5.3 核力与核反应方程 导学案 -2025-2026学年高二下学期物理粤教版选择性必修第三册

该高中物理导学案聚焦核力与核反应方程，从质子、中子发现实验切入，梳理原子核组成、核反应方程（含典型人工转变反应）到核力特性及结合能的知识脉络，搭建递进式学习支架。 资料特色在于结合“人造太阳”“癌症治疗”等前沿情境设计例题，通过对比人工转变与衰变培养科学思维，利用比结合能曲线等深化物理观念，助力学生理解核反应规律与能量转化，提升科学探究能力。

粤教版（2019）选择性必修第三册导学案 5.3 核力与核反应方程 一．原子核的组成 1．质子的发现．(如图所示) 2．中子的发现．(如图所示) 3．原子核的组成． 由质子和中子组成，它们统称为核子． 4．原子核的符号． 原子核内的质子数叫核电荷数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量．本题容易把核电荷数误认为是原子核的电荷量而造成错解． 二、核反应方程 1．核反应的条件． 用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变． 2．核反应的实质． 用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变． 3．原子核人工转变的三个典型核反应． (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应： N＋He→O＋H. (2)1932年查德威克发现中子的核反应： Be＋He→C＋n. (3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：Al＋He→P＋n；P→Si＋e. 4．人工转变核反应与衰变的比较． 不同点 原子核的人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理和化学条件的影响 相同点 人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒 (1)核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单箭头表示反应方向． (2)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰． (3)核反应过程和衰变现象都遵循电荷数和质量数守恒．质量数守恒不是质量守恒，核反应过程中一般会发生质量的变化． 三、核力及结合能 1．核力． 原子核内核子之间的相互作用力． 2．核力的特点． (1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核内，核力比库仑力大得多． (2)核力是短程力，作用范围在2×10－15 m之内． 3．四种基本相互作用． (1)核子包括质子和中子，而中子不带电，所以核力与电荷无关． (2)原子核非常小，所以核力属于短程力． (3)质子间的核力比库仑力大得多，属于强相互作用力． 4．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． 5．比结合能． 原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，表示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． 理解： 1．比结合能曲线． 不同原子核的比结合能随质量数的变化图线如图所示． 从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小． 2．比结合能与原子核稳定性的关系． (1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核越稳定． (2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等质量大小的核比结合能较大，表示原子核较稳定． (3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可释放核能．例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能． 6．质能方程． 物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc2． 7．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． (1)若以kg为质量亏损Δm的单位，则计算时应用公式ΔE＝Δmc2. (2)若以原子质量单位“u”为质量亏损单位，则ΔE＝Δm×931.5 MeV. (3)两种方法计算的核能的单位分别为“J”和“MeV”，1 MeV＝1×106×1.6×10－19 J＝1.6×10－13 J． 考点一：发现质子和中子的核反应 例1.用α粒子轰击铍核，产生一种粒子X，其核反应方程中的X表示（　　） A．电子 B．中子 C．质子 D．