专题09 原子核（期末真题汇编，河南专用）高二物理下学期

**基本信息** 聚焦原子核三大高频考点，精选河南多地期末试题，融合“玉兔二号”“人造太阳”等科技情境，实现概念辨析与综合计算的有机统一。 **题型特征** |题型|题量|知识覆盖|命题特色| |----|----|----------|----------| |单选|22|原子核结构、三种射线、核反应方程、半衰期|结合“烛龙一号”碳14核电池考查衰变类型，以云室磁场轨迹分析衰变粒子性质| |多选|4|比结合能、核反应守恒、射线特性|通过“氚电池”对比α、β、γ射线电离与穿透能力，辨析半衰期影响因素| |解答|2|质量亏损、核能计算、磁场运动综合|以“中国环流三号”核聚变反应为背景，结合动量守恒与洛伦兹力考查核能转化与粒子运动轨迹|

专题09　原子核 3大高频考点概览 考点01 原子核结构和三种射线 考点02 核反应和半衰期的计算与应用 考点03 质量亏损与核能的计算 地 城 考点01 原子核结构和三种射线 一、单选题 1．（24-25高二下·河南开封·期末）物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得了正确的科学认知，进而推动了物理学的发展。下列说法符合事实的是（　　） A．汤姆孙通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型 B．洛伦兹通过一系列实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论 C．贝克勒尔发现的天然放射现象，说明原子核有复杂结构 D．卢瑟福用粒子轰击，获得反冲核，发现了中子 2．（24-25高二下·河南濮阳·期末）下列图片及其相应描述正确的是（　　） A．图（a）中的图样证实了电子的波动性 B．图（b）中射线带负电 C．图（c）中为使快中子减速，需将镉棒插入深些 D．图（d）中探测器探测到的γ射线强度与钢板的厚度无关 3．（24-25高二下·河南焦作·期末）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 4．（24-25高二下·河南商丘·期末）物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是（　　） A．查德威克通过α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型 B．汤姆孙发现了天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 C．爱因斯坦通过对黑体辐射的研究，提出了能量子理论 D．卢瑟福通过α粒子轰击获得新核，发现了质子 5．（24-25高二下·河南·期末）“玉兔二号”上装配的放射性同位素电池，能将衰变释放的部分核能转化成电能。的半衰期是87.7年，发生衰变的核反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．衰变方程中的X为 B．比的结合能大 C．100个经过87.7年剩余50个 D．由X组成的射线的穿透能力比γ射线的强 6．（24-25高二下·河南焦作·期末）关于原子结构和原子核，下列说法正确的是（　　） A．结合能越大，原子中的核子结合得越牢固，原子核越稳定 B．天然放射现象中产生的α、β、γ三种射线在磁场中运动时，运动方向均能发生偏转 C．在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子的运动方向会发生大角度偏转，只有极少部分α粒子不偏转 D．若某元素的半衰期是1小时，则64 g该元素经过4小时后还有4 g未衰变 二、多选题 7．（24-25高二下·河南洛阳·期末）心脏起搏器使用“氚电池”供电，利用的是氚核发生β衰变过程中释放的能量，衰变方程为已知氚的半衰期约为12.5年，下列说法正确的是（　　） A．新核X是 B．新核X的比结合能大于氚核的比结合能 C．β射线的电离作用弱于α射线、穿透能力弱于γ射线 D．对于起搏器中特定的160个氚核而言，经过25年还有40个没有发生衰变 8．（24-25高二下·河南新乡·期末）随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是（　　） A．卢瑟福的α粒子散射实验证实了中子的存在 B．天然放射现象表明原子核内部具有复杂的结构 C．在所有核反应中，原子核的质量数和电荷数均守恒 D．重核的裂变和轻核的聚变过程中原子核的质量都会增加 地 城 考点02 核反应和半衰期的计算与应用 一、单选题 1．（24-25高二下·河南许昌·期末）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 2．（24-25高二下·河南郑州·期末）镍63同位素核能电池可实现50年稳定安全发电。该电池将衰变成时释放的能量转化为电能。已知的半衰期是100年，则（　　） A．该衰变为衰变 B．衰变过程中少了一个质子 C．改变环境温度不会影响衰变的快慢 D．100个经过100年还剩余50个未衰变 3．（24-25高二下·河南开封·期末）2024年10月3日，中国科学院近代物理研究所依托兰州重离子加速器发现了钚元素的一个新同位素，测量发现该新核素的衰变方程为，衰变释放能量约为8191keV，半衰期约为0.78s。