新高考物理一轮复习重难点练习专题37 原子核（原卷版）

专题37原子核1.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.2.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程．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．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α射线氦核eq\o\ar(4,2)He＋2e4u最强最弱β射线电子eq\o\ar(0,－1)e－eeq\f(1,1837)u较强较强γ射线光子γ00最弱最强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衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\ar(M,Z)X→eq\o\ar(M－4,Z－2)Y＋eq\o\ar(4,2)Heeq\o\ar(M,Z)X→eq\o\ar(M,Z＋1)Y＋eq\o\ar(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中子转化为质子和电子2eq\o\ar(1,1)H＋2eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(4,2)Heeq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(1,1)H＋eq\o\ar(0,－1)e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(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SKIPIF1<0，m余＝m原SKIPIF1<0.(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，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关(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、做示踪原子等．(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害．【典例1】（2022·全国·高三专题练习）SKIPIF1<0的衰变方程为SKIPIF1<0，其衰变曲线如图所示，τ为半衰期，则（）A．SKIPIF1<0发生的是β衰变B．SKIPIF1<0发生的是γ衰变C．SKIPIF1<0D．SKIPIF1<0【典例2】（2022·全国·高三专题练习）静止的SKIPIF1<0Bi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．SKIPIF1<0Bi→SKIPIF1<0Tl＋SKIPIF1<0He B．SKIPIF1<0Bi→SKIPIF1<0Po＋SKIPIF1<0HC．R1∶R2＝84∶1 D．R1∶R2＝207∶4考点二核反应及核反应类型1．核反应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\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\ar(4,2)Heβ衰变自发eq\o\ar(234,90)Th→eq\o\ar(234,91)Pa＋eq\o\ar(0,－1)e人工转变人工控制eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\ar(1,1)H(卢瑟福发现质子)eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(9,4)Be→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\ar(1,0)n(查德威克发现中子)eq\o\ar(27,13)Al＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(30,15)P＋eq\o\ar(1,0)neq\o\ar(30,15)P→eq\o\ar(30,14)Si＋eq\o\ar(0,＋1)e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容易控制eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)neq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(136,54)Xe＋eq\o\ar(90,38)Sr＋10eq\o\ar(1,0)n轻核聚变现阶段很难控制eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(1,0)n2.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(eq\o\ar(1,1)H)、中子(eq\o\ar(1,0)n)、α粒子(eq\o\ar(4,2)He)、β粒子(eq\o\ar(0,－1)e)、正电子(eq\o\ar(0,＋1)e)、氘核(eq\o\ar(2,1)H)、氚核(eq\o\ar(3,1)H)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“→”表示反应方向．【典例3】（2022·湖北·襄阳四中模拟预测）目前，我们学习过的核反应有4种类型：核衰变、核裂变、核聚变和人工核转变。下列方程属于衰变类型的是（）A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0D．SKIPIF1<0【典例4】（2022·全国·高三专题练习）在四个核反应方程中，x1、x2、x3、x4各代表一种粒子，①SKIPIF1<0H＋SKIPIF1<0H→x1；②SKIPIF1<0Be＋SKIPIF1<0He→SKIPIF1<0C＋x2；③SKIPIF1<0He＋SKIPIF1<0N→SKIPIF1<0O＋x3；④SKIPIF1<0Th→SKIPIF1<0Pa＋x4，下列判断正确的是（）A．x1为质子 B．x2为正电子C．x3为中子 D．x4为电子考点三质量亏损及核能的计算核力和核能(1)核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力．(2)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，也叫核能．(3)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．(4)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.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.核能的计算方法(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”．(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．【典例5】（2022·河北·模拟预测）由于太阳自身巨大的重力挤压，使其核心的压力和温度变得极高，形成了可以发生核聚变反应的环境。太阳内发生核聚变反应主要为：SKIPIF1<0，已知氘核的比结合能是SKIPIF1<0，氦核的比结合能是SKIPIF1<0。