2024年高考物理复习第一轮：第 3讲　原子核

这是一份2024年高考物理复习第一轮：第 3讲　原子核，共20页。
第3讲　原子核

[主干知识·填一填]
一、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素
1．原子核的组成
原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数．
2．天然放射现象
元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．
3．放射性同位素的应用与防护
(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．
(2)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等．
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害．
4．原子核的衰变
(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．
(2)分类
α衰变：X→Y＋He　如：U→Th＋He.
β衰变：X→Y＋e　如：Th→Pa＋e.
(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关．
二、核力和核能
1．核力
原子核内部，核子间所特有的相互作用力．
2．核能
(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2．
(2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2．
三、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆、核反应方程
1．重核裂变
(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程．
(2)典型的裂变反应方程：
U＋n→Kr＋Ba＋3n.
(3)链式反应：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程．
(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量．
(5)裂变的应用：原子弹、核反应堆．
(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层．
2．轻核聚变
(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程．轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应．
(2)典型的聚变反应方程：
H＋H→He＋n＋17.6 MeV.
[规律结论·记一记]
1．半衰期是针对大量原子核而言的，少量原子核不能用半衰期公式求余量．
2．磁场中的衰变：外切圆是α衰变，内切圆是β衰变，半径与电荷量成反比．
3．核子数越多，结合能越大，比结合能不一定越大．
[必刷小题·测一测]
一、易混易错判断
1．发生β衰变时，新核的核电荷数不变．(×)
2．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．(√)
3．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化．(×)
4．如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后一定还剩50个原子核没有衰变．(×)
二、经典小题速练
1．(粤教版选择性必修第三册P112T3)用于治疗肿瘤的放射源必须满足以下两个条件：①放射线具有较强的穿透力，以辐射到体内的肿瘤处；②要在较长时间内具有相对稳定的辐射强度．根据以上条件，表中给出的四种放射性元素，适合用于治疗肿瘤的是(　　)
同位素
辐射线
半衰期
钋210
α
138天
锝99
γ
6小时
钴60
γ
5年
锶90
β
28年
A.钋210　　　　　　　　 B．锝99
C．钴60 D．锶90
解析：C　四种放射性元素中，具有较强穿透力，具在较长时间内具有相对稳定的辐射强度的只有钴60，故选项C正确．
2．(人教版选择性必修第三册P131A组T2改编)(多选)下列四种核反应类型正确的是(　　)
A.Na→Mg＋e(裂变)
B.U＋n→Xe＋Sr＋2n(人工转变)
C.F＋He→Ne＋H(人工转变)
D.H＋H→He＋n(聚变)
解析：CD　选项A中的核反应为衰变，选项B中的核反应为裂变，选项C中的核反应为人工转变，选项D中的核反应为轻核聚变，故选项CD正确．
3．(鲁科版选择性必修第三册P109T1)(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　)
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．平均结合能越大，原子核越不稳定
D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
解析：AB　根据结合能的定义可知选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，要释放能量，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确；平均结合能越大，原子核越稳定，自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故选项C、D均错误．

命题点一　原子核的衰变及半衰期(师生互动)
[核心整合]
1．衰变规律及实质
(1)α衰变、β衰变的比较
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
X→Y＋He
X→Y＋e
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一个整体射出
1个中子转化为1个质子和1个电子
2H＋2n→He
n→H＋e
匀强磁场
中轨迹形状


