16.2 原子核 课件 -2027届高三物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“原子核”专题，覆盖衰变与半衰期、核反应方程、核能三大高考核心考点，依据高考评价体系梳理了天然放射现象、三种射线比较、衰变方程书写、半衰期计算等必备知识，通过近五年真题分析明确各考点权重，归纳射线性质分析、核反应守恒应用等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题情境+素养导向+方法提炼”，如以2025·河南半衰期计算真题为例，运用科学思维中的模型建构与科学推理，引导学生掌握半衰期公式应用技巧。针对核反应方程书写强调“双守恒法”，培养物理观念中的能量与相互作用观念，设“易错点警示”帮助学生规避误区，教师可借真题实例开展专题突破，提升复习效率。

第16章 近代物理 第2节 原子核 1 考点一 原子核的衰变、半衰期 考点二 核反应方程 考点三 核能 2 考点一 原子核的衰变、半衰期 3 1.原子核的组成：原子核是由______和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的 ________。 2.天然放射现象 放射性元素______地发出射线的现象，首先由__________发现。天然放射现象的发现， 说明________具有复杂的结构。 质子 质子数 自发 贝克勒尔 原子核 4 3.三种射线的比较 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 射线 ____核 最____ 最____ 射线 ______ 较强 较强 射线 光子 0 0 最____ 最____ 氦 强 弱 电子 弱 强 5 4.原子核的衰变 （1）衰变：原子核自发地放出 粒子或 粒子，变成另一种________的变化称为原 子核的衰变。 （2） 衰变、 衰变 衰变类型 衰变 衰变 衰变方程 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射 出 中子转化为质子和电子 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 （3） 射线： 射线经常是伴随着 衰变或 衰变同时产生的。 原子核 6 5.半衰期 （1）公式：，。其中为时间， 为半衰期。 （2）影响因素：放射性元素衰变的快慢是由__________________决定的，跟原子所处 的外部条件（如温度、压强）和化学状态（如单质、化合物）______（选填“有关”或 “无关”）。半衰期是统计规律，只对大量原子核适用。 核内部自身的因素 无关 7 6.放射性同位素的应用与防护 （1）放射性同位素：有______放射性同位素和______放射性同位素两类，放射性同位 素的化学性质相同。 （2）应用：放射治疗、培优、保鲜、做__________等。 （3）防护：防止放射性对人体组织的伤害。 天然 人工 示踪原子 8 【视角1】　放射性与射线 例1 (2023·全国)一电子和一α粒子从铅盒上的小孔O竖直向上射出后，打到铅盒上方水平放置的屏幕P上的A和B两点，A点在小孔O的正上方，B点在A点的右侧，如图所示。已知α粒子的速度约为电子速度的，铅盒与屏幕之间存在匀强电场和匀强磁场，则电场和磁场方向可能为(　　) A.电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向里 B.电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向外 C.电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向里 D.电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向外 C 9 [解析] 带电粒子在电场和磁场中运动，打到A点的粒子电场力和洛伦兹力平衡，当电场向左磁场垂直直面向里时，因α粒子带正电，则受到向左的电场力和向左的洛伦兹力，则会打到A点左侧；同理电子带负电，受到向右的电场力和向右的洛伦兹力，则电子会打到A点右侧，A错误；因α粒子带正电，设带电量为2q，速度v，电子带负电，电量−q，电子速度v'>v，若电场方向向左，磁场方向向外，则如果α粒子打在A点则受到向左的电场力和向右的洛伦兹力平衡2qE = 2qvB， v = ，因电子带负电，电量−q，且电子速度大，受到向左的洛伦兹力qv'B大于向右的电场力qE，则电子从而向左偏转；同理如果电子打在A点，则qE = qv'B， 10 所以此时α粒子向左的电场力2qE大于向右的洛伦兹力2qvB，则向左偏转，不会打在B点，B错误；电场方向向右，磁场垂直纸面向里，如果α粒子打在A点，即向右的电场力和向左的洛伦兹力平衡2qE = 2qvB，v = ，电子速度大，受到向右的洛伦兹力qv'B大于向左的电场力qE则向右偏转，从而达到B点；同理如果电子打在A，qE = qv'B则α粒子向右的电场力2qE大于向左的洛伦兹力2qvB从而向右偏转，会打在B点；同理电场向右磁场垂直纸面向外时，α粒子受到向右的电场力和洛伦兹力，电子受到向左的电场力和洛伦兹力不能受力平衡打到A点，故C正确，D错误。 【视角2】　半衰期的理解 例2 (2025·湖南)关于原子核衰变，下列说法正确的是(　　) A.原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量 B.