2025年高考物理一轮复习讲义学案 第十六章　近代物理 第二讲　原子核

这是一份2025年高考物理一轮复习讲义学案 第十六章　近代物理 第二讲　原子核，共19页。


1.原子核的组成
原子核是由[1] 质子 和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的[2] 质子数 .原子核的符号为ZAX，其中Z为原子核的电荷数，反映了原子核的带电荷量即q＝Ze；A为原子核的质量数，即质子数与中子数之和，反映了原子核的质量大小，m＝Au（u为原子质量单位），中子数N＝A－Z.
2.天然放射现象
放射性元素[3] 自发 地发出射线的现象，首先由[4] 贝克勒尔 发现.天然放射现象的发现，说明[5] 原子核 具有复杂的结构.
3.三种射线的比较
4.原子核的衰变
α衰变：ZAX→Z－2A－4Y＋24He 本质：211H＋201n→24He
β衰变：ZAX→Z+1 AY＋－1 0e 本质：01n→11H＋－1 0e
原子核衰变规律：质量数和电荷数都守恒.
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时放出[8] γ射线 .
5.半衰期
6.放射性同位素的应用与防护
（1）放射性同位素：有[9] 天然 放射性同位素和[10] 人工 放射性同位素两类，同种元素的放射性同位素的化学性质相同.
（2）应用：消除静电、工业探伤、作为示踪原子等.
（3）防护：防止放射性对人体组织的伤害.
居家装修中经常用到的花岗岩都不同程度地含有放射性元素（含铀、钍等），会释放出α、β、γ射线，这些射线如果过量会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病.根据有关放射性知识判断下列说法的正误.
（1）α射线是发生α衰变时产生的，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4.（ ✕ ）
（2）β射线是发生β衰变时产生的，新核与原来的原子核相比，质量数减少了1.（ ✕ ）
（3）γ射线是发生γ衰变时产生的，新核与原来的原子核相比，中子数减少了1.（ ✕ ）
（4）在α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强、电离能力最弱.（ √ ）
（5）β衰变中的电子来源于原子核外电子.（ ✕ ）
（6）发生β衰变时，新核的电荷数不变.（ ✕ ）
（7）如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后还剩50个.（ ✕ ）

命题点1 原子核的衰变
1.[2021全国甲]如图，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 ）
A.6B.8
C.10D.14
解析 根据图像可得其原子核分别为92238X、82206Y，则经历α衰变8次，β衰变6次，放出6个电子，A正确.
方法点拨
确定衰变次数的方法
命题点2 半衰期的理解与应用
2.[2022全国甲]两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t＝0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t＝2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为N3，则在t＝4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为（ C ）
A.N12B.N9
C.N8D.N6
解析
命题拓展
命题情境不变，设问拓展
[2024武汉部分校调研]2023年8月24日，日本政府启动了福岛核污染水排海计划.核污染水中含有60余种放射性物质，这将对全球海洋环境和人类健康造成难以估量的影响.关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是（ C ）
A.放射性元素的原子核经过两个半衰期后，将完全衰变殆尽
B.放射性元素的原子核经过一个半衰期后，数目一定减为原来的一半
C.同种放射性元素在不同化学状态下其半衰期不变
D.将核污染水升温加压后，可以缩短放射性元素的半衰期
解析 半衰期指的是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，其描述的是一种统计规律，对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，由于B选项中没有明确放射性元素的原子核是否是大量的，所以其经过一个半衰期后，数目不一定减为原来的一半，B错误；大量的放射性元素的原子核发生衰变时，其经过两个半衰期后数目应减为原来的14【点拨：大量的原子核经过n个半衰期后数目应减为原来的12n】，不会完全衰变殆尽，A错误；由于半衰期只与原子核的内部因素有关，与其所处的物理环境和化学状态无关，故同种放射性元素在不同化学状态下其半衰期不变，将核污染水升温加压后，放射性元素的半衰期也不变，C正确，D错误.
考点2 核反应方程与核能的计算

1.核反应的四种类型
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（ 11H）、中子（ 01n）、α粒子（ 24He）、β粒子（－10e）、正电子（ 10e）、氘核（ 12H）、氚核（ 13H）等.
（2）掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，[11] 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“→”表示反应方向.