α粒子 【答案】B 【详解】核反应过程遵循电荷数守恒和质量数守恒，设粒子X的电荷数为、质量数为，根据电荷数守恒，有左边总电荷数为，故 解得 根据质量数守恒，有左边总质量数为，故 解得 可知X是电荷数为0、质量数为1的中子。 故选B。 例2.正在安徽合肥建设的紧凑型聚变能实验装置（BEST）是我国“人造太阳”工程的核心项目，有望成为人类历史上首个实现核聚变发电的装置。下列属于核聚变反应方程的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】核聚变的定义是：两个轻原子核结合形成质量更大的原子核，同时释放大量能量的核反应。 A．该反应是α衰变，不属于核聚变，故A错误； B．该反应是用α粒子轰击氮核的人工核转变，是卢瑟福发现质子的实验反应，不属于核聚变，故B错误； C．该反应是重核吸收中子后分裂为多个中等质量核的核裂变反应，是现有核电站的核心反应类型，不属于核聚变，故C错误； D．该反应是氘核、氚核两个轻核结合生成较重的氦核，属于核聚变反应，是“人造太阳”装置的核心反应，故D正确。 故选D。 考点二：核反应方程的书写 例1.在某次物理实验中，科学家用α粒子轰击氮原子核，生成了一个新原子核和一个质子。该新原子核是（　　） A．碳 B．氧 C．氟 D．氖 【答案】B 【详解】核反应过程遵循电荷数守恒和质量数守恒，设新原子核的电荷数为Z、质量数为A，电荷数守恒 总质量数守恒 解得Z=8， 电荷数为8的元素是氧，即新核为。 故选B。 例2.硼（）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一、治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，该核反应方程为已知新核X的电荷数比粒子Y的电荷数多1，则粒子Y的电荷数为（　　） A．0 B．1 C．2 D．3 【答案】C 【详解】核反应遵循电荷数守恒，反应前的电荷数为5，的电荷数为0，总电荷数为。 设粒子Y的电荷数为，由题意新核X的电荷数为，反应后总电荷数为，根据电荷数守恒得，解得。 故选C。 例3．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。 考点三：核力、四种基本相互作用 例1.碳12的原子核是由6个质子和6个中子构成的，各质子之间存在着三种相互作用力，万有引力、库仑力和核力。这三种相互作用力的大小由弱到强的顺序是（　　） A．万有引力、核力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力 C．核力、库仑力、万有引力 D．核力、万有引力、库仑力 【答案】B 【详解】核力是强相互作用力，它能将核子束缚在原子核内，万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略；库仑力介于二者之间，故选B。 例2.下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是（　　） A．原子核中质子数和中子数一定相等 B．原子序数大的原子核里，质子数比中子数多 C．质子和中子之间有库仑力 D．由于核力的作用范围是有限的，不可能无节制地增大原子核而使其仍稳定存在 【答案】D 【详解】A．原子核中质子数和中子数不一定相等。例如，氢原子核（1H）仅含1个质子，不含中子；碳-14（14C）含6个质子和8个中子，中子数多于质子数。故A错误； B．原子序数大的原子核中，中子数通常多于质子数。例如，铀-238（238U）含92个质子和146个中子，中子数明显更多。故B错误； C．质子带正电，中子不带电，库仑力仅存在于带电粒子之间，因此质子和中子之间无库仑力。核子间的作用力为核力（强相互作用）。故C错误； D．核力是短程力，而质子间的库仑斥力是长程力。当原子核增大时，所有质子间的库仑斥力总和不断增大，而核力具有饱和性，当库仑斥力的累积效应超过核力时，原子核变得不稳定。故D正确。 故选D。 考点四：结合能与比结合能、质能方程 例1.2025年底我国的可控核聚变取得了重大突破，主要的反应物是、，在高温条件下生成同时释放一个X粒子。已知、、以及X粒子的质量分别为、、、，、、的比结合能分别为、、，真空中光速为c。下列说法正确的是（　　） A．X粒子是电子 B． C．该反应释放的核能为 D．该反应释放的核能为 【答案】C 【详解】A．根据核反应电荷数、质量数守恒，X粒子的电荷数为，质量数为，因此X是中子，不是电子，故A错误； B．该聚变反应释放能量，存在质量亏损，因此反应前总质量大于反应后总质量，即，故B错误； C．根据爱因斯坦质能方程，释放的核能等于质量亏损乘以，即，故C正确； D．反应释放的核能等于反应后总的结合能减去反应前总的结合能，又知中子的结合能为0，因此，计算结果与D选项中的表达式符号相反，故D错误。 故选C。 例2.用硼中子俘获法治疗肿瘤的过程中，存在核反应，并伴随射线的产生，该反应中放出的粒子可以精确地杀死肿瘤细胞而不会对相邻的正常细胞产生过多影响。若、、粒子、的质量分别为、、、。关于该反应以下说法中正确的是（    ） A．放出的粒子为质子 B．