2026高考物理大一轮复习-第一十六章 第85课时 原子核论-专项训练【含答案】

这是一份2026高考物理大一轮复习-第一十六章 第85课时 原子核论-专项训练【含答案】，共7页。试卷主要包含了天然放射现象，三种射线的比较，原子核的衰变，半衰期，放射性同位素的应用与防护，003 251 5 MeV，6 MeV等内容，欢迎下载使用。
考点一 原子核的衰变及半衰期
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。原子序数大于83的元素都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。
3.三种射线的比较
4.原子核的衰变
(1)衰变：原子核自发地放出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)α衰变、β衰变
(3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。
5.半衰期
(1)公式：N余＝N原(12)tT1/2，m余＝m原(12)tT1/2，式中t为衰变时间，T1/2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”)。
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。
1.三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线。( )
2.β衰变中的电子来源于原子核外电子。( )
3.发生β衰变时，新核的电荷数不变。( )
4.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。( )
例1 (2024·山东卷·1)2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知 3890Sr衰变为 3990Y的半衰期约为29年；94238Pu衰变为 92234U的半衰期约为87年。现用相同数目的 3890Sr和 94238Pu各做一块核电池，下列说法正确的是( )
A.3890Sr衰变为 3990Y时产生α粒子
B. 94238Pu衰变为 92234U时产生β粒子
C.50年后，剩余的 3890Sr数目大于 94238Pu的数目
D.87年后，剩余的 3890Sr数目小于 94238Pu的数目
例2 (2023·浙江1月选考·9)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5 730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( )
A. 614C发生β衰变的产物是 715N
B.β衰变辐射出的电子来自碳原子的核外电子
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11 460年
考点二 核反应及核反应类型
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( )、中子( )、α粒子( )、β粒子( )、正电子( )、氘核( )、氚核( )等。
(2)掌握核反应方程遵循的规律： 守恒， 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。
例3 (2023·全国甲卷·15)在下列两个核反应方程中X＋714N→Y＋817O、Y＋37Li→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( )
A.Z＝1，A＝1B.Z＝1，A＝2
C.Z＝2，A＝3D.Z＝2，A＝4
例4 (2023·天津卷·3)关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是( )
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.太阳核反应方程式：92235U＋01n→56141Ba＋3692Kr＋301n
考点三 质量亏损及核能的计算
1.核力和核能
(1)核力：原子核内部， 间所特有的相互作用力。核力是强相互作用，为短程力，作用范围只有约10－15 m，与电性无关。
(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，叫作原子核的结合能，也叫核能。
(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。比结合能越大，原子核中核子结合得越 ，原子核越 。
2.质量亏损
凡是释放核能的核反应，反应后各原子核(新生核)及微观粒子的质量(即静止质量)之和 ，两者的差值就叫 。
3.质能方程
(1)爱因斯坦得出物体的能量与它的质量的关系： 。
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应减少的能量ΔE＝ 。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＝ 。
4.核能的计算
(1)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。
①ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位为“kg”，c的单位为“m/s”，则ΔE的单位为“J”。
②ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位为“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV/u计算，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 5×10－27 kg，相当于931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用。
(2)利用比结合能计算核能
原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数。
核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能。
1.核力就是库仑力。( )
2.核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生。( )
3.原子核的结合能越大，原子核越稳定。( )
4.原子核越大，它的结合能越大，比结合能可能越小。( )
例5 (2025·江苏南京市开学考)某核电站利用铀核裂变释放出能量，其主要核反应方程为92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋301n，如图为原子核的比结合能与质量数之间的关系图线，下列说法正确的是( )
A.两个中子和两个质子结合成 24He核时释放能量约为28 MeV
B.24He核的平均核子质量大于 36Li核的平均核子质量
C.通常把核裂变物质能够发生链式反应的最大体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量