3.核力和核能
（1）核力：核力是[12] 短程力 ，作用范围只有约10－15m；每个核子只跟它邻近的核子间有核力作用.
（2）结合能：核子结合为原子核时[13] 释放 的能量或原子核分解为核子时[14] 吸收 的能量，原子核的结合能与原子核大小有关，原子核越大，结合能[15] 越大 .
（3）比结合能：原子核的结合能与[16] 核子数 之比.不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越[17] 牢固 ，原子核越[18] 稳定 .自然界中最稳定的原子核是[19] 铁原子核 .
（4）核反应中如果放出能量，生成物的原子核的总的结合能会[20] 大于 反应物的原子核的总的结合能，结合能的增量等于放出的能量.
（5）爱因斯坦质能方程：E＝mc2，ΔE＝Δmc2.核反应中如果放出能量，则反应前后质量有亏损，放出的能量与质量亏损成正比.
在火星上太阳能电池板发电作用有限，因此科学家用放射性材料PuO2作为发电能源为火星车供电.PuO2中的Pu元素是 94238Pu.
（1）写出 94238Pu发生α衰变的核反应方程；
（2） 94238Pu的半衰期是87.7年，大约要经过多少年才会有87.5％的原子核发生衰变？
答案 （1） 94238Pu→92234U＋ 24He （2）263.1年
解析 （1）由于 94238Pu发生的是α衰变，故其衰变方程为
94238Pu→ 92234U＋24He.
（2）由题意可知经过时间t后，尚未衰变的原子核是原来的12.5％，根据半衰期的定义，有m＝m0（12）n＝0.125m0，解得n＝3，即要经过三个半衰期，故其时间为t＝3×87.7年＝263.1年.
太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为411H→24He＋210e＋2γ.已知 11H和 24He的质量分别为mp＝1.0078u和mα＝4.0026u，1u＝931.5MeV/c2，c为光速.在4个 11H转变成1个 24He的过程中，释放的能量约为多少？（结果保留一位小数）
答案 26.6MeV
解析 因电子质量远小于质子质量，计算中可忽略不计，核反应质量亏损Δm＝4mp－mα＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝Δmc2＝0.028 6×931.5 MeV＝26.6 MeV.
4.核能的计算方法

命题点1 核反应方程的类型判断
3.[2023重庆]原子核 92235U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核 82207Pb，在该过程中，可能发生的β衰变是（ A ）
A.87223Fr→88223Ra＋ －10eB.83213Bi→84213P＋ －10e
C.88225Ra→89225Ac＋ －10eD.84218P→85218At＋－10e
解析 一次α衰变→新核质量数少4，电荷数少2β衰变→新核质量数不变，电荷数多1
则新核质量数相比 92235U减少是因为发生α衰变，故新核质量数相比92235U的减少数应为4的整数倍
命题点2 质量亏损及核能计算
4.[2021海南]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 37Li＋ 11H→ZABe→2X.已知 11H、37Li、X的质量分别为m1＝1.00728u、m2＝7.01601u、m3＝4.00151u，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＝4.02178u
B.释放的核能ΔE＝（m1＋m2－2m3）c2
C.铍原子核内的中子数是5
D.X表示的是氚原子核
解析 核反应过程的质量亏损Δm＝m1＋m2－2m3＝0.020 27 u，A错误；核反应过程释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－2m3)c2，B正确；由质量数守恒和电荷数守恒可知铍原子核的质量数为8，核电荷数为4，中子数为4，故铍原子核蜕变为质量数为4，核电荷数为2的两个粒子，故X为α粒子，C、D项错误.
5.[2023浙江6月]“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜.核电池将 94238Pu衰变释放的核能一部分转换成电能.94238Pu的衰变方程为 94238PuU＋ 24He，则（ C ）
A.衰变方程中的X等于233
B.24He的穿透能力比γ射线强
C.94238Pu比 92XU的比结合能小
D.月夜的寒冷导致 94238Pu的半衰期变大
解析 由于核反应遵循质量数守恒、电荷数守恒，则X应为234，A错；α射线的穿透能力比γ射线的穿透能力弱，B错；比结合能越大，原子核越稳定，则 92234U的比结合能比 94238Pu的比结合能大，C对；放射性元素的半衰期与物理状态以及化学状态均无关，所以月夜寒冷的天气中 94238Pu的半衰期不会发生变化，D错.
