第十六章 第3讲　原子核-2025高三总复习 物理（新高考）

第3讲原子核[课标要求]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数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。考点一原子核的衰变半衰期1．天然放射现象(1)天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象。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。放出的射线有α射线、β射线、γ射线三种。(2)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：工业测厚、放射治疗、作为示踪原子等。2．三种射线的比较名称构成符号电荷量质量电离能力穿透能力α射线氦核eq\o\al(4,2)He2e4u最强较弱β射线电子eq\o\al(0,－1)e－eeq\f(1,1836)u较弱较强γ射线光子γ00最弱最强3．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带正电，中子不带电。(2)基本关系①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝中性原子的核外电子数。②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。4．放射性元素的衰变、半衰期(1)原子核的衰变①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规律：电荷数和质量数都守恒。③分类α衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He，例：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变：eq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋eq\o\al(0,－1)e，例：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(2)半衰期①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。③公式：N＝N0·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up8(\f(t,τ))，m余＝m0·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up8(\f(t,τ))。【高考情境链接】(2023·浙江1月选考·改编)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：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H，产生的eq\o\al(14,6)C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。判断下列说法的正误：(1)eq\o\al(14,6)C发生β衰变时新原子核质量数不变，电荷数加1。(√)(2)发生β衰变时一个中子转化为一个质子和一个电子。(√)(3)高温高压会引起eq\o\al(14,6)C的半衰期发生微小变化。(×)(4)经过两个半衰期，古木样品的eq\o\al(14,6)C含量为活体植物的eq\f(1,4)。(√)学生用书第345页1．确定衰变次数的方法(1)设放射性元素eq\o\al(A,Z)X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，则表示该核反应的方程为eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e。根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(A＝A′＋4n,Z＝Z′＋2n－m))(2)因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据电荷数确定β衰变的次数。2．α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)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2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒考向1半衰期的有关计算放射性同位素钍eq\o\al(232,90)Th经一系列α、β衰变后生成氡eq\o\al(220,86)Rn，以下说法正确的是()A．每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2B．eq\o\al(220,86)Rn的半衰期约为1分钟，所以2分钟后1geq\o\al(220,86)Rn原子核就将全部衰变完C．放射性元素钍eq\o\al(232,90)Th的原子核比氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的中子数少4D．钍eq\o\al(232,90)Th衰变成氡eq\o\al(220,86)Rn一共经过3次α衰变和2次β衰变答案：D解析：每经过一次α衰变原子核的质量数会减少4，A错误；经过两个半衰期，eq\o\al(220,86)Rn原子核剩余的质量m余＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up8(2)m＝eq\f(1,4)m，B错误；放射性元素钍eq\o\al(232,90)Th的原子核的中子数232－90＝142，氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的中子数220－86＝134，所以放射性元素钍eq\o\al(232,90)Th的原子核比氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的中子数多8，故C错误；钍eq\o\al(232,90)Th衰变成氡eq\o\al(220,86)Rn，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故D正确。