D.为了调节中子数目以控制反应速度，核反应堆中需要在铀棒之间插进一些石墨棒。当反应过于剧烈时，将石墨棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
例6 (2023·全国乙卷·16)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1048 J。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3×108 m/s)( )
A.1019 kgB.1024 kg
C.1029 kgD.1034 kg
例7 (2024·江苏宿迁市检测)卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧17和一个质子，首次实现了原子核的人工转变。已知α粒子的比结合能为ε1，氮核的比结合能为ε2，该反应需吸收ΔE的能量，设氮核 714N静止。
(1)写出该反应的核反应方程；
(2)求氧17的比结合能；
(3)已知mα＝4.002 603 u，mN＝14.003 074 u，mO＝16.999 133 u，mH＝1.007 825 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，该反应需吸收的能量ΔE＝1.19 MeV。若核反应中放出的核能全部转化为动能，要使这一反应可能实现，求入射的α粒子的最小动能。
答案精析
考点一
1.质子 质子数
2.自发 贝克勒尔 原子核
3.氦 强 弱 电子 弱 强
4.(2)电荷数
5.(2)核内部自身的因素 无关
6.(1)天然 人工 (2)示踪原子
判断正误
1.√ 2.× 3.× 4.×
例1 D [根据质量数守恒和电荷数守恒可知 3890Sr衰变为 3990Y时产生电子，即β粒子，故A错误；
根据质量数守恒和电荷数守恒可知 94238Pu衰变为 92234U时产生 24He，即α粒子，故B错误；
根据题意可知 94238Pu的半衰期大于 3890Sr的半衰期，相同数目的 3890Sr和 94238Pu经过相同的时间， 3890Sr 经过的半衰期的次数多，所以剩余的 3890Sr数目小于 94238Pu的数目，故C错误，D正确。]
例2 D [根据 614C→714N＋ -1 0，即 614C发生β衰变的产物是 714N，选项A错误；β衰变辐射出的电子来自原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；半衰期是放射性物质的固有属性，由原子核本身决定，与外界环境无关，选项C错误；若测得一古木样品的 614C含量为活体植物的14，可知经过了2个半衰期，则该古木距今约为5 730×2年＝11 460年，选项D正确。]
考点二
1. 24He 817O 1530P +10e 301n 1001n 24He
2.(1)11H 01n 24He -10e +10e 12H 13H (2)质量数 电荷数
例3 D [设Y的电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，第一个核反应方程的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电荷数和质量数满足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，联立解得Z＝2，A＝4，故选D。]
例4 A [因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，才有可能克服它们自身相互间的排斥力，使得它们间的距离缩短，才能发生核聚变，故A正确；核聚变中电荷是守恒的，故B错误；因为太阳一直在发生核聚变，会放出大量能量，根据质能方程可知有质量亏损，故C错误；核聚变的方程为 12H＋13H →24He＋01n，题中为核裂变方程，故D错误。]
考点三
1.(1)核子 (2)分开 (3)核子数
牢固 稳定
2.变小 质量亏损
3.(1)E＝mc2 (2)Δmc2 Δmc2
判断正误
1.× 2.√ 3.× 4.√
例5 A [根据图像可知 24He的比结合能约为7 MeV，所以两个中子和两个质子结合成 24He核时释放能量约为E＝4×7 MeV＝28 MeV，故A正确；24He核的比结合能比 36Li核的大，故 24He核的平均核子质量小于 36Li核的平均核子质量，故B错误；通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量，故C错误；为了调节中子数目以控制反应速度，核反应堆中需要在铀棒之间插进一些镉棒，当反应过于剧烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故D错误。 ]
例6 C [根据质能方程E＝mc2可知，每秒钟平均减少的质量为Δm＝E060c2＝104860×(3×108)2 kg＝10305.4 kg，则每秒钟平均减少的质量量级为1029 kg，故选C。]
例7 (1)24He＋714N→ 817O＋11H
(2)4ε1＋14ε2＋ΔE17 (3)0.003 251 5 MeV
解析 (1)根据题意，该反应的核反应方程为 24He＋714N→ 817O ＋11H
(2)根据能量守恒4ε1＋14ε2＋ΔE＝17ε3
解得氧17的比结合能ε3＝4ε1＋14ε2＋ΔE17
(3)该反应过程质量增加Δm＝mH＋mO－mα－mN＝0.001 281 u
结合能增加ΔE'＝Δmc2＝0.001 281×931.5 MeV＝1.193 251 5 MeV
根据能量守恒，入射的α粒子的最小动能Ek＝ΔE'－ΔE＝0.003 251 5 MeV。
名称
构成
符号
电荷量
质量
电离能力
贯穿本领
α射线
核
24He
＋2e
4 u
最
最
β射线

-10e
－e
11 837 u
较强
较强
γ射线
光子
γ
0
0
最
最
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
ZMX→Z-2M-4Y＋24He
ZMX→Z＋1MY＋-10e
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
211H＋201n→24He
01n→11H＋-10e
匀强磁场中轨迹形状
衰变规律
守恒、质量数守恒
类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
92238U→90234Th＋________
β衰变
自发
90234Th→91234Pa＋-10e
人工转变
人工控制(基本粒子轰击原子核)
714N＋24He→______＋11H(卢瑟福发现质子)
24He＋49Be→612C＋01n(查德威克发现中子)
1327Al＋24He→______＋01n
约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子
1530P→1430Si＋________
重核裂变
容易控制(慢中子、链式反应)
92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋________
92235U＋01n→54136Xe＋3890Sr＋________
轻核聚变
现阶段很难控制(需要极高温度——一般由核裂变提供)
12H＋13H→_________＋01n＋17.6 MeV