下列说法正确的是（　　） A．新核素发生的是衰变 B．的中子数比质子数多181 C．升高温度或增大压强会缩短的半衰期 D．的比结合能比的比结合能小 4．（24-25高二下·河南·期末）2025年3月，我国新一代人造太阳“中国环流三号”实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的“双亿度”突破，将人类向“能源自由”的终极目标推进了一大步。人造太阳利用氘核与氚核聚变反应释放能量，主要的核反应方程为，则式中的 X是（　　） A． B． C． D． 5．（24-25高二下·河南鹤壁·期末）我国研制的“玉兔二号”月球车采用核电池提供能量，能够耐受月球表面的真空、强辐射、等极端环境。核电池中钚的反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．方程中的X为质子 B．该反应属于重核裂变 C．反应生成的两个新核的质量之和等于的质量 D．在到的环境中，的半衰期不会改变 6．（24-25高二下·河南南阳·期末）2025年3月9日，我国科研人员成功研制碳14核电池“烛龙一号”，可为脑机接口、心脏起搏器等长久供电。碳14的半衰期长达5730年，其衰变方程为。已知的质量分别为、、，真空中光速为c，则（　　） A．碳14发生的是衰变 B．的结合能大于的结合能 C．此衰变释放的能量为 D．1mol的经过5730年后剩余0.5mol未衰变 7．（24-25高二下·河南南阳·期末）心脏起搏器和人工心脏需要精细可靠的电源，以便能放入患者胸腔内长期使用，目前采用的是钚238（）原子能电池，它只有160克，可以连续使用10年以上。钚238的半衰期为88年，衰变时只放出α射线，下列说法正确的是（　　） A．钚238的衰变方程为 B．钚238衰变过程中会放出能量 C．α射线的穿透能力大于β射线的穿透能力 D．1 000个钚238原子经过88年将变为500个 8．（24-25高二下·河南濮阳·期末）2025年3月，中国首款碳-14核电池“烛龙一号”发布，拥有完全自主知识产权。碳-14是一种具有放射性的同位素，它会通过衰变释放出高能电子。下列关于衰变说法正确的是（　　） A．衰变所释放的电子是由原子核中的一个质子转化成一个中子和一个电子时放出的 B．衰变所释放的粒子是原子核内的两个氘核合成后从原子核内放出的 C．（铀核）衰变为（氡核）要经过4次衰变和2次衰变 D．温度升高，压强增大，会使碳-14的半衰期变长 9．（24-25高二下·河南洛阳·期末）“玉兔二号”装有核电池，不“惧”漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转化为电能。的衰变方程为，则（　　） A．衰变方程中的X等于233 B．比的结合能小 C．比的比结合能小 D．月夜的寒冷导致 的半衰期变大 二、多选题 10．（24-25高二下·河南南阳·期末）核电站利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电。核反应堆中的“燃料”是，核反应方程式为：。铀核的质量mU为235.0439u，中子的质量m为1.0087u，锶（Sr）核的质量mSr为89.9077u，氙（Xe）核的质量mXe为135.9072u，1u为，浓缩铀中铀235的含量占2％。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程式中x=38 B．核反应方程式中y=146 C．一座200万千瓦的核电站每年大约需要54吨浓缩铀 D．一座200万千瓦的核电站每年大约需要1.08吨浓缩铀 11．（24-25高二下·河南周口·期末）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。 地 城 考点03 质量亏损与核能的计算 1．（24-25高二下·河南郑州·期末）两个氘核聚变的反应方程为，其中的质量为，的质量为，的质量为。已知相当于931.5MeV的能量，则（　　） A．该聚变反应过程吸收能量 B．该聚变反应释放的核能约为 C．的比结合能大于的比结合能 D．的平均核子质量小于的平均核子质量 2．（24-25高二下·河南周口·期末）可控核聚变一直被认为是第四次工业革命的重要突破口。一种典型的核聚变为两个氘核的聚变，核反应方程为。已知中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u，1u对应约930MeV的能量，该聚变反应中释放的核能约为3.3MeV，则氘核的质量约为（　　） A．1.9024u B．2.0136u C．3.8048u D．4.0272u 3．（24-25高二下·河南·期末）在核反应方程：中，释放的核能为。已知氘核的比结合能为E1，X核的比结合能为E2，则下列说法中正确的是（　　） A．该反应为核裂变反应 B．该反应中的比结合能为 C．该反应中质量和质量数都发生了亏损 D．该反应目前普遍被核电站用于发电 4．（24-25高二下·河南焦作·期末）2025年3月，我国新一代人造太阳“中国环流三号”实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的“双亿度”突破，将人类向“能源自由”的终极目标推进了一大步。