则该反应释放的核能约为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【典例6】（2022·辽宁·模拟预测）2020年3月2日9时12分，我国具有完全自主知识产权的三代核电“华龙一号”全球首堆——中核集团福清核电5号机组热态性能试验基本完成，为后续机组装料、并网发电等工作奠定了坚实基础。该机组正式运行后的核反应方程之一为SKIPIF1<0，下列说法正确的是（）A．该核反应中，X是质子B．该核反应属于热核反应C．SKIPIF1<0的比结合能比SKIPIF1<0的比结合能大D．该核反应的产物的结合能之和小于反应物的结合能之和一、单选题1．（2022·吉林吉林·模拟预测）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、下列释放核能的反应方程中，表述正确的是（）A．SKIPIF1<0是核裂变反应B．SKIPIF1<0是原子核的人工转变C．SKIPIF1<0是SKIPIF1<0衰变D．SKIPIF1<0是聚变反应2．（2022·全国·高三专题练习）人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核聚变的重要原料之一。氦的该种同位素应表示为（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<03．（2022·上海嘉定·二模）放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，进入匀强电场中，偏转情况如图所示，由此可推断（）A．①表示γ射线，③表示α射线B．①表示γ射线，③表示β射线C．②表示γ射线，③表示α射线D．②表示γ射线，③表示β射线4．（2022·全国·高三专题练习）正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电荷量大小相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质。1997年，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步。你推测反氢原子的结构是（）A．由一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子构成B．由一个带负电荷的反质子和一个不带电荷的中子构成C．由一个不带电荷的中子和一个带负电荷的电子构成D．由一个带负电荷的反质子与一个带正电荷的正电子构成5．（2022·全国·高三专题练习）铀原子核既可发生核衰变，也可发生核裂变。其核衰变方程为SKIPIF1<0，核裂变方程为SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c，下列叙述正确的是（）A．SKIPIF1<0发生的衰变是β衰变B．Y原子核中含有56个中子C．若提高温度，SKIPIF1<0的半衰期将会变小D．SKIPIF1<0裂变时释放的能量为SKIPIF1<06．（2022·全国·高三专题练习）放射性同位素钍SKIPIF1<0经一系列α、β衰变后生成氡SKIPIF1<0，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．每经过一次β衰变，原子核的质子数会增加1C．钍SKIPIF1<0原子核比氡SKIPIF1<0原子核的中子数少4D．钍SKIPIF1<0衰变成氡SKIPIF1<0一共经过2次α衰变和3次β衰变7．（2022·全国·高三专题练习）钴60（SKIPIF1<0Co）是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年。它发生β衰变变成镍60（SKIPIF1<0）同时放出能量高达315keV的高速电子和两束γ射线。钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于人体肿瘤的放射治疗。关于钴60，下列说法正确的是（）A．发生β衰变的衰变方程为SKIPIF1<0B．将钴60放入高温高压环境中可以加快其衰变C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收D．10g钴60经过10.54年全部发生衰变8．（2022·全国·高三专题练习）关于粒子，下列说法中正确的是（）A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用C．强子、轻子都由夸克组成D．许多粒子都存在反粒子9．（2022·全国·高三专题练习）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为SKIPIF1<0，己知SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的质量分别为SKIPIF1<0，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是（

）A．X为氘核SKIPIF1<0 B．X为氚核SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<010．（2022·全国·高三课时练习）1926年，人们首次利用放射性氡进行了示踪技术应用，后来又进行了多领域的生理、病理和药理研究。氡的放射性同位素最常用的是SKIPIF1<0，SKIPIF1<0经过m次α衰变和n次β衰变后变成稳定的SKIPIF1<0、则（）A．SKIPIF1<0，SKIPIF1<0B．衰变方程为SKIPIF1<0Rn→SKIPIF1<0He＋SKIPIF1<0PbC．SKIPIF1<0的比结合能小于SKIPIF1<0的比结合能D．通过改变温度等外部条件，可以控制放射性氡的半衰期二、填空题11．（2022·全国·高三课前预习）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，也需要能量，这就是原子核的结合能．（2）比结合能原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越___________，原子核越___________。中等大小的核的比结合能最大，最稳定．12．（2022·全国·高三课前预习）核反应（1）定义：原子核在其他粒子的轰击下产生___________或者发生状态变化的过程。（2）原子核的人工转变：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程SKIPIF1<0N＋SKIPIF1<0He→SKIPIF1<0O＋SKIPIF1<0H。（3）遵循规律：___________守恒，电荷数守恒。13．（2021·全国·高三课时练习）已知一个氢原子的质量为SKIPIF1<0，一个锂原子的质量为SKIPIF1<0，一个氦原子的质量为SKIPIF1<0。一个锂核受到一个质子轰击变为2个SKIPIF1<0粒子，核反应方程为SKIPIF1<0，根据以上信息可知，题中所给的核反应属于___________，该核反应释放的核能为___________。14．（2021·全国·高三课时练习）镭核（SKIPIF1<0）经过一系列α衰变和β衰变，变成铅核（SKIPIF1<0），则其中经过α衰变的次数是___________，镭核（SKIPIF1<0）衰变成铅核（SKIPIF1<0）的过程中损失了___________个中子。三、解答题15．（2022·山东泰安·三模）2020年12月17日，“嫦娥五号”顺利返回地球，带回1.7kg月壤。月球氦3（SKIPIF1<0He）是月球岩石样本中发现的一种储量惊人的新物质，该物质可以与氘（SKIPIF1<0H）一同参与核聚变反应，放出质子，同时释放出大量能量。已知氨3的原子质量为3.0160u，氘的原子质量为2.0140u，SKIPIF1<0He的原子质量为4.0026u，质子的原子质量为1.0078u，其中u为原子质量单位，1u相当于931.5MeV的能量。（1）试写出此核