考点3 核反应与动量守恒的综合问题

已知某种核电池的电能由 94238Pu衰变释放的能量提供，该衰变方程形式上可表示为 94238Pu→ ZAX＋24He.某次由静止 94238Pu衰变释放的能量为E，射出的α粒子的动能是Eα，假定94238Pu衰变释放的能量全部转化为新核和α粒子的动能.则A＝ 234 ，Z＝ 92 ，E＝ 119117Eα .

6.某静止的原子核发生核反应且放出能量Q，其核反应方程为ABX→CDY＋ EFZ，假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能，测得其中Z的速度大小为v.下列说法正确的是（ A ）
A.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能
B.Y原子核的动能是Z原子核的动能的DF倍
C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大Qc2（c为光速）
D.Y原子核的速度大小为FCv
解析 因该核反应放出能量，则Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能，A正确；根据动量守恒定律有Dm0vY＝Fm0v，则Y原子核的速度大小为vY＝FDv，Y原子核的动能与Z原子核的动能之比EkYEkZ＝12Dm0vY212Fm0v2＝FD，B、D错误；核反应放出能量，有质量亏损，则Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小Δm＝Qc2(c为光速)，C错误.
7.在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变.放射出的α粒子（ 24He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以
m、q分别表示α粒子的质量和电荷量.
（1）放射性原子核用 ZAX表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程.
（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小.
（3）设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，真空中的光速为c，求衰变过程的质量亏损Δm.
答案 （1） ZAXY＋24He （2）2πmqB q2B2πm （3）（M＋m)(qBR）22mMc2
解析 （1） ZAXY＋24He.
（2）设α粒子的速度大小为v，由qvB＝mv2R，T＝2πRv，得α粒子在磁场中运动周期T＝2πmqB
环形电流大小I＝qT＝q2B2πm.
（3）由qvB＝mv2R，得v＝qBRm
设衰变后新核Y的速度大小为v'，系统动量守恒，有
Mv'－mv＝0，解得v'＝mvM＝qBRM
由Δmc2＝12Mv'2＋12mv2
得Δm＝（M＋m)(qBR）22mMc2.

热点12 核技术在社会生活中的应用
了解核技术应用对人类生活和社会发展的影响.如秦山核电站、医学治疗、利用半衰期测定年份较近的湖泊沉积物的形成年份等.这些素材是未来高考命题的热点素材之一.
1.[2023湖南]2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置（EAST）创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是（ A ）
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 12H＋13H→ 24He＋ －10e
C.核聚变的核反应燃料主要是铀235
D.核聚变反应过程中没有质量亏损
解析 相同质量的核燃料，轻核聚变要比重核裂变质量亏损更多，根据爱因斯坦质能方程可知，轻核聚变释放的核能更多，A对，D错；根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的产物之一为中子，而不是电子，B错；铀235为核裂变的主要燃料，C错.
2.[2023浙江1月]宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应： 714N＋ 01n→ 614C＋11H，产生的 614C能自发进行β衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代.下列说法正确的是（ D ）
A. 614C发生β衰变的产物是 715N
B.β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应，引起 614C的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的 614C含量为活体植物的14，则该古木距今约为11460年
解析 由题意可知 614C能自发进行β衰变，则其核反应方程为 614C→－10e＋714N，所以产物为 714N，A错误；β衰变辐射出的电子是核内的中子转变成质子的同时向外释放的，B错误； 614C的半衰期不受外界因素的影响，与环境的压强、温度等无关，因此温室效应不会引起 614C的半衰期发生变化，C错误；若测得一古木样品的 614C含量为活体植物的14，由m＝m0·（12）n可知n＝2，则经过了两个半衰期，即11460年，D正确.
3.[硼中子俘获治疗/2021北京]硼（B）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，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α粒子和锂（Li）离子.这个核反应的方程是（ A ）
A. 510B＋ 01n→37Li＋ 24HeB.511B＋ 24He→714N＋ 01n
C.714N＋ 24He→817O＋11HD.714N＋ 01n→614C＋ 11H
解析 由 01n表示中子、 24He表示α粒子，以及核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知，A正确.