人造太阳利用氘核与氚核聚变反应释放能量，核反应方程为，真空中光速为c。关于人造太阳装置及核聚变相关原理，下列说法正确的是（    ） A．X为质子 B．的比结合能大于的比结合能 C．中国环流三号产生的能量主要来源于氢原子被加速后获得的动能 D．若某次聚变反应释放的能量为ΔE，则亏损的质量为 5．（24-25高二下·河南商丘·期末）太阳在演化的末期将转化为一颗白矮星，在其演化过程中，太阳内部的若干个氦核（）聚变生成碳核（），已知的比结合能为E1，的比结合能为E2，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为 B．该核反应释放的核能为 C．的比结合能小于的比结合能 D．该核反应亏损的质量为 6．（24-25高二下·河南安阳·期末）我国“华龙一号”是当前核电市场的三代核电机型之一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国的跨越。核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，是某种粒子，是粒子的个数，用分别表示核的质量，表示粒子的质量，为真空中的光速。以下说法正确的是（　　） A．为中子， B．的比结合能比的大 C．太阳就是一个巨大的铀核裂变反应堆 D．上述核反应中放出的核能 7．（24-25高二下·河南信阳·期末）如图所示是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如的核子平均结合能约为，的核子平均结合能约为，根据该图像判断下列说法正确的是（　　） A．是铀235核裂变的核反应方程式 B．由图可知两个核结合成核会释放出能量 C．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约能量 D．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约能量 三、解答题 8．（24-25高二下·河南驻马店·期末）如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一、二象限有足够长的条状磁场区域Ⅰ、Ⅱ，宽度均为d、区域Ⅰ和Ⅱ内有垂直纸面向外的匀强磁场，区域Ⅰ磁感应强度，在坐标原点O，一静止的发生衰变，生成一个钍（），释放出的粒子恰从坐标原点O沿y轴正方向以某一速度（未知）射入区域Ⅰ，粒子恰好不能穿出磁场区域Ⅰ。已知粒子质量为m，电荷量大小为q，原子核的质量正比于原子核的质量数，不计粒子受到的重力。 (1)假设衰变释放的核能全部转化为原子核动能，请写出上述核反应方程式并求发生衰变释放的核能大小； (2)若把区域Ⅰ磁感应强度减半，粒子穿出磁场区域Ⅱ时速度相对于y轴正向一共偏转了，求区域Ⅱ内匀强磁场的磁感应强度大小； (3)接（2）问，若在有范围足够大、磁感应强度大小为B的垂直纸面向外的匀强磁场，且有沿y轴正方向、电场强度大小的匀强电场，求粒子射出区域Ⅱ后的最大速度。 10．（24-25高二下·河南南阳·期末）Cu原子核静止时有19％的可能性发生β+衰变，方程为，并放出能量为Eγ的γ光子。在匀强磁场中衰变产生的和，两者速度方向均与磁场垂直，均做匀速圆周运动，已知光在真空中的传播速度为c，匀强磁场的磁感应强度大小为B，β+所带的电荷量为e，质量为m1，β+做匀速圆周运动的轨迹半径为R，的质量为m2，衰变放出光子的动量可忽略，该过程释放的核能除去γ光子的能量E外，全部转化为和的动能。求： (1)在匀强磁场中运动的轨道半径r； (2)核反应过程中的质量亏损Δm。 试卷第1页，共3页 9 / 9 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题09　原子核 3大高频考点概览 考点01 原子核结构和三种射线 考点02 核反应和半衰期的计算与应用 考点03 质量亏损与核能的计算 地 城 考点01 原子核结构和三种射线 一、单选题 1．（24-25高二下·河南开封·期末）物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得了正确的科学认知，进而推动了物理学的发展。下列说法符合事实的是（　　） A．汤姆孙通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型 B．洛伦兹通过一系列实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论 C．贝克勒尔发现的天然放射现象，说明原子核有复杂结构 D．卢瑟福用粒子轰击，获得反冲核，发现了中子 【答案】C 【详解】A．汤姆孙通过阴极射线实验发现了电子，并提出“葡萄干布丁”原子模型，而原子核式结构模型是卢瑟福基于α粒子散射实验提出的，故A错误。 B．赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论（如电磁波的存在），洛伦兹的主要贡献是提出带电粒子在电磁场中受力的公式（洛伦兹力），故B错误。 C．贝克勒尔发现天然放射现象，表明原子核内部存在复杂结构（如衰变过程释放α、β、γ射线），故C正确。 D．查德威克用α粒子轰击，得到并发现中子，故D错误。 故选C。 2．