衰变
规律
电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子．
2．三种射线的成分和性质

名称
构成
符号
电荷量
质量
电离作用
穿透能力
α射线
氦核
He
＋2e
4 u
最强
最弱
β射线
电子
e
－e
u
较强
较强
γ射线
光子
γ
0
0
最弱
最强
3.衰变次数的计算方法
若X→Y＋nHe＋me
则A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m
解以上两式即可求出m和n.
4．对半衰期的理解
(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核，无半衰期可言．
(2)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原，m余＝m原.式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．
　(2021·山东滨州市高三二模)如图所示，P为匀强磁场中一点，某放射性元素的原子核静止在P点，该原子核发生衰变后，放出一个氦核(He)和一个新核，它们速度方向与磁场垂直，其轨迹均为圆弧，半径之比为45∶1，重力、阻力和氦核与新核间的库仑力均不计．下列说法正确的是(　　)
A．放射性元素原子核的电荷数是90
B．可能的衰变方程为U→Th＋He
C．氦核和新核动量比是1∶45
D．衰变前核的质量等于衰变后氦核和新核的总质量
解析：B　由于放出的氦核(He)和新核过程，系统的动量守恒，则有m氮v氮＝m新v新，所以氦核和新核动量比是1∶1，则C错误；由于放出的氦核(He)和新核在磁场中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力有Bqv＝m，解得R＝，则它们的轨道半径与它们所带的电荷数成反比，所以q氮：q新＝1∶45，则新核所带的电荷数为90，由于核反应过程电荷数，质量数守恒，则放射性元素原子核的电荷数是92，所以可能的衰变方程为U→Th＋He，所以A错误；B正确；因为衰变过程有能量释放，所以衰变前核的质量大于衰变后氦核和新核的总质量，则D错误．

(1)可根据核衰变时新核和释放的粒子轨迹判断衰变类型，外切圆轨迹为α衰变，内切圆轨迹为β衰变．
(2)因系统衰变时动量守恒，新核与释放的粒子的动量一定等大反向，故二者半径与电荷数成反比．
[题组突破]
1．(三种射线的性质及特点)卢瑟福设计的一个实验如图所示：他在铅块上钻了一个小孔，孔内放入一点镭，使射线只能从这个小孔里发出，随后他将射线引入磁场中，发现射线立即分成三股，他把三束射线分别命名为α射线、β射线、γ射线．基于对这三种射线的深入分析，卢瑟福获得了1907年的诺贝尔奖．以下对这三束射线描述准确的是(　　)
A．α射线的穿透能力最弱，容易被物体吸收
B．β射线在真空中的运动速度是光速
C．γ射线本质上是波长极短的电磁波，电离能力极强
D．β射线带负电，是来自镭原子的核外电子
解析：A　α射线穿透能力最弱，电离作用强，容易被物体吸收，故A正确；β射线的速度约是光速的99%，故B错误；γ射线是一种波长很短的电磁波，电离能力极弱，故C错误；β射线(高速电子束)带负电，是由一个中子转变成一个质子后释放的，故D错误．
2．(半衰期概念的理解)(2021·湖南卷)核废料具有很强的放射性，需要妥善处理．下列说法正确的是(　　)
A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽
B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒
C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期
D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害
解析：D　根据半衰期的定义可知，放射性元素经过两个完整的半衰期后，还剩余原来的未衰变，故A错误；原子核衰变时满足电荷数守恒、质量数守恒，故B错误；放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，故C错误；过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，故D正确．




3．(半衰期的计算)(2021·全国乙卷)医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线，而131In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的．对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余的113Sn质量为m，其­t图线如图所示．从图中可以得到113Sn的半衰期为(　　)
A．67.3 d　　　　　　　 B．101.0 d
C．115.1 d D．124.9 d
解析：C　纵坐标由变为，说明这m0的113Sn中正好有一半的113Sn发生了衰变，经过的时间为一个半衰期，因此半衰期T＝t2－t1＝115.1 d，C正确．
4．(原子核衰变次数的确定)下列说法正确的是(　　)
A．天然放射现象揭示了原子具有核式结构
B.U衰变成Pb要经过6次β衰变和8次α衰变
C．α、β和γ三种射线中，α射线的穿透能力最强
D．氢原子向低能级跃迁后，核外电子的动能减小
解析：B　天然放射现象揭示了原子核具有复杂结构，α粒子散射实验说明原子具有核式结构，选项A错误；根据α衰变规律和β衰变规律，铀238(U)衰变成铅206(Pb)要经过(238－206)÷4＝8次α衰变，经过8次α衰变后电荷数应减少16，而实际衰变中电荷数只减少了10，所以还经过了6次β衰变，选项B正确；α、β和γ三种射线中，α射线的穿透能力最弱，γ射线的穿透能力最强，选项C错误；根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁后，轨道半径减小，电子环绕原子核运动的速度增大，核外电子的动能增大，选项D错误．
命题点二　核反应类型与核反应方程(师生互动)
[核心整合]
1．核反应方程的理解
(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头“→”连接并表示反应方向，不能用等号连接．
(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．
(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化．
(4)核反应遵循电荷数守恒．
(5)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(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等．
2．核过程的四种类型