考向2衰变次数的确定(多选)(2023·福建5月质检)eq\o\al(238,92)U经过若干次α衰变和β衰变后变为eq\o\al(206,82)Pb，下列说法正确的是()A．α射线的穿透能力比β射线的强B．α射线的电离能力比β射线的弱C．eq\o\al(238,92)U比eq\o\al(206,82)Pb多22个中子D．衰变过程中共发生了8次α衰变和6次β衰变答案：CD解析：根据α、β、γ三种射线特点可知，α射线的电离本领最强，穿透本领最低，故A、B错误；eq\o\al(238,92)U与eq\o\al(206,82)Pb的中子数之差(238－206)－(92－82)＝22个，故C正确；在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，有2m－n＝10，4m＝32，解得m＝8，n＝6，故D正确。故选D。考向3磁场中原子核的衰变与动量守恒定律的综合(多选)(2023·湖南郴州二模)云室中能显示射线的径迹，加匀强磁场，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性，天然放射性元素的原子核X静止在匀强磁场A点，发生衰变放射出粒子并变成新原子核Y，放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示，测得两外切圆的半径之比R1∶R2＝42∶1；假设衰变释放的能量全部转化成粒子和新核的动能。下列说法正确的是()A．原子核X的核电荷数为86B．该衰变放出的是α粒子C．该衰变放出的是β粒子D．该核反应过程动量守恒答案：ABD解析：原子核衰变时，除了相互作用力之外，系统受到的合外力为零，动量守恒。由动量守恒定律得m1v1＋m2v2＝0，所以两新核衰变后运动方向相反，根据轨迹外切，说明两新核带同种电荷，所以该衰变属于α衰变，根据牛顿第二定律得qvB＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,qB)，所以有R1∶R2＝q2∶q1，因为α粒子电量较小，所以R1是α粒子半径，因为α粒子核电荷数为2，所以原子核Y的核电荷数为84，原子核X的核电荷数为86。故选ABD。学生用书第346页考点二核反应类型与核反应方程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)特点①裂变过程中释放出巨大能量。②裂变的同时能够释放出2～3(或更多)个中子。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。(3)典型的裂变反应方程：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。(4)链式反应：由重核裂变产生的中子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：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。(6)裂变的应用：原子弹、核反应堆。(7)反应堆构造：核燃料、慢化剂、控制棒、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)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eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。【高考情境链接】(2023·湖南高考·改编)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。判断下列说法的正误：(1)相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多。(√)(2)氘氚核聚变的核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(0,－1)e。(×)(3)核聚变的核反应燃料主要是铀235。(×)(4)核聚变反应过程中没有质量亏损。(×)1．核反应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eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变自发eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工转变人工控制eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(卢瑟福发现质子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克发现中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素)重核裂变比较容易进行人工控制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n轻核聚变很难控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV2．核反应方程式的书写(1)熟记常见粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子(eq\o\al(1,1)H)、中子(eq\o\al(1,0)n)、α粒子(eq\o\al(4,2)He)、β粒子(eq\o\al(0,－1)e)、正电子(eq\o\al(0,1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)等。(2)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)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。