产生的射线是从核中放出的 C．释放的能量等于的结合能 D．释放的能量为 【答案】D 【详解】A．根据核反应电荷数、质量数守恒，X的电荷数为，质量数为，可知X为α粒子（氦核），不是质子，故A错误； B．γ射线是核反应生成的核处于激发态，向低能级跃迁时释放的，不是由核放出，故B错误； C．结合能是核子结合为原子核时释放的能量，该反应释放的能量是核反应总质量亏损对应的能量，不等于的结合能，故C错误； D．该反应的质量亏损 根据质能方程，1原子质量单位对应931.5MeV能量，因此释放的能量为，故D正确。 故选D。 例3.图示为原子核的比结合能曲线。下列说法正确的是（　　） A．的结合能约为 B．比稳定 C．图中标出的原子核中的结合能最大 D．核聚变反应释放的核能约为 【答案】B 【详解】A．的比结合能约为8MeV，核子数为16，则结合能约为，A错误； B．比的比结合能更大，则更稳定，B正确； C．图中标出的原子核中的比结合能最大，但结合能不一定最大，C错误； D．根据比结合能的物理意义，聚变反应前与的总结合能 反应后生成的的结合能 因无结合能，故该核聚变反应释放的核能，故D错误。 故选B。 一、单选题 1．关于自然界中四种基本相互作用，下列说法正确的是（　　） A．核外电子与原子核间的万有引力和库仑力大小相当 B．原子核内任意两个核子间都存在核力 C．核力是强相互作用，一定是引力 D．弱相互作用是短程力 【答案】D 【详解】A．核外电子与原子核间的万有引力远小于库仑力大小，选项A错误； B．原子核内只有相邻的两个核子间存在核力，选项B错误； C．核力是强相互作用，可表现为引力，也可表现为斥力，故C错误； D．弱相互作用是短程力，选项D正确。 故选D。 2．已知铀核发生衰变的方程为，下列分析正确的是（　　） A．该衰变属于衰变，衰变过程中原子核内一个中子转化为质子 B．衰变后钍核内的核力比铀核内的核力弱 C．钍核的比结合能比铀核的比结合能大 D．衰变过程中原子核的总质量增加，遵循能量守恒定律 【答案】C 【详解】A．该衰变释放的是粒子（氦核），属于衰变，故A错误； B．钍核的核子数比铀核少，但核力强弱无法直接通过核子数简单比较，故B错误； C．比结合能越大，原子核越稳定。铀核发生衰变后生成的钍核比铀核更稳定，因此钍核的比结合能比铀核的比结合能大，故C正确； D．衰变过程中存在质量亏损，总质量减少，减少的质量以能量的形式辐射出去，但总能量守恒，故D错误。 故选C。 3．2026年3月，中国科学院近代物理研究所超重核研究团队，利用重离子加速器装置，首次成功合成了新核素锫-235（）及其衰变后产生的核镅-231（）和X。则X为（     ） A．氦核 B．质子 C．中子 D．电子 【答案】A 【详解】核反应过程遵循电荷数守恒和质量数守恒，则该衰变的核反应方程为，其中为X的质量数，为X的电荷数。 由质量数守恒： 解得 由电荷数守恒： 解得 因此X为，即氦核，故A正确。 故选A。 4．碘（）是一种放射性同位素，可用于甲状腺功能亢进症的治疗，其半衰期是8天，衰变方程为。下列说法正确的是（     ） A．衰变过程中产生的电子来自碘原子核外电子 B．该衰变会释放能量 C．环境温度变化会影响的半衰期 D．和的质子数相同 【答案】B 【详解】A．β衰变产生的电子是原子核内的中子转化为质子时释放的，并非碘原子核外电子，故A错误； B．衰变过程存在质量亏损，根据质能方程可知，衰变会释放能量，故B正确； C．半衰期由原子核内部自身的性质决定，与外界温度、压强、化学状态等外部因素无关，环境温度变化不会影响碘131的半衰期，故C错误； D．的质子数为53，的质子数为54，二者质子数不同，故D错误。 故选B。 5．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．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论 B．查德威克用粒子轰击获得反冲核，发现了中子 C．普朗克发现天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型 【答案】A 【详解】A．麦克斯韦提出光的电磁理论并预言了电磁波的存在，赫兹通过一系列实验证实了麦克斯韦的电磁理论，故A正确； B．卢瑟福用粒子轰击获得反冲核，发现了质子；查德威克是通过粒子轰击铍核的实验发现了中子，故B错误； C．贝克勒尔发现天然放射性现象，说明原子核有复杂结构，故C错误； D．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核式结构模型；对阴极射线进行研究、发现电子的是汤姆逊，故D错误。 故选A。 6．关于物理学史，下列说法正确的是（　　） A．牛顿第二定律确定了物体的加速度与质量及其所受的力的关系，是牛顿动力学的核心 B．美国物理学家库仑通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔物理学奖 C．普朗克提出能量子假说并提出光子说，成功地解释了光电效应规律 D．卢瑟福用粒子轰击铍核发现了质子的存在，并建立了原子核式结构模型 【答案】A 【详解】A．