类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
U→Th＋He

β衰变
自发
Th→Pa＋e
人工转变
人工控制
N＋He→O＋H
(卢瑟福发现质子)
He＋Be→C＋n
(查德威克发现中子)

Al＋He
→P＋n
(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素及正电子)

P→Si＋e
重核裂变
比较容易进行人工控制
U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变
除氢弹外无法控制
H＋H→He＋n
3.有关核反应方程的主要题型
(1)判断核反应的生成物．
(2)判断核反应类型．
(3)判断核反应是否成立．
　(2020·全国卷Ⅲ)(多选)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：He＋Al→X＋n.X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋e，则(　　)
A．X的质量数与Y的质量数相等
B．X的电荷数比Y的电荷数少1
C．X的电荷数比Al的电荷数多2
D．X的质量数与Al的质量数相等
【思维导引】　(1)核反应前后遵从质量数守恒和核电荷数守恒．
(2)正电子是电子的反粒子，其质量数为零，带一个单位的正电荷．
解析：AC　发生核反应前后满足质量数守恒、电荷数守恒，则可判断X的质量数与Y的质量数相等；X的电荷数比Y的电荷数多1；X的电荷数比Al的电荷数多2；X的质量数比Al的质量数多3.

[题组突破]
1．(核反应方程)(2020·全国卷Ⅰ)(多选)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有(　　)
A.H＋H→n＋X1
B.H＋H→n＋X2
C.U＋n→Ba＋Kr＋3X3
D.n＋Li→H＋X4
解析：BD　A错：H＋H→n＋He.
B对：H＋H→n＋He.
C错：U＋n→Ba＋Kr＋3n.
D对：n＋Li→H＋He.
2．(核反应类型)(2021·浙江卷)(多选)对四个核反应方程：(1)U→Th＋He；(2)Th→Pa＋e；(3)N＋He→O＋H；(4)H＋H→He＋n＋17.6 MeV.下列说法正确的是(　　)
A．(1)(2)式核反应没有释放能量
B．(1)(2)(3)式均是原子核衰变方程
C．(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程
D．利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一
解析：CD　(1)式是α衰变，(2)式是β衰变，均有能量放出，故A错误；(3)式是人工核转变，故B错误；(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程，故C正确；利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一，故D正确．
命题点三　核能及其计算(师生互动)
[核心整合]
1．质能方程的理解
(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2.
方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2.
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.
2．核能释放的两种途径的理解
中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定．由比结合能较小的核反应生成比结合能较大的核会释放能量，核能释放一般有两种途径：
(1)使较重的核分裂成中等大小的核；
(2)使较小的核结合成中等大小的核．
3．计算核能的两种常用方法
(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中亏损的质量乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2，质量的单位为千克．
(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，得ΔE＝Δm×931.5 MeV/u，质量的单位是原子质量单位．
　现有两动能均为E0＝0.35 MeV的H在一条直线上相向运动，两个H发生对撞后能发生核反应，得到He和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为He和新粒子的动能．已知H的质量为2.014 1 u，He的质量为3.0160 u，新粒子的质量为1.0087 u，核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV(如果涉及计算，结果保留整数)．则下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程为H＋H→He＋H
B．核反应前后不满足能量守恒定律
C．新粒子的动能约为3 MeV
D.He的动能约为4 MeV
解析：C　由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知H＋H→He＋n，则新粒子为中子n，所以A错误；核反应过程中质量亏损，释放能量，仍然满足能量守恒定律，B错误；由题意可知ΔE＝(2.0141 u×2－3.0160 u－1.0087 u)×931 MeV/u≈3.3 MeV，根据核反应中系统的能量守恒有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，根据核反应中系统的动量守恒有pHe－pn＝0，由Ek＝，可知＝，解得EkHe＝(2E0＋ΔE)≈1 MeV，Ekn＝(2E0＋ΔE)≈3 MeV，所以C正确，D错误．
[题组突破]
1.(对聚变和裂变的理解)(2019·天津卷)(多选)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础．下列关于聚变的说法正确的是(　　)
A．核聚变比核裂变更为安全、清洁
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
解析：AD　核聚变没有放射性污染，安全、清洁，A正确；只有原子序数小的“轻”核才能发生聚变，B错误；轻核聚变成质量较大的原子核、比结合能增加，总质量减小，C错误，D正确．
2．(核能的计算)(2020·全国卷Ⅱ)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H→2He＋2H＋2n＋43.15 MeV表示．海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个．若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV＝1.6×10－13 J，则M约为(　　)
A．40 kg　　　　　　　 B．100 kg
C．400 kg D．1000 kg
解析：C　根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV的能量，1 kg海水中的氘核反应释放的能量为E＝×43.15 MeV≈7.19×1022 MeV≈1.15×1010 J，则相当于标准煤的质量为M＝ kg≈400 kg.
3．(比结合能的理解)(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(　　)