学生用书第347页(多选)对四个核反应方程(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He；(2)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋0－1e；(3)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H；(4)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV，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答案：CD解析：方程(1)是α衰变，方程(2)是β衰变，在反应过程中均有核能释放，故A错误；方程(3)是第一次实现原子核的人工转变，不是衰变方程，故B错误，C正确；利用激光可引发方程(4)代表的核聚变，是正在尝试的技术之一，故D正确。对点练1.(2023·江苏扬州高三联考)下列关于核衰变和核反应的类型的表述正确的是()A．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n是α衰变B．eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e是β衰变C．eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是重核裂变D．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H是轻核聚变答案：B解析：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n是轻核聚变，故A错误；eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e是β衰变，故B正确；eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰变，故C错误；eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H是原子核的人工转变，故D错误。故选B。对点练2.科学家通过辐射探测器发现闪电能够引发大气核反应，并产生放射性同位素。其中一种典型的核反应如图所示，闪电产生的高能γ射线把14N原子核里的中子移除出去，产生不稳定的原子核a，a再衰变成中微子(质量数和电荷数均为零)、正电子和稳定的原子核b。则()A．a是eq\o\al(15,7)N，b是eq\o\al(14,6)CB．a是eq\o\al(13,6)C，b是eq\o\al(14,6)CC．a是eq\o\al(13,7)N，b是eq\o\al(13,6)CD．a是eq\o\al(13,7)N，b是eq\o\al(12,6)C答案：C解析：根据质量数和电荷数守恒，闪电产生的高能γ射线把14N原子核里的中子移除出去，质量数减少，电荷数不变，所以a是eq\o\al(13,7)N，a再衰变成中微子、正电子和稳定的原子核b，新核b的质量数不变，电荷数减少，即b是eq\o\al(13,6)C。故选C。对点练3．(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列关于核反应方程的说法正确的是()A．衰变方程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋X中X是电子B．衰变方程eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋Y中Y是电子C．核聚变反应方程eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋aeq\o\al(1,0)n中a＝2D．核裂变反应方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋beq\o\al(1,0)n中b＝3答案：BD解析：根据电荷数与质量数守恒可知：X是氦核，故A错误；Y是电子，故B正确；a＝1，故C错误；b＝3，故D正确。考点三质量亏损及核能的计算1．核力(1)概念：原子核内部，核子所特有的相互作用力。(2)特点：核力是强相互作用力、短程力，只发生在相邻的核子间。2．结合能(1)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要的能量，叫作原子的结合能。(2)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，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牢固，原子核越稳定。3．核能(1)质能关系：E＝mc2。(2)核能的释放：核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其释放的能量ΔE＝Δmc2。(3)核能的吸收：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。【高考情境链接】(2023·浙江6月选考·改编)“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将eq\o\al(238,94)Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。eq\o\al(238,94)Pu的衰变方程为eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(X,92)U＋eq\o\al(4,2)He判断下列说法的正误：(1)eq\o\al(238,94)Pu中任何两个核子之间均存在核力。(×)(2)生成物eq\o\al(X,92)U更稳定，比eq\o\al(238,94)Pu的比结合能更大。(√)(3)质能方程表明eq\o\al(238,94)Pu损失的一部分质量转化为能量。(√)核能的计算方法书写核反应方程→计算质量亏损Δm→利用ΔE＝Δmc2，计算释放的核能学生用书第348页1．根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。2．根据ΔE＝Δm×931.5MeV/u计算。因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。