2024年高考物理总复习第一部分知识点梳理第十六章近代物理第2讲原子核

第2讲原子核

整合教材-夯实必备知识

一、天然放射现象（选三第五章1、2节）

原子序及大于83的孔春，

都能发生火火放豺现象。

1.天然放射现象

⑴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。

⑵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指

昆

②应用：消除静电、工业探伤、用作示踪原子等。

③防护：防止放射性对人体组织的伤害。

2.原子核的组成：原子核是由质壬和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。

3.原子核的衰变

⑴衰变：原子核放出a粒子或B粒子，变成另一种原壬核的变化。

⑵分类

人.4234

a衰变:我一22丫+:幽，如第8U-9。Th+$He

B衰变号X》；+]Y+.]%,如锯打2”底小

⑶实质

0Ya

②

a射线为高速氮核流,速度为光速的看；B射线为高速电子流,速度为光速的99%；Y射线为光

子（电磁波）O

半蓑期是一个统计规律，是好大

一…，量的原子核衰变规律的您结。

⑷半衰期：放射性元素的原子核有生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（选三第五章3、4节）

1.核能

⑴结合能：核子结合为原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，也称核能。

⑵比结合能

①定义：原子核的结合能与蚯数之比，也叫平均结合能。

②物理意义：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越太，表示原子核中核子结合得

越牢固，原子核越稳定。

⑶质能方程、质量亏损：爱因斯坦质能方程后醒,原子核的质量必然比组成它的核子的质量

和要小△/〃，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能△层A虚。

2.获得核能的途径

⑴重核裂变

①定义：铀核在被中子轰击后分裂成质量差不多的两部分的核反应。

②特点：裂变过程中能够放出巨大的能量；同时放出2々（或更多）个中子；裂变的产物不是唯一

89

的。典型的裂变方程啜51；+柄->36奸+第41^+3色。

⑵轻核聚变

①定义：两个轻核结合成质量较大的核的核反应。轻核聚变反应必须在通温下进行，因此又叫

热核反应。

②优点:a.产能效率高；b.聚变材料的储量丰富;C.更为安全、清洁。

③典型的聚变方程：

204r

1H+?H->2He+Jn+17.6MeV,

【质疑辨析】

角度1天然放射现象

⑴贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核具有复杂结构。（V）

⑵B衰变和光电效应中产生的电子，都来源于核外电子。（X）

⑶Y射线本质是光子，是伴随着a衰变或B衰变产生的。（V）

⑷如果某放射性元素的原子核有1000个，经过一个半衰期后还剩500个。（X）

⑸将某放射性元素由地球转移到月球上，其半衰期可能变化。（X）

角度2核反应和核能

⑹质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。（X）

⑺原子核的比结合能随着原子序数的增大而增大。（X）

⑻重核裂变和轻核聚变是两个典型释放核能的反应。（V）

精研考点-提升关键能力

考点一原子核的衰变及半衰期（核心共研）

【核心要点】

1.三种射线

名称构成符号电荷量质量电离作用穿透能力

最弱（在空气中只能前

a射线氮核卯e+2e4u最轻

进几厘米）

1较强（能穿透几毫米厚

0---u

B射线电子.1e-e较强

1836的铝板）

最强（能穿透几厘米厚

Y射线光子Y00最弱

的铅板）

2.衰变规律

衰变类型a衰变B衰变

AA・4AAn

衰变方程"、2丫+血2z+产.1e

2个质子和2个中子结合成一个整体1个中子转化为1个质子和1个电

衰变实质射出子

2；H+2§nf：He

aj—

为强磁场中轨迹

分布01

两圆外切，a粒子运动半径较大两圆内切，B粒子运动半径较大

衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒

3.对半衰期的理解：

⑴半衰期是大量原子核衰变时遵循的统计规律,对个别或少量原子核，无半衰期可言。

⑵根据半衰期的概念，可总结出公式庆/〃j原（芋。式中川原、/〃源表示衰变前的放

射性元素的原子数和质量，八4、/〃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，E

A.%8,/T=6B.ZZT=6,n=S

C.nr=4,n=10D./n=2,n=12

【解析】选A。衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒，则有238=206+4〃汁〃X0,92=82+2〃L〃,