4.[秦山核电站/2022浙江1月/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（ CD ）
A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg
C.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D.反应堆中存在 92235U＋ 01n→56144Ba＋ 3689Kr＋301n的核反应
解析 秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量，故A错误；如果不考虑核能与电能的转化效率，则根据爱因斯坦质能方程E＝mc2可以推算出，原子核亏损的质量约为m＝Ec2＝6.9×1011×3.6×1069×1016kg＝27.6kg，但核能转化为电能的效率不可能达到100％，所以质量亏损应该超过27.6kg，故B错误；镉吸收中子的能力强，因此在核电站反应堆中需要用镉棒调节中子的数目，从而控制链式反应的速度，故C正确；反应堆利用铀235的裂变，生成多个核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在 92235U＋01n→ 56144Ba＋ 3689Kr＋301n的核反应，故D正确.
5.[2024鄂东南省级示范高中联考]现代核电站主要是通过可控链式裂变反应来实现核能的和平利用的， 92235U是核裂变的主要燃料之一.铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是 92235U＋X→56144Ba＋ 3689Kr+301n.关于该核反应，下列说法正确的是（ D ）
A.X是质子，质子是卢瑟福通过实验最先发现的
B.92235U与 56144Ba、 3689Kr相比， 92235U核子数最多，结合能最大，最稳定
C.92235U有放射性，经过一个半衰期，1000个 92235U只剩下500个未衰变
D.该核反应中，X的速度不能太快，否则铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变
解析 X为 01n，是中子，中子是查德威克发现的，A错误；与 56144Ba、 3689Kr相比， 92235U的核子数最多，结合能最大，而比结合能越大，原子核越稳定，在原子核的衰变反应中生成物比反应物稳定，所以92235U最不稳定，B错误；半衰期描述的是统计规律，不适用于少量原子核，C错误.
1.[核反应方程/2023北京]下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（ A ）
A. 92235U＋ 01n→56144Ba＋ 3689Kr＋（ ）
B.92238U→90234Th＋（ ）
C.714N＋ 24He→817O＋（ ）
D.614C→714N＋（ ）
解析 A为重核裂变的典型核反应方程， 92235U＋ 01n→ 56144Ba＋ 3689Kr＋（301n），A对；B为典型的α衰变， 92238U→ 90234Th＋（ 24He），B错；C为卢瑟福用α粒子轰击N核发现质子的方程， 714N＋ 24He→ 817O＋（ 11H），C错；D为β衰变， 614C→714N＋（ －10e），D错.
2.[核聚变＋核反应方程/2023天津]关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（ A ）
A.核聚变需要在高温下进行
B.核聚变中电荷不守恒
C.太阳质量不变
D.太阳上进行的核反应为 92235U＋01n→56144Ba＋ 3689Kr+301n
解析 因为高温时原子核的热运动剧烈，使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生核聚变，故核聚变也叫热核反应，需要在高温下进行，A正确；由于核反应过程遵循质量数守恒以及电荷数守恒，因此核聚变中电荷数是守恒的，即电荷也是守恒的，B错误；轻核聚变释放出巨大的能量，由爱因斯坦质能方程可知核聚变存在质量亏损，所以太阳进行核聚变时，其质量减小，C错误；太阳上进行的是核聚变，而 92235U＋01n→56144Ba＋ 3689Kr+301n是重核的裂变反应，故D错误.
3.[半衰期/2021广东]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 1326Al→1226Mg＋Y.下列说法正确的是（ C ）
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 由质量数守恒与电荷数守恒可知，核反应方程 1326Al→ 1226Mg＋Y中的Y是 10e，即正电子，A、B均错误；由铝26的半衰期为72万年可知，再经过72万年，现有的铝26原子核有一半发生衰变，然后再经过72万年（即经过144万年），现有的铝26原子核还有四分之一未发生衰变，而不是全部发生衰变，C正确，D错误.
4.[核反应方程/2022湖北]上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核 47Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即 47Be＋－10e→X＋ 00νe.根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在.下列说法正确的是（ A ）
A.原子核X是 37Li
B.核反应前后的总质子数不变
C.核反应前后总质量数不同
D.中微子νe的电荷量与电子的相同
解析 根据电荷数守恒和质量数守恒可知，原子核X是 37Li，A正确；反应前总质子数为4，反应后总质子数为3，核反应前后的总质子数变化，B错误；核反应前后总质量数均为7，所以C错误；中微子νe的电荷量为零，与电子的不同，D错误.