一个静止的铀核eq\o\al(232,92)U(质量为232.0372u)放出一个α粒子(质量为4.0026u)后衰变成钍核eq\o\al(228,90)Th(质量为228.0287u)。已知1u相当于931MeV的能量。下列说法正确的是()A．该核衰变反应方程为eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB．该核衰变反应中释放出的核能为0.059MeVC．该反应产生的钍核和α粒子的动量相同D．假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.017MeV【审题指导】(1)算出核反应质量亏损，然后根据“1u相当于931MeV的能量”计算释放的核能。(2)核反应过程满足动量守恒和能量守恒。答案：A解析：由题意可知，该核衰变反应方程为eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，故A正确；质量亏损Δm＝(232.0372－4.0026－228.0287)u＝0.0059u，释放出的核能ΔE＝Δm×931MeV＝0.0059×931MeV≈5.49MeV，故B错误；由该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反，即pTh＝－pα，EkTh＝eq\f(peq\o\al(2,Th),2mTh)，Ekα＝eq\f(peq\o\al(2,α),2mα)，EkTh＋Ekα＝ΔE，所以钍核获得的动能EkTh＝eq\f(mα,mα＋mTh)×ΔE≈eq\f(4,4＋228)×5.49MeV≈0.095MeV，故C、D错误。对点练1.(2023·河南省大联考)我国科学家通过研究“嫦娥五号”带回的月球样品，发现其中含有丰富的eq\o\al(3,2)He。eq\o\al(3,2)He可通过核反应eq\o\al(3,2)He＋X→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,1)H释放能量ΔE。已知eq\o\al(3,2)He的质量为3.0160u，eq\o\al(4,2)He的质量为4.0026u，eq\o\al(1,1)H的质量为1.0078u，eq\o\al(2,1)H的质量为2.0141u，1u相当于931.5MeV的能量。下列说法正确的是()A．X为eq\o\al(2,1)H，ΔE＝920.42MeVB．X为eq\o\al(2,1)H，ΔE＝18.35MeVC．X为eq\o\al(3,2)He，ΔE＝951.62MeVD．X为eq\o\al(3,2)He，ΔE＝12.85MeV答案：D解析：根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得，X的质量数为4＋2－3＝3，核电荷数为2＋2－2＝2，所以X是eq\o\al(3,2)He，反应前质量为m1＝3.0160u＋3.0160u＝6.0320u，反应后质量为m2＝4.0026u＋2×1.0078u＝6.0182u，反应过程质量亏损为Δm＝m1－m2＝0.0138u，则ΔE＝0.0138×931.5MeV≈12.85MeV，故选D。对点练2.(2023·重庆万州联考)核电站利用铀核裂变释放出能量，其主要核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，如图为原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线，下列说法正确的是()A．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。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B．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C．两个中子和两个质子结合成eq\o\al(4,2)He核时释放的能量约为28MeVD．eq\o\al(4,2)He核的平均核子质量大于eq\o\al(6,3)Li核的平均核子质量答案：C解析：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A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B错误；根据题图可知eq\o\al(4,2)He平均结合能约为7MeV，所以两个中子和两个质子结合成eq\o\al(4,2)He核时释放的能量约为E＝4×7MeV＝28MeV，故C正确；eq\o\al(4,2)He核的比结合能大于eq\o\al(6,3)Li核的比结合能，所以eq\o\al(4,2)He核的平均核子质量小于eq\o\al(6,3)Li核的平均核子质量，故D错误。故选C。对点练3．(多选)一个铍原子核(eq\o\al(7,4)Be)从最靠近核的K层电子轨道上俘获一个电子后发生衰变，生成一个锂核(eq\o\al(7,3)Li)，并放出一个不带电的质量接近零(质量可视为零)的中微子νe，人们把这种衰变叫“K俘获”。静止的铍核俘获电子的核反应方程为eq\o\al(7,4)Be＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(7,3)Li＋νe，已知铍原子质量为MBe＝7.016929u，锂原子质量为MLi＝7.016004u。已知1u的质量对应的能量约为9.3×102MeV。下列说法中正确的是()A．衰变后的锂核与衰变前的铍核相比，质量数不变，电荷数减少1B．衰变后的锂核与衰变前的铍核相比，质量数不变，电荷数不变C．中微子所获得的能量E＝0.86MeVD．锂核所获得的动量pLi≈0答案：ACD解析：根据eq\o\al(7,4)Be＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(7,3)Li＋νe，可知衰变后的锂核与衰变前的铍核相比，质量数不变，电荷数减少1，故A正确，B错误；在该核反应中质量亏损为ΔE＝(MBe－MLi)×9.3×102MeV/u≈0.86MeV，所以中微子所获得的能量E≈0.86MeV，故C正确；根据动量守恒可知锂核所获得的动量pLi≈0，故D正确。