大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期 C.放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长 D.采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期 B [解析] 原子核衰变时释放能量，根据质能方程，总质量会减少，新核总质量小于原核质量，故A错误；半衰期定义为大量放射性原子核半数发生衰变所需的时间，题干中强调“大量”，符合定义，故B正确；半衰期由原子核内部结构决定，与温度无关，故C错误；半衰期不受化学方法影响，因化学变化不改变原子核性质，故D错误。 12 【视角3】　半衰期的计算 例3 (2025·河南)由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素Be和Be。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知Be和Be的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现Be和Be的总原子个数经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中Be和Be的原子个数比约为( ) B A.1∶4 B.1∶2 C.3∶4 D.1∶1 13 [解析] 设采集时大气中有x个Be原子和y个Be原子，由于Be的半衰期为139万年，故经过106天后Be原子的衰变个数可以忽略不计，Be的半衰期为53天，故经过106天后剩余数量为x·，故可得，解得，故选B。 14 【视角4】　衰变的实质 例4 (2025·云南)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CN+X，则( ) A A.X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的 B.X为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的 C.X为质子，是由核内中子转化而来的 D.X为中子，是由核内质子转化而来的 [解析] 根据质量数和电荷数守恒有C→N+e。可知X为电子，电子是在核内中子转化为质子的过程中产生的。 15 【视角5】　衰变过程中的动量问题 例5 (多选)有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，一个原来静止在A处的原子核发生衰变放射出两个粒子，两个新核的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是( ) BC A.原子核发生α衰变，根据已知条件可以算出两个新核的质量比 B.衰变形成的两个粒子带同种电荷 C.衰变过程中原子核遵循动量守恒定律 D.衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2 = r1∶r2 16 [解析] 衰变后两个新核速度方向相反，受力方向也相反，根据左手定则可判断出两个粒子带同种电荷，所以衰变是α衰变，衰变后的新核由洛伦兹力提供向心力，有Bqv = m，可得r = ，衰变过程遵循动量守恒定律，即mv相同，所以电荷量与半径成反比，有q1∶q2 = r2∶r1，但无法求出质量比，故A、D错误，B、C正确。 17 考点二 核反应方程 18 1.核反应的四种类型 类 型 可控性 核反应方程典例 衰变 衰 变 自发 衰 变 自发 19 类 型 可控性 核反应方程典例 人工转变 人工控制 （卢瑟福发现质子） （查德威克发现中子） （约里奥·居里夫妇发现 放射性同位素，同时发 现正电子） 重核裂变 比较容易 进行人工 控制 轻核聚变 很难控制 续表 20 2.核反应方程式的书写 （1）熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子<m></m>、中子 <m></m>、<m></m> 粒子<m></m>、<m></m> 粒子<m></m>、正电子<m></m>、氘核<m></m>、氚核<m></m>等。 （2）掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒。 （3）由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“<m></m> ”表示反应方向。 21 3.重核裂变 （1）定义：质量数较____的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较____的 原子核的过程。 （2）特点 ①裂变过程中________巨大能量。 ②裂变的同时能够释放出 （或更多）个______。 ③裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂 和四分裂概率比较小。 大 小 释放出 中子 22 （3）典型的裂变反应方程： ____。 （4）链式反应：由重核裂变产生的______使核裂变反应一代接一代继续下去的过程。 （5）临界体积和临界质量：裂变物质能够发生__________的最小体积及其相应的质量。 （6）裂变的应用：________、核反应堆。 （7）反应堆构造：核燃料、慢化剂、________、防护层。 中子 链式反应 原子弹 控制棒 23 4.轻核聚变 （1）定义：两个轻核结合成质量______的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下 进行，因此又叫______反应。 （2）特点 ①产能效率高；②燃料的储量丰富；③安全、清洁。 （3）典型的聚变反应方程 。 较大 热核 24 【视角1】　电荷数和质量数的计算 例1 (2023·全国)在下列两个核反应方程中X+N→YO、YLi→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则( ) D A.Z = 1，A = 1 B.Z = 1，A = 2 C.Z = 2，A = 3 D.Z = 2，A = 4 [解析] 设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足A+14 = n+17，Z+7 = m+8，第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足n+7 = 2A，m+3 = 2Z，联立解得Z = 2，A = 4。 25 【视角2】　重核裂变 例2 (2025·安徽)2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核(Th)俘获x个中子(n)，共发生y次β衰变，转化为易裂变的铀核(U)，则( ) B [解析] 根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数加1，电荷数不变，每发生一次β衰变，质量数不变，电荷数加1，钍核变成铀核，质量数加1，电荷数加2，则俘获1个中子，发生2次β衰变，即x = 1，y = 2。 A.x = 1，y = 1 B.x = 1，y = 2 C.x = 2，y = 1 D.x = 2，y = 2 26 【视角3】　轻核聚变 例3 (2024·全国甲卷)氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用H→He+n+p+43.15 MeV表示，式中x、y的值分别为( ) C [解析] 根据反应前后质量数和电荷数守恒可得 6×2 = 2×4+x+y，6 = 2×2+y，解得x = 2，y = 2。 A.x = 1，y = 2 B.x = 1，y = 3 C.x = 2，y = 2 D.x = 3，y = 1 27 考点三 核能 28 1.核力：原子核内部，______间所特有的相互作用力。 2.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______需要的能量， 叫作原子的结合能，也叫核能。 核子 分开 3.比结合能：原子核的结合能与________之比，叫作比结合 能，也叫平均结合能。__________越大，原子核中核子结合 得越牢固，原子核越稳定。 核子数 比结合能 29 4.质量亏损：核子在结合成原子核时出现质量亏损，其对应的能量 ______。原子 核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加，吸收的能量为 ______。 5.核能的计算方法 （1）根据计算，计算时的单位是“”，的单位是“”， 的单位是 “ ”。 （2）根据计算。因1原子质量单位相当于 的能量， 所以计算时的单位是“”，的单位是“ ”。 （3）根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能 核子比结合能×核子数。 30 【视角1】　结合能和比结合能 例1 (多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有 ( ) BC A.He核的结合能约为14 MeV BHe核比Li核更稳定 C.两个H核结合成He核时释放能量 DU核中核子的平均结合能比Kr核中的大 31 [解析] 由题图可知He的比结合能约为7 MeV，其结合能应为28 MeV，故A错误；比结合能较大的核较稳定，故B正确；比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，故C正确；比结合能就是平均结合能，故由图可知D错误。 32 【视角2】　核能的计算 例2 1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为LiHBe→2X。已知HLi、X的质量分别为m1 = 1.007 28 u、m2 = 7.016 01 u、m3 = 4.001 51 u，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中( ) B A.质量亏损Δm = 4.021 78 u B.释放的核能ΔE = c2 C.铍原子核内的中子数是5 D.X表示的是氚原子核 33 [解析] 根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知方程为LiHBe→He，则Z = 4，A = 8，铍原子核内的中子数是4，X表示的是氦核，故CD错误；核反应质量亏损为Δm = m1+m2−2m3 = 0.020 27 u，则释放的核能为ΔE = (m1+m2−2m3)c2，故A错误，B正确；故选B。 34 $