（24-25高二下·河南濮阳·期末）下列图片及其相应描述正确的是（　　） A．图（a）中的图样证实了电子的波动性 B．图（b）中射线带负电 C．图（c）中为使快中子减速，需将镉棒插入深些 D．图（d）中探测器探测到的γ射线强度与钢板的厚度无关 【答案】A 【详解】A．图（a）中的电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子的波动性，故A正确； B．图（b）中根据左手定则可知，α射线带正电，故B错误； C．图（c）中镉棒插入深些是为了吸收更多的中子不是减速，故C错误； D．利用γ射线很强的穿透能力，图（d）中探测器探测到的γ射线强度与钢板的厚度有关，故D错误。 故选A。 3．（24-25高二下·河南焦作·期末）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。 4．（24-25高二下·河南商丘·期末）物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是（　　） A．查德威克通过α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型 B．汤姆孙发现了天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 C．爱因斯坦通过对黑体辐射的研究，提出了能量子理论 D．卢瑟福通过α粒子轰击获得新核，发现了质子 【答案】D 【详解】A．查德威克并未提出原子核式结构模型，该模型由卢瑟福通过α粒子散射实验提出，故A错误； B．天然放射性现象由贝克勒尔发现，汤姆孙发现的是电子，故B错误； C．能量子理论由普朗克提出，爱因斯坦贡献为光量子理论，故C错误； D．卢瑟福用α粒子轰击生成并发现质子，符合实验事实，故D正确。 故选D。 5．（24-25高二下·河南·期末）“玉兔二号”上装配的放射性同位素电池，能将衰变释放的部分核能转化成电能。的半衰期是87.7年，发生衰变的核反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．衰变方程中的X为 B．比的结合能大 C．100个经过87.7年剩余50个 D．由X组成的射线的穿透能力比γ射线的强 【答案】B 【详解】A．发生衰变的核反应方程为，根据衰变过程满足质量数和电荷数守恒可知，X为α粒子，故A错误； B．质量数越大，原子核的结合能越大，的质量数大于的质量数，所以比的结合能大，故B正确； C．半衰期是统计规律，适用于大量原子核，不适用于少数原子核，所以100个经过87.7年不一定剩余50个，故C错误； D．α射线（X为α粒子）的穿透能力远弱于γ射线，故D错误。 故选B。 6．（24-25高二下·河南焦作·期末）关于原子结构和原子核，下列说法正确的是（　　） A．结合能越大，原子中的核子结合得越牢固，原子核越稳定 B．天然放射现象中产生的α、β、γ三种射线在磁场中运动时，运动方向均能发生偏转 C．在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子的运动方向会发生大角度偏转，只有极少部分α粒子不偏转 D．若某元素的半衰期是1小时，则64 g该元素经过4小时后还有4 g未衰变 【答案】D 【详解】A．比结合能越大，原子中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项A错误； B．天然放射现象中产生的α、β、γ三种射线在磁场中运动时，其中α、β两种射线分别带正电和负电，则在磁场中运动时受洛伦兹力作用运动方向能发生偏转，γ射线不带电，在磁场中不偏转，选项B错误； C．在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子的运动方向不会发生改变，只有极少部分α粒子发生大角度偏转，选项C错误； D．若某元素的半衰期是1小时，则经过4小时，即4个半衰期，64 g该元素后还有未衰变，选项D正确。 故选D。 二、多选题 7．（24-25高二下·河南洛阳·期末）心脏起搏器使用“氚电池”供电，利用的是氚核发生β衰变过程中释放的能量，衰变方程为已知氚的半衰期约为12.5年，下列说法正确的是（　　） A．新核X是 B．新核X的比结合能大于氚核的比结合能 C．β射线的电离作用弱于α射线、穿透能力弱于γ射线 D．对于起搏器中特定的160个氚核而言，经过25年还有40个没有发生衰变 【答案】BC 【详解】A．根据质量数与核电荷数守恒，可知氚发生β衰变的衰变方程为，则氚核经β衰变后产生，A错误； B．产生的新核X是生成物，其比结合能比反应物的比结合能大，B正确； C．β射线的电离作用弱于α射线、穿透能力弱于γ射线，C正确； D．半衰期具有统计学意义，对少量原子无意义，D错误。 故选BC。 8．（24-25高二下·河南新乡·期末）随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是（　　） A．卢瑟福的α粒子散射实验证实了中子的存在 B．天然放射现象表明原子核内部具有复杂的结构 C．在所有核反应中，原子核的质量数和电荷数均守恒 D．重核的裂变和轻核的聚变过程中原子核的质量都会增加 【答案】BC 【详解】A．卢瑟福的α粒子散射实验说明原子具有核式结构模型，该实验并没有证实中子的存在，故A错误； B．