内做完整圆周运动时的周期之比为2：3 C．重核裂变一定比轻核聚变释放的核能更多 D．氘核和氚核是核聚变的核反应燃料，目前核电站主要利用核聚变反应释放的能量发电 51．氘核通过一系列聚变反应释放能量，其过程为6个氘核聚变成2个氦核（），同时放出2个质子（）和2个中子（已知氘核质量为m1，氦核质量为m2，质子质量为m3，中子质量为m4，光速为c）。 （1）写出核反应方程； （2）求一次核反应释放的总核能； （3）若氘核的结合能为E0，求氦核的结合能E。 【题型19 核聚变的反应方程】 52．2025年10月1日，由中国建筑承建的中国紧凑型聚变能实验装置（BEST）首个关键部件杜瓦底座成功安装就位，项目建设取得关键突破。核聚变燃料主要是氢的同位素，氘H和氚H在高温高压下聚变生成氦核He，并释放巨大能量。下列说法正确的是（　　） A．该聚变反应方程式为HH→He B．核聚变是在很高温度下发生，所以又叫热核反应 C．核聚变是吸热反应 D．核聚变生成的氦核内有3个核子 53．（多选）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2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u，1u相当于931.5MeV，阿伏加德罗常数为6.0×1023mol﹣1，元电荷e＝1.6×10﹣19C，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为，其中x为质子 B．该核反应过程中释放的能量约为17.6MeV C．1mol氘完全参与该核反应时释放出能量的数量级为1014J D．要使该核聚变发生，必须使氘核和氚核的距离达到10﹣15m以内，让核力起作用 【题型20 轻核聚变的应用】 54．2026年1月，中国的“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在实验中取得重要进展，为可控核聚变研究迈出关键一步。下列关于核聚变相关说法中正确的是（　　） A．目前世界上主流的核电站都利用了该反应的原理 B．核聚变反应前后不满足能量守恒定律 C．核聚变反应发生后，核子的比结合能增大 D．核聚变反应中释放的γ光子，来源于核外电子的能级跃迁 55．（多选）2025年5月1日，“下一代人造太阳”BEST装置在安徽合肥启动总装，为实现可控核聚变的实际运用又迈进一步，BEST装置实现核聚变需要将燃料加热到极高温度（约1亿摄氏度）。下列说法正确的是（　　） A．若反应物为H和H，生成物为He，则聚变反应方程为HH→Hen B．需要将燃料加热到极高温度说明聚变反应吸收能量而不是放出能量 C．高温的目的是使原子核具有足够大的动能，能够克服库仑斥力进而发生核聚变 D．高温的目的是促使燃料发生链式反应 【题型21 “基本”粒子】 56．（多选）下列说法正确的是（　　） A．黑体辐射电磁波的强度随波长的分布仅与黑体的温度有关 B．强子是参与强相互作用的粒子，因而质子、中子和电子都属于强子 C．液晶具有旋光性，加电场时偏振光被液晶层旋光呈现亮态 D．物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律 57．如图所示，中子内有一个电荷量为的上夸克和两个电荷量为的下夸克，3个夸克都分布在半径为r的同一圆周上，则3个夸克在其圆心处产生的电场强度为（　　） A． B． C． D． 58．按照夸克模型，质子、中子都是由上夸克和下夸克这两种夸克组成，上夸克带电荷量为e，下夸克带电荷量为e，e为电子所带电荷量的大小。如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都是1.5×10﹣15m，试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力。 / 学科网（北京）股份有限公司 $