联立解得〃尸8,ZF6,故选Ao

角度3衰变与力学综合问题

［典例3］（多选）（2024•宁德瑛拟）静止在。点的14C原子核发生衰变的同时，空间中加入如图

所示的匀强电场。之后衰变产物48两粒子的运动轨迹如如图中虚线所示，不计重力和

两粒子间的相互作用，下列说法正确的是（）

A.A、4两粒子均带正电

B.KC原子核发生的是。衰变

C4粒子为我Be

D.衰变后瞬间4夕粒子速度比为5：2

【解析】选A、B、Co根据48两粒子的运动轨迹，可知其所受电场力均与电场方向相同，4

6两粒子均带正电2气原子核发生的是。衰变，故A、B正确；根据从8两粒子的运动轨迹，该

10

核反应方程为段Cf4Be+eHe,衰变过程动量守恒有例匕-/如疗0,可知质量越大，速度越小出Be

的初速度小于卯e的初速度，粒子在磁场中做类平抛运动，则有尸爪尸黑/，解得产黑，可

知当两粒子竖直方向的位移相等时,：°Be粒子的水平位移较小,4粒子为：°Be,故C正确。衰变

过程动量守恒有如匕-皈所0,可得衰变后瞬间4、8粒子速度比为匕।：疗2:5,D错误。

【备选例题】

（多选）（2023•赣州模拟）某空间为真空环境，存在磁感应强度大小为反方向竖直向下的

足够大的匀强磁场区域，一钵核/9Pli静止在磁场中的0点，某时发生衰变，生成新核登句和a

粒子，其中质量为4勿、电荷量为2。的a粒子以动量大外2沿水平向右运动，若衰变释放的核

能全部转化为两种粒子的动能，且两粒子运动中只受匀强磁场的洛伦兹力作用，下列说法正确

的是（）

O

B

235

A.钵衰变时的核反应方程式为器9PU->92U+和e

B.衰变过程中质量亏损约为《J

184mc2

C.新核和a粒子的运动半径之比约为46：1

D.新核的5U与a粒子做匀速圆周运动的周期之比约为235：184

【解析】选A、Do根据后量数守恒、电荷数守恒可知钵衰变时的核反应方程式为

235

卷叩口-92U+和e,A正确；根据动量守恒可知新核与a粒子动量大小均为.利用动量和动能

之间的关系可知瓦芸•惹,凡4・；,根据质能方程可知亏损的质量△炉里?二离错

2235m24mc21880mc2

误;根据行叱，可得片等胃，由于新核与Q粒子动量大小均为p,因此八：r.=2q:92</=1:

rqBqB

235m

46,C错误；根据可知新核能5U与a粒子做匀速圆周运动的周期之比詈二等鲁,D正确。

考点二核反应及核反应类型（基础自悟）

【核心要点】

1.核反应的四种类型

类型可控性核反应方程典例

衰a衰变自发笋U-：飞+抽

90N

234o

变B衰变自发品Th-91Pa+_1e

17

/N+和。一只O0+犯（卢瑟福发现质子）

和e+邪e-：c+M（查德威克发现中子）

人工转变人工控制

卷A1+卯ef猾P+/约里奥・居里夫妇发现放射性同

得P-：：Si+把位素，同时发现正电子

比较容易第5u+/f"Ba+羽Kr+3新（核电站提供核能的原理）

重核裂变

控制才U+E；：Xe+密r+10M

轻核聚变（热4

ALA很难控制汨+在一,Hc+新（太阳通过热核反应向外释放能量）

核反应）

2.核反应方程式的书写：

⑴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（犯）、中子Gn）、。粒

子（eHe）、B粒子C「e）、正电子（褪）、笊核（犯）、盆核。H）等。

⑵核反应过程遵循两个守恒：

①质量数守恒;②电荷数守恒。

⑶由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“一”表示反应方向，而不能用“二二

【题点全练】

角度1核反应的类型

L（2023•天津和平区模拟）新中国成立后，我国无数科技工作者以全世界独一无二的热情及艰

苦奋斗的精神投入核武器的研制工作之中，终于在1964年、1967年分别成功爆炸我国第一颗

原子弹和第一颗氢弹。下列核反应方程可表示氢弹的爆炸原理的是（）

A.WHef：0+；H

235

C

B.>2U+0n->38Sr+546Xe+100n

234

c238u

S2

9oTh

4

D.?H+?H-2He+Jn

【解析】选D。A项是发现质子的核反应方程，不符合题意;B项是重核裂变方程，对应原子弹

爆炸的核反应方程，不符合题意;C项是原子核衰变方程，不符合题意;D项是氢核聚变方程，对

应氢弹爆炸的核反应方程，故D符合题意。

2.重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，关于裂变和聚变，下列叙述正确的是

（）

A.裂变过程有质量亏损，聚变过程无质量亏损

4

B.核聚变反应方程在1+小-2呢+*中,X表示电子

C.裂变释放能量，聚变吸收能量

D.氢弹的核反应属于聚变，原子弹的核反应属于裂变

【解析】选Do裂变和聚变熬释放出巨大能量，都伴随着质量的亏损，故A、C错误;核聚变反

4

应方程包+汨-2也+和中，X表示中子,B错误；原子弹的核反应属于裂变，氢弹的核反应属于

聚变，故D正确。

【加固训练】

（多选）核反应是指入射粒子（或原子核）与原子核（称靶核）碰撞导致原子核状态发生变化

或形成新核的过程。科学家发现，核反应3gHe-;）+7.27MeV,将氮核©He）转化为碳核（记。，

下列说法正确的是（）

A.该核反应前后有质量亏损

B.该核反应前后的核子数减少

C.氮核的比结合能大于碳核的比结合能

D.—个碳核的中子数为6

【解析】选A、Do该核反应有能量放出，根据质能方程可知该核反应前后质量有亏损,A正确;

根据质量数守恒可知，核反应中的核子数保持不变，B错误；该核反应释放能量，表明生成核比

反应核更加稳定，而比结合能越大，原子核越稳定，因此碳核的比结合能大于氨核的比结合

能,C错误；一个碳核的中子数为12-6二6用正确。

角度2核反应方程的书写

3.（2022•湖北选择考）上世纪四十年代初，我国科学家王澄昌先生首先提出证明中微子存在的

实验方案：如果静止原子核部e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v

。，即犯。+°^°e->X+gveo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.原子核X是

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V,的电荷量与电子的相同

【解析】选A。根据质量数守恒和电荷数守恒有，X的质量数为7,电荷数为3,可知原子核X是

pi,A正确、C错误；由选项A可知，原子核X是复i,则核反应方程为部2+°皆e-：Li+gv

e,则反应前的总质子数为4,反应后的总质子数为3,B错吴；中微子不带电，则中微子V。的电荷

量与电子的不相同，D错误。

角度3重核裂变和轻核聚变

4.（2023•湖南选择考）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.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.笊瓶核聚变的核反应方程为包+汨一到c+.Jc

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】选A。对于相同质量的核燃料，轻核聚变产生的核能比重核裂变产生的核能更多，A正