5.[原子核衰变与动量守恒定律/浙江高考/多选]静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y.已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，α粒子在磁场中运动的半径为R.则（ AC ）
A.衰变方程可表示为 ZAX→ Z－2A－4Y＋ 24He
B.核Y的结合能为（mX－mY－mα）c2
C.核Y在磁场中运动的半径为2RZ－2
D.核Y的动能为EkY＝mY（mX－mY－mα）c2mY＋mα
解析 衰变过程中质量数和电荷数均守恒， 故该衰变方程为 ZAX→ Z-2A-4Y＋24He，故A正确；结合能是把核子分开而需要的能量，而(mX－mY－mα)c2是衰变过程中释放的能量，故B错误；衰变过程中满足动量守恒定律，即有0＝mYvY－mαvα，又粒子在磁场中做圆周运动的半径r＝mvqB，故核Y与α粒子在磁场中做圆周运动的半径之比rYrα＝qαqY＝2Z-2，故rY＝2RZ-2，C正确；衰变过程中根据能量守恒定律，若释放的核能全部转化为动能，则EkY＋Ekα＝(mX－mY－mα)c2，而EkYEkα＝vYvα＝mαmY，联合上述二式可得，EkY＝mα(mX-mY-mα)c2mY＋mα，若释放的核能不完全转化为动能，则无法计算，故D错误.

1.[2024福建宁德一中模拟]核能是一种重要的能量来源，我国目前正式投入运营的核电站利用的核反应是（ A ）
A.重核裂变，核燃料为铀
B.重核聚变，核燃烧为铀
C.轻核裂变，核燃烧为氘
D.轻核聚变，核燃料为氘
解析 我国目前运营的核电站是利用重核裂变获得能量的，核燃料为铀，故A正确，B、C、D错误.
2.[2023广东]理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应 612C＋Y→ 816O的影响，下列说法正确的是（ D ）
A.Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强
B.Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强
C.Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强
D.Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强
解析
→Y为 24He，即α粒子，A、B错
α射线与γ射线的比较如表所示
→D对，C错
3.下列核反应方程，表述正确的是（ D ）
A. 12H＋ 13H→24He＋ 01n是α衰变
B. 90234Th→ 91234Pa＋ －1 0e是核裂变
C. 714N＋ 24He→ 817O＋ 11H是核聚变
D. 92235U＋ 01n→ 56144Ba＋ 3689Kr+301n是核裂变
解析 21H＋ 31H→ 42He＋ 10n为轻核的聚变，故A错误； 90234Th→ 91234Pa＋ 0－1e为β衰变，故B错误； 714N＋42He→ 817O＋11H为原子核的人工转变，故C错误； 92235U＋10n→ 56144Ba＋3689Kr+310n为重核的裂变，故D正确.
4.在下列两个核反应方程中
X＋ 714N→Y＋ 817O
Y＋ 37Li2X
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＝1B.Z＝1，A＝2
C.Z＝2，A＝3D.Z＝2，A＝4
解析
ZAX＋714NY＋817OA+14=A1+17Z+7=Z1+8
Z1A1Y＋37Li→2ZAXA1+7=2AZ1+3=2Z→A=4Z=2→D对
光速解法 通过第二个核反应方程可知，2A＞7，所以A＞3.5，排除A、B、C项，快速选出D项.
5.[2024湖北“宜荆荆恩”起点考试]宇宙射线撞击空气中的氮原子能产生碳14原子.碳14具有放射性，衰变方式为β衰变，半衰期为5730年.关于一个碳14原子的衰变，以下说法正确的是（ D ）
A.碳14衰变时放出的β射线是电磁波
B.只有在温度很高时这个碳14原子才会衰变
C.碳14以化合物形式存在时，半衰期会发生改变
D.经过5730年，这个碳14原子不一定会衰变
解析 根据题意可知，该衰变方程为 614C→714N＋－10e，β射线为电子，A错误；β衰变对温度没有要求，B错误；半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，仅由核内部自身因素决定，C错误；半衰期是统计学规律，适用于大量原子核的衰变，对少数原子核不成立，D正确.