天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，故B正确； C．核反应中，原子核的质量数和电荷数均守恒，故C正确； D．重核的裂变和轻核的聚变过程中都会有质量亏损，故D错误。 故选BC。 地 城 考点02 核反应和半衰期的计算与应用 一、单选题 1．（24-25高二下·河南许昌·期末）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。 2．（24-25高二下·河南郑州·期末）镍63同位素核能电池可实现50年稳定安全发电。该电池将衰变成时释放的能量转化为电能。已知的半衰期是100年，则（　　） A．该衰变为衰变 B．衰变过程中少了一个质子 C．改变环境温度不会影响衰变的快慢 D．100个经过100年还剩余50个未衰变 【答案】C 【详解】A．镍63（）衰变为铜63（）时，原子序数增加1，质量数不变，符合β衰变的特征（中子转化为质子并释放电子），而非α衰变（质量数减少4，原子序数减少2）。故A错误。 B．β衰变过程中，中子转化为质子，质子数应增加1，而非减少。故B错误。 C．半衰期由原子核内部结构决定，与温度、压强等外界条件无关。故C正确。 D．半衰期是统计规律，仅适用于大量原子核的衰变。100个镍63经过100年，实际衰变数量是随机的，可能多于或少于50个，不能确定剩余50个。故D错误。 故选C。 3．（24-25高二下·河南开封·期末）2024年10月3日，中国科学院近代物理研究所依托兰州重离子加速器发现了钚元素的一个新同位素，测量发现该新核素的衰变方程为，衰变释放能量约为8191keV，半衰期约为0.78s。下列说法正确的是（　　） A．新核素发生的是衰变 B．的中子数比质子数多181 C．升高温度或增大压强会缩短的半衰期 D．的比结合能比的比结合能小 【答案】D 【详解】A．新核素衰变释放（α粒子），说明发生的是衰变，而非衰变，故A错误； B．根据质量数和电荷数守恒，X的电荷数，质量数。中子数为，质子数为92，中子数比质子数多，而非181，故B错误； C．半衰期仅由原子核内部结构决定，与温度、压强等外界条件无关，故C错误； D．衰变释放能量说明生成物X的比结合能大于的比结合能，故D正确。 故选D。 4．（24-25高二下·河南·期末）2025年3月，我国新一代人造太阳“中国环流三号”实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的“双亿度”突破，将人类向“能源自由”的终极目标推进了一大步。人造太阳利用氘核与氚核聚变反应释放能量，主要的核反应方程为，则式中的 X是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据质量数守恒，有2＋3－1＝4，电荷数守恒，有1＋1－0＝2，故式中X是，故选C。 5．（24-25高二下·河南鹤壁·期末）我国研制的“玉兔二号”月球车采用核电池提供能量，能够耐受月球表面的真空、强辐射、等极端环境。核电池中钚的反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．方程中的X为质子 B．该反应属于重核裂变 C．反应生成的两个新核的质量之和等于的质量 D．在到的环境中，的半衰期不会改变 【答案】D 【详解】A．根据衰变过程中电荷数和质量数守恒有，X的电荷数为 X的质量数为 故X为，即α粒子，而非质子。故A错误； B．该反应是钚-238释放α粒子的衰变过程，属于α衰变，而重核裂变是重核分裂为两个中等质量核的过程。故B错误； C．核反应中存在质量亏损，生成物的总质量小于反应物的质量，亏损的质量转化为能量。故C错误； D．半衰期由原子核内部结构决定，与外界温度、压强等条件无关，因此在极端温度下钚-238的半衰期不变。故D正确。 故选D。 6．（24-25高二下·河南南阳·期末）2025年3月9日，我国科研人员成功研制碳14核电池“烛龙一号”，可为脑机接口、心脏起搏器等长久供电。碳14的半衰期长达5730年，其衰变方程为。已知的质量分别为、、，真空中光速为c，则（　　） A．碳14发生的是衰变 B．的结合能大于的结合能 C．此衰变释放的能量为 D．1mol的经过5730年后剩余0.5mol未衰变 【答案】D 【详解】A．碳14衰变后原子序数增加1，说明释放的是粒子（电子），而非粒子（氦核），故A错误； B．结合能越大，原子核越稳定。碳14发生衰变说明其结合能小于生成物氮14的结合能，故B错误； C．衰变释放的能量由质量亏损决定，公式为，选项C中多余的无依据，故C错误； D．半衰期指半数原子衰变的时间，1mol碳14经过5730年（一个半衰期）后剩余0.5mol未衰变，故D正确。 故选D。 7．（24-25高二下·河南南阳·期末）心脏起搏器和人工心脏需要精细可靠的电源，以便能放入患者胸腔内长期使用，目前采用的是钚238（）原子能电池，它只有160克，可以连续使用10年以上。钚238的半衰期为88年，衰变时只放出α射线，下列说法正确的是（　　） A．钚238的衰变方程为 B．钚238衰变过程中会放出能量 C．α射线的穿透能力大于β射线的穿透能力 D．1 000个钚238原子经过88年将变为500个 【答案】B 【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程为，选项A错误； B．