确;根据质量数守恒和核电荷数守恒可知，笊京核聚变的核反应方程为tHe+Jn.B错

误;核聚变的核反应燃料主要是笊核和氤核,C错误;核聚变反应过程中放出大量能量，有质量

亏损，D错误。故选A。

【加固训练】

235

在如图所示的核反应堆中，用中子轰击92生成更稳定的黑Kr、56Ba和粒子X,可实现

可控的链式反应以释放核能，镉棒能很好地吸收热中子。下列说法正确的是（）

小棒

石！

镉露

防护层

核反应堆结构

A.粒子X为质子

B.该核反应与太阳上主要进行的核反应相同

C.该核反应为重核的裂变

D.115U的质量比弱Kr与劈Ba的总质量小

OQ

【解析】选Co我们写出核反应方程为/+的5[Jf"Kr+公，Ba+X,根据电荷数守恒和质量数守

恒，可以计算出X的电荷数为0,质量数为3,是3个中子，故A错误;该反应为核裂变，而太阳上

主要进行的是轻核聚变，不是同种核反应,B错误,C正确；裂变过程会释放出核能,有质量亏损,

故D错误。

考点三质量亏损及核能计算（核心共研）

【核心要点】

1.爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量

和能量之间的转变关系。以下几点要明确：

⑴物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静止质量

转化为和辐射能量有关的运动质量。

⑵在核反应中仍然遵守质量守恒和能量守恒定律。

⑶质量只是物体具有能量多少及能量转化多少的一种量度。

2.核能计算的方法

⑴根据计算时,△力的单位是“kg”，。的单位是Q/s”,△夕的单位是“J”。

⑵根据A层△=X931.5MeV计算时，△加的单位是“u”，△夕的单位是“MeV”。

⑶根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能二核子比结合能X核子数。

（4）应用阿伏加德罗常数计算核能：根据物体的质量力和摩尔质量"由炉求出物质的量，并求

出原子核的个数:「忙N炉风m由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放日或吸收的

能量笈（或直接从题目中找出瑜;再根据尼A瓦求出总能量。

【典例剖析】

角度1结合能和比结合能

［典例4］硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术。硼核（”B）进入癌细胞后，吸收中子转变成锂核

和a粒子。已知质子的质量为外，中子的质量为偏,锂核的质量为M真空中的光速为c。则锂

原子核的比结合能为（）

/、,（3纵+4圈一.防c

4

B.；（3纵+4卬「奶c~

C」（加3幽厂4偏）c~

4

D.，加3偏-4加c

【解析】选Bo根据质量数和电荷数守恒，可知硼核吸收中子发生的核反应方程为

7

Ji+罚e,锂核［Li）分解成3个质子和4个中子，吸收的能量△后△

•3

〃心2二（3得+4〃仁助占锂（'i）原子共有7个核子，故锂原子核的比结合能为一二33偏+4偏-防片故

选B。

角度2利用质能方程求解核能

[典例5]（2023•长沙模拟）1919年，卢瑟福用a粒子轰击氮原子核（尹2发现了质子，首次实现

了原子核的人工转变。已知核反应释放的能量全部转化成了铲0和质子的动能，/N,70,a粒子,

质子的质量分别为01、色，加3,例，真空中的光速为C,则（）

17

A.发现质子的核反应方程是/N+：He-&O+?n

B.释放的核能等于和质子的总动能

C.释放的核能等于（股+如-⑶-加c

D.释放核能的原因是，。的结合能大于/N和Q粒子总的结合能

【解析】选D。发现质子的核反应方程是尹N+和故A错误；核反应释放核能的原因

是的结合能大于/N和。粒子总的结合能，释放的核能等于（m+加-您-阳）上也等于反应后

¥0和质子总动能与反应前/N和。粒子总动能之差，故B、C错误,D正确。

角度3核反应中能量和动量守恒

[典例6]（2023•东莞模拟）如图所示是原子核器6Ra发生Q衰变的能级图瀚6Ra经凡衰变直接

变至馥2网基态，或者衰变至一个激发态丝2加・①，然后通过释放一个光子衰变至第加基态。

若226

88

222

A.盥6Ra原子核的比结合能大于86原子核的比结