牛顿第二定律表达式为，确定了物体加速度与所受合外力、质量的定量关系，是牛顿动力学的核心规律，故A正确； B．美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷的电荷量，库仑的贡献是总结得出库仑定律，故B错误； C．普朗克提出了能量子假说，光子说是爱因斯坦提出的，且爱因斯坦利用光子说成功解释了光电效应规律，故C错误； D．卢瑟福通过粒子散射实验建立了原子核式结构模型，用粒子轰击氮核发现了质子；用粒子轰击铍核发现中子的是物理学家查德威克，故D错误。 故选A。 7．近期，我国中科院首次合成了新核素锫，该原子核发生衰变生成原子核，并释放核能，则（　　） A．， B．增大压强可以减小的半衰期 C．反应前的总质量等于反应后的总质量 D．的比结合能大于的比结合能 【答案】D 【详解】A．α衰变释放的α粒子为，根据质量数守恒得 根据电荷数守恒得，故A错误； B．半衰期是原子核的固有属性，与外界压强、温度、化学状态等外界条件无关，增大压强不会改变其半衰期，故B错误； C．衰变过程释放核能，根据质能方程可知存在质量亏损，反应前总质量大于反应后总质量，故C错误； D．比结合能越大，原子核越稳定，α衰变是自发的放能核反应，生成的新核X比反应物更稳定，因此X的比结合能更大，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（）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（）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 【详解】A．同位素是指质子数相同、中子数不同（或质量数不同）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．中微子（）不带电，但其质量数（核子数）为0，质子质量数为1，二者不相同，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，如β⁻衰变），故D错误。 故选A。 9．一对正、负电子碰撞会发生湮灭，生成光子。已知电子的质量为，光子的频率为，真空中的光速为，普朗克常量为，碰撞前电子的动能不计。关于此过程，下列说法不正确的是（　　） A．若生成两个光子，每个光子的频率为 B．该过程可能生成单个高能光子，其能量为 C．生成光子的总能量为 D．光子所带电荷量为0 【答案】B 【详解】A．正负电子碰撞前动能不计，系统总质能为。若生成两个光子，由能量守恒，每个光子能量为，结合光子能量公式 得每个光子频率，故A正确； B．正负电子对撞，系统总动量为0，单个光子动量，若生成单个光子不满足动量守恒；因此不可能生成单个光子，故B错误； C．由质能方程，该过程总质量亏损为，释放的总能量即生成光子的总能量为，故C正确； D．光子不带电，所带电荷量为0，故D正确。 本题选不正确的，故选B。 10．香烟中含有的物质钋（）放射性强、危害大。已知的半衰期为138天，其衰变方程为。下列说法正确的是（　　） A．该衰变过程能够发生链式反应 B．经过276天，800个原子核还剩下200个 C．该反应过程存在质量亏损、向外释放能量，说明能量与质量可以相互转化 D．α衰变的实质是原子核内的2个质子和2个中子结合成氦核释放出来 【答案】D 【详解】A．链式反应是重核裂变特有的反应，该过程属于α衰变，是天然放射性衰变，无法发生链式反应，故A错误； B．半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，对确定个数的少量原子核不适用，无法准确预测剩余原子核的具体个数，故B错误； C．质能方程体现的是质量与能量的当量对应关系，并非二者可以相互转化，质量亏损是原子核的静止质量减少，总质量（包含运动质量）和总能量依然守恒，故C错误； D．α粒子为氦核，由2个质子和2个中子组成，α衰变的实质是原子核内的2个质子和2个中子结合为氦核后释放出来，故D正确。 故选D。 11．某元素的原子核发生衰变，变成新元素的原子核，并伴随有射线放出，下列说法正确的是（    ） A．升高温度该元素原子核的半衰期变短 B．衰变后新的原子核的比结合能变大 C．新的原子核内的核子间都存在核力作用 D．衰变前原子核的质量与衰变后新原子核质量之差等于粒子的质量 【答案】B 【详解】A．半衰期是原子核的固有属性，仅由原子核内部结构决定，与外界温度、压强、化学状态等无关，故A错误； B．α衰变是释放能量的核反应，比结合能越大原子核越稳定，衰变后生成的新核稳定性更强，故新核的比结合能更大，故B正确； C．核力是短程力，作用范围约为，仅相邻核子间存在核力作用，原子核内相距较远的核子间无核力作用，故C错误； D．衰变过程存在质量亏损，且释放的γ射线也对应能量，由质能方程可知，衰变前原子核质量与衰变后新原子核质量之差等于α粒子质量加上质量亏损对应的质量（即释放能量对应的质量），不等于α粒子的质量，故D错误。 故选B。 12．当太阳内部氦资源消耗殆尽时，将出现“氦闪”现象，同时释放巨大的核能，科幻片《流浪地球2》就是描述此情景的。“氦闪”现象的本质是氦核聚变，其核反应方程为。