A.He核的结合能约为14 MeV
B.He核比Li核更稳定
C．两个H核结合成He核时释放能量
D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大
解析：BC　本题考查原子核的相关知识．由图像可知，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．

素养培优36　磁场中原子核衰变与动量守恒的综合问题
静止原子核在匀强磁场中自发衰变，如果产生的新核和放出的粒子的速度方向与磁场方向垂直，则它们的运动轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒m1v1＝m2v2和r＝知，半径小的为新核，半径大的为α粒子或β粒子，其特点对比如下表：

α衰变
X→Y＋He
匀强磁场中轨迹

两圆外切，α粒子半径大
β衰变
X→Y＋e
匀强磁场中轨迹

两圆内切，β粒子半径大
　(多选)原来静止在匀强磁场中的某种放射性元素的原子核，衰变后产生的新核Y和α粒子在磁场中运动径迹如图所示，假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为Y核和α粒子的动能，已知Y核的动能为E0，光速为c，下列说法正确的是(　　)
A．衰变方程为X→He＋Y，其中α粒子由X核中两个中子和两个质子结合而成
B．Y核和α粒子在磁场中运动方向都为逆时针方向
C．该反应中质量亏损为
D．Y核和α粒子运动的半径之比为(Z－2)∶2
解析：ABC　根据质量数守恒和电荷数守恒，衰变方程为X→He＋Y，其中α粒子由X核中两个中子和两个质子结合而成，故A正确；根据左手定则，Y核和α粒子在磁场中运动方向都为逆时针方向，故B正确；根据Ek＝mv2，p＝mv，可得p＝，衰变后产生的新核Y和α粒子动量守恒，有p1＝p2，解得α粒子的动能E′＝E0＝E0，衰变后产生的新核Y和α粒子总动能为E＝E′＋E0，根据质能方程有E0＝Δmc2，解得质量亏损为，C正确；粒子在磁场中做圆周运动的半径r＝，因为新核Y和α粒子动量大小相等，所以其运动半径和带电荷量成反比，有r1∶r2＝q2∶q1＝2∶(Z－2)，故D错误．

计算粒子与新核的动能时，可由Ek＝先算出两者的动能之比，再由放出的能量等于两者动能的和联立方程组求解．求两者动能比时，粒子与新核的质量用质量数即可，但求放出的能量时，所有粒子的质量必须用实际质量．