6.[联系航天背景/2024福建泉州质检]“玉兔二号”是我国研制的月面巡视探测器，在月球上已经工作了4年多.若其上装核电池，将大大延长工作时间.核电池将 94238Pu衰变释放的核能的一部分转化成电能， 94238Pu的衰变方程为 94238Pu→ 92234U＋X，已知94238Pu的质量为m1， 92234U的质量为m2，X的质量为m3，光速为c，则（ D ）
A.衰变方程中的X为 23He
B.衰变方程中的X为中子
C.该衰变过程释放的核能为（m1＋m2＋m3）c2
D.该衰变过程释放的核能为（m1－m2－m3）c2
解析
X为 24He，A、B错
ΔE＝Δmc2⇒ΔE＝（m1－m2－m3）c2，C错，D对
7.[2023全国乙]2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献.由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J.假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为3×108m/s）（ C ）
A.1019kgB.1024kg
C.1029kgD.1034kg
解析 根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，结合题意知，每秒钟平均减少的质量为Δm＝1048(3×108)2×60 kg＝10485.4×1018 kg≈1.85×1029 kg，则每秒钟平均减少的质量量级为1029 kg，C正确.
8.[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. 24He核的结合能约为14MeV
B. 24He核比 36Li核更稳定
C.两个 12H核结合成 24He核时释放能量
D.23592U核的平均结合能比 3689Kr核的大
解析 由题图可知， 24He核的比结合能为7MeV，因此它的结合能为7MeV×4＝28MeV，A错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B正确；两个比结合能小的 12H核结合成比结合能大的 24He时，会释放能量，C正确；由题图可知， 92235U核的比结合能（即平均结合能）比 3689Kr核的小，D错误.
9.放射性元素90232Th经过多次α衰变和β衰变，最终变成稳定的82208Pb，则关于此衰变过程，下列说法正确的是（ C ）
A.α衰变的次数为4次
B.β衰变的次数为6次
C.衰变过程中产生的α粒子比β粒子在空气中传播得近
D.某次衰变中，会同时放出一个α粒子和β粒子
解析 设此衰变过程经过m次α衰变和n次β衰变，则衰变方程为 90232Th→ 82208Pb＋m 24He＋n －1 0e.根据质量数守恒和电荷数守恒可得232＝208＋4m、90＝82＋2m＋n·（－1），解得m＝6、n＝4，可知该衰变过程经过6次α衰变和4次β衰变，AB错误.α粒子的实质是高速运动的氦原子核，β粒子的实质是高速运动的电子，二者相比较，β粒子的速度更大，贯穿本领更强，所以衰变产生的α粒子比β粒子在空气中传播得近，C正确.一次衰变只能释放一个α粒子或一个β粒子，D错误.
10.[多选]雷蒙德·戴维斯因研究中微子（νe）获诺贝尔物理学奖，中微子穿过贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）的巨桶时，可以将氯核转变成氩核，其核反应方程式为νe＋ 1737Cl→1837Ar＋ －10e.已知 1737Cl核的质量为36.95658u， 1837Ar核的质量为36.95691u， －10e的质量为0.00055u，1u相当于931.5MeV.根据以上信息，下列判断正确的是（ BCD ）
A.中微子就是中子
B.中微子的质量数和电荷数均为零
C.反应前后质量数守恒
D.参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82MeV
解析 由核反应过程中，反应前、后的质量数守恒、电荷数守恒可知，中微子的质量数为零、电荷数为零，而中子 01n的质量数为1，A错误，B、C正确.反应前、后能量守恒，当此反应恰不释放能量时，对应参与反应的中微子能量最小，根据E＝mc2得，参与反应的中微子的最小能量为E＝（36.95691u＋0.00055u－36.95658u）×931.5MeV≈0.82MeV，D正确.