课时测评76原子核eq\f(对应学生,用书P499)(时间：45分钟满分：60分)(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)(选择题每题4分，共60分)1．(2023·海南高考)钍元素衰变时会放出β粒子，其中β粒子是()A．中子B．质子C．电子D．光子答案：C解析：β粒子是电子，C正确。2．(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中X＋eq\o\al(14,7)N→Y＋eq\o\al(17,8)O、Y＋eq\o\al(7,3)Li→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＝1 B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4答案：D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，故选D。3．(2023·重庆高考)原子核eq\o\al(235,92)U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核eq\o\al(207,82)Pb，在该过程中，可能发生的β衰变是()A．eq\o\al(223,87)Fr→eq\o\al(223,88)Ra＋eq\o\al(0,－1)eB．eq\o\al(213,83)Bi→eq\o\al(213,84)Po＋eq\o\al(0,－1)eC．eq\o\al(225,88)Ra→eq\o\al(225,89)Ac＋eq\o\al(0,－1)eD．eq\o\al(218,84)Po→eq\o\al(218,85)At＋eq\o\al(0,－1)e答案：A解析：原子核eq\o\al(235,92)U衰变成为稳定的原子核eq\o\al(207,82)Pb质量数减小了28，则经过了7次α衰变，中间生成的新核的质量数可能为231、227、223、219、215、211，则发生β衰变的原子核的质量数为上述各数，则B、C、D都不可能，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，选项A正确。故选A。4．(2023·辽宁大连一模)对于质量为m0的放射性元素p，经过时间t后剩余p的质量为m，其图线如图所示，从图中可以得到p的半衰期为()A．0.6d B．2.2dC．3.0d D．3.6d答案：C解析：由题图可知，放射性元素的质量从eq\f(2,3)m0变为eq\f(1,3)m0，刚好衰变了一半的放射性元素，经历的时间为一个半衰期，则有T＝5.5d－2.5d＝3.0d，故选C。5．(2023·湖南彬州三模)下列说法正确的是()A．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定B．eq\o\al(238,92)U衰变为eq\o\al(222,86)Rn经过4次α衰变、2次β衰变C．原子核发生β衰变过程中所放出的电子来自原子的外层电子D．根据玻尔原子理论可知，一个氢原子核外电子从n＝4能级向低能级跃迁最多可辐射6种不同频率的光子答案：B解析：比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故A错误；设eq\o\al(238,92)U衰变为eq\o\al(222,86)Rn经过m次α衰变、n次β衰变，根据电荷数和质量数守恒可得92＝86＋m×2＋n×(－1)，238＝222＋m×4＋n×0，联立解得m＝4，n＝2，故B正确；原子核发生β衰变过程中所放出的电子来自中子转化为质子和电子，故C错误；根据玻尔原子理论可知，一个氢原子核外电子从n＝4能级向低能级跃迁最多可辐射3种不同频率的光子，故D错误。故选B。6．(多选)(2024·安徽高三联考)卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种核素X和一个质子，这是人类第一次实现原子核的人工转变。已知α粒子、氮原子核eq\o\al(14,7)N、氧的核素X、质子的质量分别为4.0026u、14.0073u、17.0045u、1.0078u，核反应时质量亏损1u释放的核能约为931MeV。则下列说法正确的是()A．该轰击过程遵循动量守恒B．核反应中吸收的能量约为2.23MeVC．氧的核素X的核子数为16D．该质子是He核或者N核中的一个中子转变而来的答案：AB解析：核轰击过程类似碰撞，遵循动量守恒，A正确；反应物的质量为m1＝4.0026u＋14.0073u＝18.0099u，生成物的质量为m2＝17.0045u＋1.0078u＝18.0123u，核反应中质量增加，属于吸能核反应，吸收的能量为ΔE＝(m2－m1)×931MeV/u≈2.23MeV，故B正确；根据核反应中质量数守恒，可知氧的核素X的核子数为A＝14＋4－1＝17，故C错误；中子转变成一个质子和一个电子是发生在β衰变中的，故D错误。故选AB。7．(2023·广东湛江一模)实现核能电池的小型化、安全可控化一直是人们的目标。现在有一种“氚电池”，它的体积比一元硬币还要小，有的心脏起搏器就是使用“氚电池”供电，使用寿命长达20年。已知氚核的衰变方程为eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(A,Z)He＋eq\o\al(0,－1)e＋eq\x\to(ν)e，其中eq\x\to(ν)e是质量可忽略不计的中性粒子，氚核的半衰期为12.5年。设反应前eq\o\al(3,1)H的质量为m1，反应后eq\o\al(A,Z)He的质量为m2，eq\o\al(0,－1)e的质量为m3，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是()A．Z＝2，A＝3，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒B．100个eq\o\al(3,1)H经过25年后一定还剩余25个C．eq\o\al(3,1)H发生的是β衰变，β射线的穿透能力最强D．该衰变过程释放的能量为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m2＋m3－m1))c2答案：A解析：根据原子核衰变时质量数与电荷数都守恒可得3＝0＋A，1＝Z－1，解得A＝3，Z＝2，由此可知eq\o\al(3,1)H发生的衰变为β衰变，β射线的穿透能力不是最强的，故A正确，C错误；由于半衰期是一种统计规律，对少量的原子核不适用，故B错误；根据ΔE＝Δmc2可知，该衰变过程释放的能量为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1－m2－m3))c2，故D错误。