限时规范训练
[基础巩固]
1．(2021·广东卷)科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为Al→Mg＋Y，下列说法正确的是(　　)
A．Y是氦核
B．Y是质子
C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半
D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变
解析：C　根据电荷数守恒与质量数守恒可知Y为正电子e，A、B错误；经过一个半衰期，铝26衰变一半，经过两个半衰期，铝26还剩下四分之一，C正确，D错误．
2．关于原子、原子核的相关知识，下列说法正确的是(　　)
A．核反应Al＋He→P＋X方程中的X是中子
B．轻核聚变的过程质量增加，重核裂变的过程质量亏损
C．当发生光电效应时，光电子的最大初动能随着入射光强度的增大而增大
D．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转
解析：A　根据质量数和电荷数守恒，X是中子，A正确；轻核聚变和重核裂变的过程质量都亏损，B错误；当发生光电效应时，光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，C错误；天然放射现象中产生的γ射线不带电，故其不能在电场或磁场中发生偏转，D错误．
3．(2021·河西区天津实验中学高三一模)2020年11月27日0时4分，华龙一号核电5号机组首次并网成功，标志着我国正式进入核电技术先进国家行列．华龙一号发电机利用的是铀核裂变释放的核能，则下列叙述正确的是(　　)

A．太阳辐射能量的主要来源也是重核裂变
B．典型的裂变方程为U→Ba＋Kr＋2n
C．裂变过程中释放核能是因为产物中新核的比结合能大
D．锶90是铀235的裂变产物，其半衰期为28年，那么经过56年锶90便衰变没了
解析：C　太阳内部发生聚变，A错误；典型的裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，B错误；裂变释放核能是因为新核的比结合能大于原来重核的比结合能，C正确；经过56年锶90剩下原来的四分之一，D错误．
4．(2021·河北卷)银河系中存在大量的铝同位素26Al.26Al核β＋衰变的衰变方程为Al→Mg＋e，测得26Al核的半衰期为72万年．下列说法正确的是(　　)
A．26Al核的质量等于26Mg核的质量
B．26Al核的中子数大于26Mg核的中子数
C．将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变
D．银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg
解析：C　26Al核发生β＋衰变的过程中释放正电子的同时还有核能释放，发生质量亏损，所以26Al核的质量大于26Mg核的质量，故A错误；26Al核的中子数n1＝26－13＝13，而26Mg核的中子数n2＝26－12＝14，所以26Al核的中子数小于26Mg核的中子数，故B错误；半衰期是原子核固有的属性，与物理环境和化学状态无关，故C正确；铝同位素26Al的半衰期为72万年，所以经过144万年也就是两个半衰期后还剩下没有衰变，故D错误．
5．(多选)2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核废水，消息一出举世哗然．福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钉106等放射性核素．由于含氚的水和普通的水具有相同的化学性质，物理性质也相近，因而现有的废水处理技术很难去除，铀235的半衰期大约为12.5年．针对这一事件，下列同学的观点正确的是(　　)
A．为了保护海洋环境，日本政府应在12.5年后再排放经过处理的核废水
B．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大
C．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最大
D．核反应方程：U＋n→Ba＋Kr＋3X中的X是中子
解析：BD　为了保护海洋环境，日本政府在12.5年后还是不能排放经过处理的核废水，因为经过一个半衰期只是有半数发生衰变，还有大多数的没有衰变，所以废水还是具有放射性的，所以不能排放，则A错误；比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大，所以B正确；比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最小，因为比结合能越大原子越稳定，所以C错误；根据核反应过程中，遵循电荷数，质量数守恒定律，所以核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3X，方程中的X是中子n，则D正确．
6．原子核裂变一般生成两个中等质量的原子核，我国科学家钱三强和何泽慧夫妇研究铀核裂变时，发现了铀核也可能分裂成三部分或四部分．关于原子核的裂变下面表述正确的是(　　)
A．裂变过程质量亏损，但不一定释放能量
B.U裂变成两个中等质量的原子核Xe和Sr，U与U是同位素
C.U容易俘获快中子而发生裂变释放核能
D.U的纯度越高，其裂变的链式反应越难进行
解析：B　裂变过程质量亏损，根据质能方程，一定释放能量，A错误；U裂变成两个中等质量的原子核Xe和Sr，U与U质子数相同而中子数不同，是同位素，B正确；U容易俘获慢中子而发生裂变释放核能，C错误；U的纯度越高，其裂变的链式反应越容易进行，D错误．
7．(多选)下列关于课本中四幅插图的相关描述，符合实际情况的是(　　)