已知一个氦核的质量为，一个X核的质量为，一个质子的质量为，一个中子的质量为，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程中的X是氮核 B．X核的结合能为 C．核的比结合能小于X核的比结合能 D．该聚变反应释放的核能为 【答案】C 【详解】根据核反应电荷数守恒、质量数守恒 故X是碳核，故A错误； B．原子核的结合能是将其拆为自由核子所需的能量，X核有6个质子、6个中子，结合能为，而是该核反应释放的核能，不是X的结合能，故B错误； C．核聚变反应释放能量，说明生成物X核比反应物核更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，因此核的比结合能小于X核的比结合能，故C正确； D．该反应质量亏损，根据质能方程，释放的核能为，故D错误。 故选C。 二、多选题 13．2022年，由数十个国家的科学家组成的团队发现了“四中子”存在的明确证据。这是一种只由四个中子构成的粒子，用表示。“四中子”是通过向液态氢靶上发射“氦8”（原子核）而产生的，与碰撞可将一个核分裂成一个α粒子和一个“四中子”，同时放出Z光子，如图。则下列有关“四中子”粒子的说法正确的是（　　） A．“四中子”的四个核子间不存在电磁相互作用 B．可以通过回旋加速器加速“四中子”，使之形成高能粒子流 C．产生“四中子”的核反应为 D．α粒子和“四中子”的质量之和小于“氦8” 【答案】AD 【详解】A．“四中子”的核子由于是中子构成的，其不带电，核子间的作用力没有电磁力，故A正确； B．由于中子不带电，所以四中子也是不带电，即无法通过电磁场使形成高速粒子束，故B错误； C．由电荷数守恒和质子数守恒，其核反应方程应该为，故C错误； D．该核反应方程引发质量亏损，放出Z光子，故D正确。 故选AD。 14．随着科技的发展，大量的科学实验促进了人们对微观领域的认识。下列说法正确的是（    ） A．粒子散射现象说明原子核具有复杂结构 B．光电效应现象中逸出的电子是原子核内中子转变成质子时产生的 C．在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固 D．原子核外电子跃迁时辐射出光子后，其动能增大 【答案】CD 比结合能 【详解】A．放射性现象说明原子核具有复杂结构，粒子散射现象说明原子具有核式结构，故A错误； B．光电效应现象中逸出的电子是核外电子，衰变是原子核内中子转变成质子时产生的，故B错误； C．在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，故C正确； D．原子核外电子跃迁时辐射出光子后，按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道，电子的动能增大，原子的能量减小，故D正确。 故选CD。 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 粤教版（2019）选择性必修第三册导学案 5.3 核力与核反应方程 一．原子核的组成 1．质子的发现．(如图所示) 2．中子的发现．(如图所示) 3．原子核的组成． 由质子和中子组成，它们统称为核子． 4．原子核的符号． 原子核内的质子数叫核电荷数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量．本题容易把核电荷数误认为是原子核的电荷量而造成错解． 二、核反应方程 1．核反应的条件． 用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变． 2．核反应的实质． 用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变． 3．原子核人工转变的三个典型核反应． (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应： N＋He→O＋H. (2)1932年查德威克发现中子的核反应： Be＋He→C＋n. (3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：Al＋He→P＋n；P→Si＋e. 4．人工转变核反应与衰变的比较． 不同点 原子核的人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理和化学条件的影响 相同点 人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒 (1)核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单箭头表示反应方向． (2)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰． (3)核反应过程和衰变现象都遵循电荷数和质量数守恒．质量数守恒不是质量守恒，核反应过程中一般会发生质量的变化． 三、核力及结合能 1．核力． 原子核内核子之间的相互作用力． 2．