钚238衰变过程中有质量亏损，会放出能量，选项B正确； C．α射线的穿透能力小于β射线，选项C错误； D．半衰期是统计规律，对大量原子核适用，对少量原子核不适用，选项D错误。 故选B。 8．（24-25高二下·河南濮阳·期末）2025年3月，中国首款碳-14核电池“烛龙一号”发布，拥有完全自主知识产权。碳-14是一种具有放射性的同位素，它会通过衰变释放出高能电子。下列关于衰变说法正确的是（　　） A．衰变所释放的电子是由原子核中的一个质子转化成一个中子和一个电子时放出的 B．衰变所释放的粒子是原子核内的两个氘核合成后从原子核内放出的 C．（铀核）衰变为（氡核）要经过4次衰变和2次衰变 D．温度升高，压强增大，会使碳-14的半衰期变长 【答案】C 【详解】A．β衰变的实质是原子核内的一个中子转化为质子并释放电子，而非质子转化为中子，故A错误； B．α粒子是氦核（含2质子2中子），由核内直接释放，并非两个氘核合成，故B错误； C．衰变为时，质量数减少16，对应4次α衰变（每次减少4），此时质子数减少8（4×2），但实际需从92到86，减少6，故需2次β衰变（每次质子数+1），故C正确； D．半衰期由核内部因素决定，与温度、压强无关，故D错误。 故选C。 9．（24-25高二下·河南洛阳·期末）“玉兔二号”装有核电池，不“惧”漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转化为电能。的衰变方程为，则（　　） A．衰变方程中的X等于233 B．比的结合能小 C．比的比结合能小 D．月夜的寒冷导致 的半衰期变大 【答案】C 【详解】A．根据质量数守恒，钚-238（质量数238）衰变后生成铀和氦-4（质量数4），铀的质量数X=238−4=234，故A错误； B．结合能是总能量，而比结合能是结合能除以核子数。衰变后产物更稳定，说明铀的比结合能更大，但总结合能不一定更大，故B错误； C．钚-238衰变为铀-234，说明铀比钚更稳定，因此铀的比结合能更大，钚的比结合能更小，故C正确； D．半衰期由原子核内部结构决定，与温度无关，故D错误。 故选C 二、多选题 10．（24-25高二下·河南南阳·期末）核电站利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电。核反应堆中的“燃料”是，核反应方程式为：。铀核的质量mU为235.0439u，中子的质量m为1.0087u，锶（Sr）核的质量mSr为89.9077u，氙（Xe）核的质量mXe为135.9072u，1u为，浓缩铀中铀235的含量占2％。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程式中x=38 B．核反应方程式中y=146 C．一座200万千瓦的核电站每年大约需要54吨浓缩铀 D．一座200万千瓦的核电站每年大约需要1.08吨浓缩铀 【答案】AC 【详解】AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，235+1=90+y+10，92=x+54 解得y=136，x=38，A正确，B错误； CD．该反应的质量亏损是Δm=235.0439 u+1.0087 u-89.9077 u-135.9072 u-10×1.0087 u=0.1507 u 根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2=0.1507×1.66×10-27×（3×108）2 J=2.3×10-11 J 由题意知，Q=Pt 其中 代入数据解得m=5.4×104 kg=54吨，则C正确，D错误。 故选AC。 三、计算题 11．（24-25高二下·河南周口·期末）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 地 城 考点03 质量亏损与核能的计算 1．（24-25高二下·河南郑州·期末）两个氘核聚变的反应方程为，其中的质量为，的质量为，的质量为。已知相当于931.5MeV的能量，则（　　） A．该聚变反应过程吸收能量 B．该聚变反应释放的核能约为 C．的比结合能大于的比结合能 D．的平均核子质量小于的平均核子质量 【答案】B 【详解】A．反应前总质量：2×2.0136u=4.0272u，反应后总质量：3.0150u+1.0087u=4.0237u，质量亏损Δm=0.0035u>0，说明释放能量，故A错误。 B．释放能量：ΔE=0.0035u×931.5MeV/u≈3.26MeV，故B正确。 C．聚变后生成更稳定的核（比结合能更高），氦-3的比结合能应大于氘核，故C错误。 D．氘核平均核子质量：2.0136u/2≈1.0068u；氦-3平均核子质量：3.0150u/3≈1.0050u。氘核平均核子质量更大，故D错误。 故选B。 2．（24-25高二下·河南周口·期末）可控核聚变一直被认为是第四次工业革命的重要突破口。一种典型的核聚变为两个氘核的聚变，核反应方程为。已知中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u，1u对应约930MeV的能量，该聚变反应中释放的核能约为3.3MeV，则氘核的质量约为（　　） A．