A．图甲为卢瑟福通过α粒子散射实验得出原子的核式结构模型
B．图乙为工业上利用放射性同位素射线的穿透能力来控制金属板或塑料板的厚度
C．图丙中镉棒的作用是使快中子变成慢中子，从而影响链式反应速度
D．由图丁可知，质量数大于60的原子核，质量数越大结合能越小
解析：AB　图甲为卢瑟福通过α粒子散射实验得出原子的核式结构模型，所以A正确；图乙为工业上利用放射性同位素射线的穿透能力来控制金属板或塑料板的厚度，所以B正确；图丙中镉棒的作用是吸收中子使中子数减小，从而影响链式反应速度，所以C错误；由图丁可知，质量数大于60的原子核，质量数越大比结合能越小，所以D错误．
8．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为H＋H→He＋X，式中X是某种粒子．已知：H、H、He和粒子X的质量分别为2.0141 u、3.0161 u、4.0026 u和1.0087 u；1 u＝931.5 MeV/c2，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知(　　)
A．粒子X是H
B．该反应中的质量亏损为0.0289 u
C．该反应释放出的能量约为17.6 MeV
D．该反应中释放的全部能量转化为粒子X的动能
解析：C　根据核反应前、后质量数守恒和电荷数守恒，可判断X为中子，选项A错误；该反应中的质量亏损为Δm＝2.0141 u＋3.0161 u－4.0026 u－1.0087 u＝0.0189 u，故B错误；由爱因斯坦质能方程可知释放出的能量为ΔE＝0.0189×931.5 MeV≈17.6 MeV，选项C正确；该反应中释放的能量一部分转化为粒子X的动能，一部分转化为He的动能，故D错误．
[能力提升]
9．(2021·山东卷)在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的Pb，其衰变方程为Pb→Bi＋X.以下说法正确的是(　　)
A．衰变方程中的X是电子
B．升高温度可以加快Pb的衰变
C.Pb与Bi的质量差等于衰变的质量亏损
D．方程中的X来自于Pb内质子向中子的转化
解析：A　根据核反应方程的质量数守恒和核电荷数守恒，可知X的质量数为210－210＝0，核电荷数为82－83＝－1，故X为电子，A正确；原子核的衰变与外界因素无关，B错误；衰变的质量亏损应等于核反应前后所有核的质量之差，C错误；方程中的X来自于Pb内中子向质子转化，故D错误．
10．(2021·全国甲卷)如图所示，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为(　　)