核力的特点． (1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核内，核力比库仑力大得多． (2)核力是短程力，作用范围在2×10－15 m之内． 3．四种基本相互作用． (1)核子包括质子和中子，而中子不带电，所以核力与电荷无关． (2)原子核非常小，所以核力属于短程力． (3)质子间的核力比库仑力大得多，属于强相互作用力． 4．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． 5．比结合能． 原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，表示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． 理解： 1．比结合能曲线． 不同原子核的比结合能随质量数的变化图线如图所示． 从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小． 2．比结合能与原子核稳定性的关系． (1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核越稳定． (2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等质量大小的核比结合能较大，表示原子核较稳定． (3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可释放核能．例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能． 6．质能方程． 物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc2． 7．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． (1)若以kg为质量亏损Δm的单位，则计算时应用公式ΔE＝Δmc2. (2)若以原子质量单位“u”为质量亏损单位，则ΔE＝Δm×931.5 MeV. (3)两种方法计算的核能的单位分别为“J”和“MeV”，1 MeV＝1×106×1.6×10－19 J＝1.6×10－13 J． 考点一：发现质子和中子的核反应 例1.用α粒子轰击铍核，产生一种粒子X，其核反应方程中的X表示（　　） A．电子 B．中子 C．质子 D．α粒子 例2.正在安徽合肥建设的紧凑型聚变能实验装置（BEST）是我国“人造太阳”工程的核心项目，有望成为人类历史上首个实现核聚变发电的装置。下列属于核聚变反应方程的是（　　） A． B． C． D． 考点二：核反应方程的书写 例1.在某次物理实验中，科学家用α粒子轰击氮原子核，生成了一个新原子核和一个质子。该新原子核是（　　） A．碳 B．氧 C．氟 D．氖 例2.硼（）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一、治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，该核反应方程为已知新核X的电荷数比粒子Y的电荷数多1，则粒子Y的电荷数为（　　） A．0 B．1 C．2 D．3 例3．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 考点三：核力、四种基本相互作用 例1.碳12的原子核是由6个质子和6个中子构成的，各质子之间存在着三种相互作用力，万有引力、库仑力和核力。这三种相互作用力的大小由弱到强的顺序是（　　） A．万有引力、核力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力 C．核力、库仑力、万有引力 D．核力、万有引力、库仑力 例2.下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是（　　） A．原子核中质子数和中子数一定相等 B．原子序数大的原子核里，质子数比中子数多 C．质子和中子之间有库仑力 D．由于核力的作用范围是有限的，不可能无节制地增大原子核而使其仍稳定存在 考点四：结合能与比结合能、质能方程 例1.2025年底我国的可控核聚变取得了重大突破，主要的反应物是、，在高温条件下生成同时释放一个X粒子。已知、、以及X粒子的质量分别为、、、，、、的比结合能分别为、、，真空中光速为c。下列说法正确的是（　　） A．X粒子是电子 B． C．该反应释放的核能为 D．该反应释放的核能为 例2.用硼中子俘获法治疗肿瘤的过程中，存在核反应，并伴随射线的产生，该反应中放出的粒子可以精确地杀死肿瘤细胞而不会对相邻的正常细胞产生过多影响。若、、粒子、的质量分别为、、、。关于该反应以下说法中正确的是（    ） A．放出的粒子为质子 B．产生的射线是从核中放出的 C．释放的能量等于的结合能 D．释放的能量为 例3.图示为原子核的比结合能曲线。下列说法正确的是（　　） A．的结合能约为 B．比稳定 C．图中标出的原子核中的结合能最大 D．核聚变反应释放的核能约为 一、单选题 1．