8．(2023·河南周口高三联考)核动力电池也叫做放射性同位素电池，它将放射性同位素衰变产生的能量转化为电能，能量密度大，可以为地质勘测、特殊探险行业等提供强大的电源支持，也会让很多行业的后勤保障得到很大的提升。某种核动力电池利用了eq\o\al(238,94)Pu的衰变，衰变方程为eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋Y，下列说法正确的是()A．eq\o\al(238,)94Pu发生的是β衰变B．一个eq\o\al(238,94)Pu衰变为eq\o\al(234,92)U释放的核能为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mPu－mU))c2C．新核eq\o\al(234,92)U的比结合能比eq\o\al(238,94)Pu的大D．衰变过程释放的能量为eq\o\al(238,94)Pu的结合能答案：C解析：由衰变方程的电荷数守恒和质量数守恒可知Y为eq\o\al(4,2)He，不是β衰变，A错误；一个eq\o\al(238,94)Pu衰变为eq\o\al(234,92)U释放的核能为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mPu－mU－mHe))c2，B错误；新核eq\o\al(234,92)U的比结合能比eq\o\al(238,94)Pu的大，衰变过程释放的能量为反应后eq\o\al(234,92)U、eq\o\al(4,2)He结合能的和与反应前eq\o\al(238,94)Pu结合能的差值，D错误，C正确。故选C。9．(2024·安徽安庆联考)我国自主研发的聚变—裂变混合反应堆的主体部分由“聚变堆芯”和“裂变包层”等组成，“聚变堆芯”中氘、氚燃料发生可控热核聚变反应，输出大量高能中子，“裂变包层”中的eq\o\al(238,92)U在高能中子的作用下可转变为eq\o\al(239,92)U，eq\o\al(239,92)U经过两次衰变后可变成eq\o\al(239,94)Pu，eq\o\al(239,94)Pu发生裂变反应能够稳定、可控地输出巨大的能量。1个eq\o\al(239,94)Pu核“捕捉”一个中子发生裂变反应，可产生两个新核X1、X2，同时产生x个中子。已知eq\o\al(239,94)Pu核、X1核、X2核和中子的质量分别为m、m1、m2和mn，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是()A．“聚变堆芯”中发生的核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．eq\o\al(239,92)U衰变为eq\o\al(239,94)Pu发生了2次α衰变C．新核X1的比结合能小于eq\o\al(239,94)Pu核的比结合能D．1个eq\o\al(239,94)Pu核发生裂变反应释放的能量ΔE＝eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(m－m1－m2－（x－1）mn))c2答案：D解析：核反应方程两边质量数不相等，故A错误；eq\o\al(239,92)U衰变为eq\o\al(239,94)Pu，衰变前后质量数没有变化，质子数增加了2，所以是发生了2次β衰变，故B错误；1个eq\o\al(239,94)Pu核“捕捉”一个中子发生裂变反应，可产生两个中等质量的原子核，反应后新核的比结合能都比eq\o\al(239,94)Pu大，故C错误；根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，可知ΔE＝eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(m－m1－m2－（x－1）mn))c2，故D正确。故选D。10．(2024·辽宁省联考)核电站利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电。核反应堆中的“燃料”是eq\o\al(235,92)U，核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋xeq\o\al(1,0)n，以下正确的是()A．核反应方程式中x＝9B．eq\o\al(235,92)U的中子数比eq\o\al(136,54)Xe的多91个C．eq\o\al(235,92)U的比结合能比eq\o\al(136,54)Xe的大D．eq\o\al(235,92)U的结合能比eq\o\al(90,38)Sr的大答案：D解析：核反应中质量数守恒、电荷数守恒，可得x＝10，故A错误；eq\o\al(235,92)U的中子数为143，eq\o\al(136,54)Xe中子数为82，中子数相差61，故B错误；重核裂变生成物的原子核更稳定，比结合能变大，故C错误；核子数多，结合能大，故eq\o\al(235,92)U的结合能比eq\o\al(90,38)Sr的大，故D正确。11．(多选)静止的eq\o\al(211,83)Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示，大、小圆半径分别为R1、R2。则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值的判断中正确的是()A．eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)e B．eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(207,81)Tl＋eq\o\al(4,2)HeC．R1∶R2＝84∶1 D．R1∶R2＝81∶2答案：AC解析：由左手定则可知此核衰变为β衰变，故A正确，B错误；由qvB＝meq\f(v2,R)可知R＝eq\f(mv,qB)，由动量守恒定律知，衰变后两粒子的动量mv大小相同，所以R1∶R2＝q