A．6　　　　　　　　 B．8
C．10 D．14
解析：A　本题考查原子核的衰变规律．根据题图可得X原子核质子数为，中子数为146，则质量数为238；Y原子核质子数为82，中子数为124，则质量数为206，根据原子核经过一次α衰变电荷数减小2，质量数减小4，一次β衰变后电荷数增加1，质量数不变，写出衰变方程为→Y＋8He＋6e，故此过程中放射出6个电子，故A正确．
11．一个不稳定的原子核质量为M，处于静止状态，放出一个质量为m的粒子后反冲．已知放出的粒子的动能为E0，则原子核反冲的动能为(　　)
A．E0　　　　　　　　 B．E0
C.E0 D．E0
解析：C　放出质量为m的粒子后，剩余质量为M－m，该过程动量守恒，有mv0＝(M－m)v，放出的粒子的动能为E0＝mv，原子核反冲的动能Ek＝(M－m)v2，联立得Ek＝E0，故A、B、D错误，C正确．
12．2019年1月3日，“玉兔二号”月球车与“嫦娥四号”着陆器分离，实现月球背面着陆．“玉兔二号”搭载了一块核电池，利用Pu衰变为U释放能量，可在月夜期间提供一定的电能．已知Pu的质量为mPu，U的质量为mU，真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　)
A.Pu发生β衰变后产生的新核为U
B.Pu衰变为U，中子数减少2
C．温度升高时，Pu的衰变会加快
D.Pu衰变为U释放的能量为(mPu－mU)c2
解析：B　Pu衰变为U，根据质量数守恒与电荷数守恒可知衰变方程为Pu→U＋He，则发生的是α衰变，其质量数减少4，核电荷数减少2，则中子数减少2，故A错误；B正确；半衰期与外界因素无关，即温度升高时，Pu的衰变快慢不变，故C错误；核反应过程中的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα，核反应过程中释放的能量E＝(mPu－mU－mα)c2，故D错误．
13．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核内有中子存在
B．核泄漏事故污染物137Cs能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为Cs→Ba＋X，可以判断X为电子
C．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
D．质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
解析：BCD　卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核式结构模型，没有提出原子核内有中子存在，故A错误；根据137Cs的核反应方程式Cs→Ba＋X，可知X的质量数为137－137＝0，电荷数为55－56＝－1，故X为电子，故B正确；氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光子的频率大于从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子的频率，故若从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故C正确；质子和中子结合成一个α粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损Δm＝2m1＋2m2－m3，由质能方程可知，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(2m1＋2m2－m3)c2.故D正确．
14．(2021·广西高三二模)考古学家常用到14C断代法，生物体死亡时，停止14C的摄入，体内的14C发生放射性衰变变成14N，而生物体内14C的含量与原始含量的比值P＝，其中t的单位为年．现通过测量得知，某古生物样品中14C的含量与原始含量的比值P＝，则下列判断正确的是(　　)
A．14C发生α衰变变成14N
B．该古生物的年代距今9975年
C．伴随着14C衰变过程将向外释放能量
D．具体推测结果还需要考虑该古生物样品的发掘位置的气候、湿度、岩层等的影响
解析：C　14C发生放射性衰变变成14N的核反应方程为C→N＋e，则该核反应为β衰变，故A错误；因古生物样品中14C的比例正好是现代该生物所制样品的八分之一，则可知经过的时间为三个半衰期，即该古生物的年代距今约为17 190年，故B错误；14C发生β衰变的同时还会往外释放γ射线，故会释放能量，故C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，故D错误．
15．宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流，由各种原子核以及非常少量的电子、光子和中微子等组成，它可能携带着宇宙起源、天体演化的信息，一直吸引着科学家的关注．宇宙线粒子的能量范围非常大，有的可以高达5×1019 eV.宇宙线逃逸出宇宙线源在星际空间中传播时，会与磁场、星际介质等发生相互作用，导致一系列复杂的物理效应产生．利用空间探测器可以得到宇宙线在银河系中传播的一些数据，比如：铍10铍9比，其中的铍9是宇宙线中原有的铍10在传播过程中衰变产生的．据此材料，以下叙述正确的是(　　)
A．宇宙线粒子的能量可以高达8×1038 J
B．宇宙线中的电子不会受到星际磁场的影响
C．根据可以得到宇宙线在银河系中平均传播时间的相关信息
D．根据宇宙线到达探测器时的方向可以得到宇宙线源方位的相关信息
解析：C　 由题可知，宇宙线粒子的能量范围非常大，有的可以高达5×1019 eV＝8 J，而不是8×1038 J，故A错误；由题意可知，宇宙线中的电子会与磁场、星际介质等发生相互作用，所以会受到星际磁场的影响，故B错误；由于铍9是宇宙线中原有的铍10在传播过程中衰变产生的，所以结合半衰期的特点可知，根据可以得到宇宙线在银河系中平均传播时间的相关信息，故C正确；由于宇宙线中的电子会与磁场、星际介质等发生相互作用，传播的方向会发生一些变化，所以根据宇宙线到达探测器时的方向不能得到宇宙线源方位的相关信息，故D错误．