关于自然界中四种基本相互作用，下列说法正确的是（　　） A．核外电子与原子核间的万有引力和库仑力大小相当 B．原子核内任意两个核子间都存在核力 C．核力是强相互作用，一定是引力 D．弱相互作用是短程力 2．已知铀核发生衰变的方程为，下列分析正确的是（　　） A．该衰变属于衰变，衰变过程中原子核内一个中子转化为质子 B．衰变后钍核内的核力比铀核内的核力弱 C．钍核的比结合能比铀核的比结合能大 D．衰变过程中原子核的总质量增加，遵循能量守恒定律 3．2026年3月，中国科学院近代物理研究所超重核研究团队，利用重离子加速器装置，首次成功合成了新核素锫-235（）及其衰变后产生的核镅-231（）和X。则X为（     ） A．氦核 B．质子 C．中子 D．电子 4．碘（）是一种放射性同位素，可用于甲状腺功能亢进症的治疗，其半衰期是8天，衰变方程为。下列说法正确的是（     ） A．衰变过程中产生的电子来自碘原子核外电子 B．该衰变会释放能量 C．环境温度变化会影响的半衰期 D．和的质子数相同 5．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．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论 B．查德威克用粒子轰击获得反冲核，发现了中子 C．普朗克发现天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型 6．关于物理学史，下列说法正确的是（　　） A．牛顿第二定律确定了物体的加速度与质量及其所受的力的关系，是牛顿动力学的核心 B．美国物理学家库仑通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔物理学奖 C．普朗克提出能量子假说并提出光子说，成功地解释了光电效应规律 D．卢瑟福用粒子轰击铍核发现了质子的存在，并建立了原子核式结构模型 7．近期，我国中科院首次合成了新核素锫，该原子核发生衰变生成原子核，并释放核能，则（　　） A．， B．增大压强可以减小的半衰期 C．反应前的总质量等于反应后的总质量 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（）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（）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 9．一对正、负电子碰撞会发生湮灭，生成光子。已知电子的质量为，光子的频率为，真空中的光速为，普朗克常量为，碰撞前电子的动能不计。关于此过程，下列说法不正确的是（　　） A．若生成两个光子，每个光子的频率为 B．该过程可能生成单个高能光子，其能量为 C．生成光子的总能量为 D．光子所带电荷量为0 10．香烟中含有的物质钋（）放射性强、危害大。已知的半衰期为138天，其衰变方程为。下列说法正确的是（　　） A．该衰变过程能够发生链式反应 B．经过276天，800个原子核还剩下200个 C．该反应过程存在质量亏损、向外释放能量，说明能量与质量可以相互转化 D．α衰变的实质是原子核内的2个质子和2个中子结合成氦核释放出来 11．某元素的原子核发生衰变，变成新元素的原子核，并伴随有射线放出，下列说法正确的是（    ） A．升高温度该元素原子核的半衰期变短 B．衰变后新的原子核的比结合能变大 C．新的原子核内的核子间都存在核力作用 D．衰变前原子核的质量与衰变后新原子核质量之差等于粒子的质量 12．当太阳内部氦资源消耗殆尽时，将出现“氦闪”现象，同时释放巨大的核能，科幻片《流浪地球2》就是描述此情景的。“氦闪”现象的本质是氦核聚变，其核反应方程为。已知一个氦核的质量为，一个X核的质量为，一个质子的质量为，一个中子的质量为，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程中的X是氮核 B．X核的结合能为 C．核的比结合能小于X核的比结合能 D．该聚变反应释放的核能为 二、多选题 13．2022年，由数十个国家的科学家组成的团队发现了“四中子”存在的明确证据。这是一种只由四个中子构成的粒子，用表示。“四中子”是通过向液态氢靶上发射“氦8”（原子核）而产生的，与碰撞可将一个核分裂成一个α粒子和一个“四中子”，同时放出Z光子，如图。则下列有关“四中子”粒子的说法正确的是（　　） A．“四中子”的四个核子间不存在电磁相互作用 B．可以通过回旋加速器加速“四中子”，使之形成高能粒子流 C．产生“四中子”的核反应为 D．α粒子和“四中子”的质量之和小于“氦8” 14．随着科技的发展，大量的科学实验促进了人们对微观领域的认识。下列说法正确的是（    ） A．粒子散射现象说明原子核具有复杂结构 B．光电效应现象中逸出的电子是原子核内中子转变成质子时产生的 C．在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固 D．原子核外电子跃迁时辐射出光子后，其动能增大 14 学科网（北京）股份有限公司 $