1.9024u B．2.0136u C．3.8048u D．4.0272u 【答案】B 【详解】根据质量亏损与能量关系，释放的核能ΔE=Δm×930MeV/u=3.3MeV 又 解得 故选B。 3．（24-25高二下·河南·期末）在核反应方程：中，释放的核能为。已知氘核的比结合能为E1，X核的比结合能为E2，则下列说法中正确的是（　　） A．该反应为核裂变反应 B．该反应中的比结合能为 C．该反应中质量和质量数都发生了亏损 D．该反应目前普遍被核电站用于发电 【答案】B 【详解】A．该反应是轻核结合成较重核的聚变反应，而非裂变反应，故A错误； B．根据结合能守恒，反应前总结合能为，反应后为，释放能量 解得，故B正确； C．质量数守恒（3+2=4+1），仅质量亏损，故C错误； D．核电站利用核裂变发电，而非聚变，故D错误。 故选B。 4．（24-25高二下·河南焦作·期末）2025年3月，我国新一代人造太阳“中国环流三号”实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的“双亿度”突破，将人类向“能源自由”的终极目标推进了一大步。人造太阳利用氘核与氚核聚变反应释放能量，核反应方程为，真空中光速为c。关于人造太阳装置及核聚变相关原理，下列说法正确的是（    ） A．X为质子 B．的比结合能大于的比结合能 C．中国环流三号产生的能量主要来源于氢原子被加速后获得的动能 D．若某次聚变反应释放的能量为ΔE，则亏损的质量为 【答案】B 【详解】A．核反应满足质量数守恒和电荷数守恒，可得核聚变方程为 X为中子，故A错误； B．核聚变反应释放能量，生成核更稳定，的比结合能大于的比结合能，故B正确； C．中国环流三号产生的能量主要来源于氘核与氚核的核聚变反应，故C错误； D．根据爱因斯坦质能方程 可知亏损的质量为 故D错误。 故选B。 5．（24-25高二下·河南商丘·期末）太阳在演化的末期将转化为一颗白矮星，在其演化过程中，太阳内部的若干个氦核（）聚变生成碳核（），已知的比结合能为E1，的比结合能为E2，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为 B．该核反应释放的核能为 C．的比结合能小于的比结合能 D．该核反应亏损的质量为 【答案】B 【详解】A．核反应方程应为3个聚变为，即，故A错误； B．核反应释放的核能等于生成物总结合能与反应物总结合能之差。反应前总结合能：3个的总结合能为 反应后总结合能：1个的总结合能为12E2，释放的核能，故B正确； C．若反应释放能量（ΔE>0），则需满足12E2>12E1，即E2>E1，则的比结合能大于的比结合能，故C错误； D．根据质能方程 质量亏损应为，故D错误。 故选B。 6．（24-25高二下·河南安阳·期末）我国“华龙一号”是当前核电市场的三代核电机型之一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国的跨越。核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，是某种粒子，是粒子的个数，用分别表示核的质量，表示粒子的质量，为真空中的光速。以下说法正确的是（　　） A．为中子， B．的比结合能比的大 C．太阳就是一个巨大的铀核裂变反应堆 D．上述核反应中放出的核能 【答案】D 【详解】A．由质量数守恒，左边总质量数为235+1=236，右边为141+92+a×1=233+a，解得a=3；电荷数守恒，左边总电荷数92=56+36+0，故X为中子。因此X为中子，a=3，故A错误。 B．核裂变释放能量，产物的比结合能大于反应物的比结合能。铀-235裂变生成钡-141和氪-92，故钡的比结合能大于铀的，故B错误。 C．太阳的能量来源于核聚变（氢聚变为氦），而非铀核裂变，故C错误。 D．质量亏损为反应前总质量（铀核+中子）减去反应后总质量（钡核+氪核+3个中子）Δm = (mU + mn) - (mBa + mKr + 3mX) 因X为中子，mX = mn，代入得Δm = mU - mBa - mKr - 2mX 由质能方程ΔE = Δm·c²，可得，故D正确。 故选D。 7．（24-25高二下·河南信阳·期末）如图所示是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如的核子平均结合能约为，的核子平均结合能约为，根据该图像判断下列说法正确的是（　　） A．是铀235核裂变的核反应方程式 B．由图可知两个核结合成核会释放出能量 C．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约能量 D．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约能量 【答案】BD 【详解】A．铀235核裂变的核反应方程式应为，故A错误； B．由图可知核的平均结合能大于核的平均结合能，所以两个核结合成核会释放出能量，故B正确； CD．把分成8个质子和8个中子需要的能量为 把分成4个需要的能量为 所以，把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供的能量约为 故C错误，D正确。 故选BD。 三、解答题 8．