11.[2024浙江名校联考]在测定年代较近的湖泊沉积物形成的年份时，常利用沉积物中半衰期较短的 82210Pb，其衰变方程为 82210Pb→83210Bi＋X.下列说法正确的是（ A ）
A.衰变方程中的X是电子
B.为了精确测量时间，应该考虑温度变化对衰变的影响
C.82210Pb的结合能大于 83210Bi的结合能
D.1000个 82210Pb原子核经过一个半衰期后，还剩500个未衰变
解析 根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程中的X的质量数为0，电荷数为－1，则X是电子，A正确；由于原子核的半衰期与温度等外界条件无关，即温度变化对衰变无影响，所以B错误；由于核反应过程释放能量，生成物更加稳定，则 82210Pb的比结合能小于 83210Bi的比结合能，又两者的核子数相等，所以 82210Pb的结合能小于83210Bi的结合能【点拨：比结合能＝结合能核子数】，C错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核衰变不适用，D错误.
12.[2024江西九校联考]太阳的氢聚变反应至今为止已经历了几十亿年，某同学为了估算出太阳的燃烧寿命，根据相关资料得知太阳的质量为2×1030kg，地球与太阳之间的距离为1.5×1011m，地球接收到太阳的光强为1.4×103W/m2，试估算出太阳还能燃烧多少年（ B ）
A.1010年B.1013年
C.1016年D.1018年
解析 根据爱因斯坦质能方程E＝mc2可知，太阳完全燃烧可以释放的能量为E＝1.8×1047 J，太阳释放太阳光的功率为P＝1.4×103×4π×(1.5×1011)2 W≈4×1026 W，则太阳燃烧的时间t＝EP＝1.8×1047 J4×1026 W＝4.5×1020 s＝4.5×1020365×24×3 600年≈1.4×1013年，B正确.
13.[核反应与能量、动量综合/2023山东青岛统考]“嫦娥三号”着陆器和月球车首次使用了 94238Pu同位素核电池，该电池将放射性同位素 94238Pu衰变时释放的能量通过温差热电转换器转化为电能，在恶劣的月球环境中支持月球车低速移动及与地球间不间断通讯.已知 94238Pu的半衰期为88年，衰变方程为 94238Pu→92234U＋X， 94238Pu、 92234U、X的结合能分别为E1、E2、E3，一次衰变释放能量为ΔE，下列说法正确的是（ B ）
A. 94238Pu衰变放出的射线是高速氦核流，能穿透几毫米厚的铝板
B.一次 94238Pu衰变释放的能量ΔE＝E2＋E3－E1
C.经过88年，同位素核电池内的 94238Pu剩余25％
D.若一静止 94238Pu核衰变释放的能量全部转化为 92234U和X的动能，则 92234U的动能为2ΔE117
解析 由衰变前后的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为238－234＝4，电荷数为94－92＝2，则X为氦核，即α粒子，穿透能力弱，能被一张薄纸阻挡，故A错误；一次 94238Pu衰变释放的能量ΔE＝E2＋E3－E1，故B正确；94238Pu的半衰期为88年，经过88年，同位素核电池内的 94238Pu剩余50％，故C错误；衰变过程由动量守恒定律可得0＝pU＋pα，由能量守恒定律可得ΔE＝EkU＋Ekα，又Ek＝p22m，解得 92234U的动能为EkU＝4234+4ΔE＝2ΔE119，故D错误.
14.[核反应与动量、物质波综合/2023江苏徐州统考]我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核（ 1222Mg）放出两个质子后变成氖核（Ne），并放出γ射线，核反应方程为 1222Mg→ZANe＋211H＋γ，氖核的速度大小为v1，质子的速度大小为v2，设质子和γ光子的运动方向相同.已知氖核、质子的质量分别为m1、m2，普朗克常量为h，不考虑相对论效应，求：
（1）氖核的质量数A、电荷数Z和物质波波长λ；
（2）γ光子的动量大小p.
答案 （1）A＝20，Z＝10，λ＝hm1v1 （2）p＝m1v1－2m2v2
解析 （1）根据质量数守恒可知，氖核的质量数A＝22－2×1＝20
根据电荷数守恒可知，氖核的电荷数Z＝12－2×1＝10
氖核的物质波波长λ＝hpNe
其中氖核的动量pNe＝m1v1
解得氖核的物质波波长λ＝hm1v1
（2）设氖核运动的速度方向为正方向，核反应中动量守恒，有m1v1＋2m2（－v2）－p＝0
解得p＝m1v1－2m2v2.课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.了解原子核的组成和核力的性质，知道四种基本相互作用.能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程.