（24-25高二下·河南驻马店·期末）如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一、二象限有足够长的条状磁场区域Ⅰ、Ⅱ，宽度均为d、区域Ⅰ和Ⅱ内有垂直纸面向外的匀强磁场，区域Ⅰ磁感应强度，在坐标原点O，一静止的发生衰变，生成一个钍（），释放出的粒子恰从坐标原点O沿y轴正方向以某一速度（未知）射入区域Ⅰ，粒子恰好不能穿出磁场区域Ⅰ。已知粒子质量为m，电荷量大小为q，原子核的质量正比于原子核的质量数，不计粒子受到的重力。 (1)假设衰变释放的核能全部转化为原子核动能，请写出上述核反应方程式并求发生衰变释放的核能大小； (2)若把区域Ⅰ磁感应强度减半，粒子穿出磁场区域Ⅱ时速度相对于y轴正向一共偏转了，求区域Ⅱ内匀强磁场的磁感应强度大小； (3)接（2）问，若在有范围足够大、磁感应强度大小为B的垂直纸面向外的匀强磁场，且有沿y轴正方向、电场强度大小的匀强电场，求粒子射出区域Ⅱ后的最大速度。 【答案】(1)， (2) (3) 【详解】（1） 对衰变过程，由动量守恒定律和能量守恒定律有， 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有 粒子恰好不能穿出磁场区域Ⅰ，有    联立得发生衰变释放的核能大小 （2）易得粒子在Ⅰ区域做匀速圆周运动的半径变为2d，偏转 则粒子在Ⅱ区域的半径满足 解得 由   区域Ⅱ内匀强磁场的磁感应强度大小 （3）粒子射出区域Ⅱ后，到达最大速度时，由动能定理 水平方向，由动量定理    即 联立得 10．（24-25高二下·河南南阳·期末）Cu原子核静止时有19％的可能性发生β+衰变，方程为，并放出能量为Eγ的γ光子。在匀强磁场中衰变产生的和，两者速度方向均与磁场垂直，均做匀速圆周运动，已知光在真空中的传播速度为c，匀强磁场的磁感应强度大小为B，β+所带的电荷量为e，质量为m1，β+做匀速圆周运动的轨迹半径为R，的质量为m2，衰变放出光子的动量可忽略，该过程释放的核能除去γ光子的能量E外，全部转化为和的动能。求： (1)在匀强磁场中运动的轨道半径r； (2)核反应过程中的质量亏损Δm。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）正电子β+在匀强磁场中运动时，有 在匀强磁场中运动时，有 其中 根据动量守恒定律有 解得 （2）正电子的动能 的动能 由能量守恒定律可知 解得 试卷第1页，共3页 19 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $命学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 专题09 原子核 目目 考点01 原子核结构和三种射线 1、C2、A3、B4、D5、B6、D7、BC8、BC 考点02 核反应和半衰期的计算与应用 1、D2、C3、D4、C5、D6、D7、B8、C9、C10、AC 11.【答案】 (I)2Rn→4Po+He (2)5.589MeV (3)0.125kg 【详解】(1)根据质量数和电荷数守恒可得衰变方程为Rn→4Po+H© (2)上述衰变过程的质量亏损为△m=m,-(m,+m。)=0.006u 释放的能量为△E=△m×931.5MeV=5.589MeV (3)由图可知，Rn的半衰期为T=3.8d 19 剩余的质量为m=m( 4×(- 38Jkg=0.125kg 目目 考点03 质量亏损与核能的计算 1、B2、B3、B4、B5、B6、D7、BD 8.【答案】 ()2U→8Th+He,119Bgd 234m 25- 2 1/3 命学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 31+2-3g m 【详解】(1)U→84Th+He 234m 对衰变过程，由动量守恒定律和能量守恒定律有m%= mv α粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有Bqy= 粒子恰好不能穿出磁场区域I,有r=d 联立得发生α衰变释放的核能大小△E=119Bgd” 234m (2)易得粒子在I区域做匀速圆周运动的半径变为2d,偏转0=30° 则a粒子在Ⅱ区域的半径满足5cos30°-5cos60°=d 解得5=(5+ld 由B,9%=m 区域Ⅱ内匀强磁场的磁感应强度大小B,= (5-」 B 2 ③Q粒子射出区域Ⅱ后，到达最大速度时，由动能定理Eg少，=)m) 三m 水平方向，由动量定理∑Bqy,A1=mV。-mc0s30 即Bqym=mVm-mv cos30 联立得=+2-水=+2-Bgg m 1e2B2R2 e2B2R2 10. 【答案】(0)28 2m1 +E, 21m2 【详解】(1)正电子+在匀强磁场中运动时，有eyB= R 然Ni在匀强磁场中运动时，有g,B=m上 其中9=28 e 根据动量守恒定律有0=my-m2y2 2/3 学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 解得r= 28 1 (2)正电子的动能E:=亏m= eBR2 2 2m1 Ni的动能mg= 1 2m2 由能量守恒定律可知△E=△mc2=E1+E2+E, 1e2B2R2 e2B2R2 解得△m= +E, 2m 2m2 3/3