2.了解放射性和原子核衰变.知道半衰期及其统计意义.了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护.
3.认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应.关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响.
4.了解人类对物质结构的探索历程.
原子核的衰变及半衰期
2023：广东T1，海南T1，
浙江1月T9；
2022：浙江6月T14；
2021：山东T1，广东T1，河北T1，湖南T1，全国甲T17，
全国乙T17，重庆T2，上海T13
1.物理观念：了解原子核的结构和特点，能说明原子核的衰变、裂变、聚变和放射现象；掌握核衰变、核反应等规律；更好地形成物质观念、运动与相互作用观念及能量观念.
2.科学思维：运用守恒思想分析原子物理问题；通过推理、类比思维认识核力和结合能.
3.科学态度与责任：知道科学技术的应用对人类生活和社会发展的积极影响，但同时也会带来一系列问题，人类必须尊重自然，遵循自然规律.
核反应方程与核能的计算
2023：北京T3，湖南T1，天津T3，上海T16，浙江6月T5，
全国乙T16，全国甲T15；2022：湖北T1，辽宁T2，上海T14，浙江1月T14；2021：湖北T1，北京T1，海南T5，浙江6月T14；2020：全国ⅢT19
核反应与动量守恒的综合问题
2019：浙江4月T15
命题分析预测
高考主要考查天然放射现象、核反应和核能等.主要为选择题形式，可能单独考查，也可能结合磁场等综合考查，涉及动量问题时有可能会以计算题形式出现.试题往往灵活多变，且常与最新时事相结合，考查对相关知识的理解和应用.
α射线
β射线
γ射线
组成
高速氦核流
高速电子流
光子流
（高频电磁波）
带电荷量
2e
－e
0
质量
4mp
mp1836
静止质量为零
符号
[6] 24He
－1 0e
γ
速度
可达0.1c
可达0.99c
c
垂直进入电场或磁场的偏转情况
偏转
偏转
[7] 不偏转
穿透能力
最弱
较强
最强
对空气的电离作用
很强
较弱
最弱
公式
N余＝N原（12）tT，m余＝m原（12）tT，t表示衰变时间，T表示半衰期.
影响因素
由核内部自身的因素决定，与原子所处外部条件和化学状态无关，不同元素的半衰期不同.
适用条件
半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义.
类型
可控性
核反应方程举例
衰变
α衰变
自发
92238U→90234Th＋24He
β衰变
自发
90234Th→91234Pa＋－1 0e
人工转变
人工控制
714N＋24He→817O＋11H（卢瑟福发现质子）
49Be＋24He→612C＋01n（查德威克发现中子）
1327Al＋24He→1530P＋01n
1530P→1430Si＋10e（约里奥－居里夫妇发现放射性同位素）
重核裂变
反应时可以通过核反应堆控制
92235U＋01n→56144Ba＋
3689Kr＋301n
92235U＋01n→3890Sr＋
54136Xe＋1001n
应用：核电站、原子弹
轻核聚变
目前实验中通过激光或者超强磁场进行控制
12H＋13H→
2 4He＋01n
应用：人造太阳、氢弹
ΔE＝Δmc2
Δm单位是kg，c单位是m/s，ΔE单位是J
ΔE＝Δm×931.5MeV
Δm单位是u，ΔE单位是MeV
根据核子比结合能计算
原子核的结合能＝核子比结合能×核子数
提醒
比结合能是原子核的结合能与核子数之比，也叫平均结合能.结合能大，比结合能不一定大，比结合能越大，原子核越稳定
新核
质量数相比 92235U的减少数
选项正误
87223Fr
12（是4的整数倍）
A对
83213Bi
22（不是4的整数倍）
B错
88225Ra
10（不是4的整数倍）
C错
84218P
17（不是4的整数倍）
D错
α衰变
ZAX→ Z－2A－4Y＋ 24He
两圆外切，α粒子做匀速圆周运动的轨迹半径大.
β衰变
ZAX→ Z+1AY＋ －10e
两圆内切，β粒子做匀速圆周运动的轨迹半径大.
射线种类
穿透能力
电离能力
α射线
弱（能被纸张挡住）
强
γ射线
强（能穿透几厘米厚的铅板）
几乎为零