专题77原子核物理（原卷版）

2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练专题77原子核物理导练目标导练内容目标1原子核的衰变和半衰期目标2核反应方程与核能的计算【知识导学与典例导练】原子核的衰变和半衰期1.三种射线的比较种类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)电荷量2ee0质量4mp,mp=1.67×1027kgm静止质量为零速度0.1c0.99cc在电场、磁场中偏转与α射线偏转方向相反不偏转贯穿本领最弱,用纸能挡住较强,能穿透几毫米的铝板最强,能穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱2.α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程

Z

Z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211H+

0衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒3.衰变次数的计算方法若

ZAX→Z'A则A=A'+4n,Z=Z'+2nm解以上两式即可求出m和n。4.半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言。(2)根据半衰期的概念,可总结出公式N余=N原12

tτ,m余=m原12

tτ。式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N余、m【例1】放射性同位素钍经一系列衰变后生成氡，以下说法正确的是（

）A．每经过一次衰变原子核的质量数会减少个B．的半衰期约为1分钟，所以2分钟后1g原子核就将全部衰变完C．放射性元素钍的原子核比氡原子核的中子数少个D．钍衰变成氡一共经过次衰变和次衰变【例2】当地时间2023年8月24日，日本福岛第一核电站启动核污染水排海。核污染水中的放射性元素对人类社会和海洋生态环境健康的潜在威胁难以估量，其中核反应之一为，的半衰期为28年，下列说法正确的是（）A．为中子B．在海水中，的半衰期减小C．的比结合能比的比结合能大D．50个原子核经过28年，只剩25个原子核未衰变核反应方程与核能的计算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

92238Uβ衰变自发

90234Th→91人工转变人工控制

714N

24He+4

1327Al+2(约里奥居里夫妇发现放射性同位素)

1530P重核裂变比较容易进行人工控制

92235U+01

92235U+01n轻核聚变很难控制

12H2.核反应方程的书写(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(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-1(2)掌握核反应方程遵循的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据。由于核反应不可逆,因此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。3.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/u计算。因1原子质量单位(1u)相当于931.5MeV,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。4.对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即E=mc2。方程的含义:物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系,物体的能量增大,质量也增大;物体的能量减少,质量也减少。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其能量也要相应减少,即ΔE=Δmc2。(3)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。【例3】一座大型核电站用加压水核反应堆提供动力，反应堆产生的热功率为3400MW，发电站能够产生1100MW的电能。所用燃料是的氧化铀形式的铀棒，分别放置在根燃料棒中，其中铀含量是浓缩到3%的铀235。如果每个铀235的质量为，一个铀235核裂变按释放能量200MeV估算，下列说法正确的是（

）A．该电站每天发生裂变的铀235质量约为3.6kgB．核裂变反应中释放了大量能量，反应后产物的比结合能减小C．该反应又称为热核反应D．反应堆中的镉棒可以将“快中子”变成“慢中子”，从而控制链式反应速度【例4】在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是（）A．原子核可能发生的是衰变，也可能发生的是β衰变B．径迹2可能是衰变后新核的径迹C．若是衰变，则1和2的径迹均是逆时针方向D．若衰变方程为，则r1：r2=1：45【综合提升专练】1．原子核静止时有的可能发生衰变，方程为，并放出能量为的光子。已知、和的质量分别记为和，衰变放出光子的动量可忽略，该过程释放的核能除去光子的能量外全部转化为和的动能。在匀强磁场中衰变产生的和，两者速度方向均与磁场垂直，做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（

）A．和在磁场中匀速圆周运动轨迹为内切圆B．的比结合能大于的比结合能C．生成物的总动能为D．的动能为2．硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入肿瘤细胞内的硼核（）吸收慢中子，转变成锂核（）和X粒子，并释放出γ光子。已知γ光子的能量为E0，普朗克常量为h，真空中的光速为c，原子核比结核能与质量数关系图像如图所示，则下列说法正确的是（）A．该核反应属于β衰变 B．γ光子的动量为C．X粒子为 D．硼核的结合能大于X粒子的结合能3．秦山核电站生产的核反应方程为，其产物的衰变方程为。下列说法正确的是（）A．X是HB．C可以用作示踪原子C．来自原子核外D．经过一个半衰期，10个将剩下5个4．镅243（）是一种具有强放射性的元素，发生衰变的同时会释放出射线，常作为测厚仪的放射源。发生衰变后生成镎239（Np），Np很不稳定，其半衰期为2.3天，Np发生衰变后会生成原子能工业的一种重要原料钚239（Pu）。下列说法正确的是（

）A．射线、射线和射线中，射线的电离作用最强B．镅243的原子核比钚239的原子核多1个质子C．钚239的比结合能大于镎239的比结合能D．100个镎239原子，经过4.6天还有25个没有发生衰变5．静止在O点的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A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图虚线所示，不计重力和两粒子间的相互作用，下列说法正确的是（）A．A、B两粒子均带正电B．原子核发生的是α衰变C．A粒子为D．衰变后瞬间A、B粒子速度比为5:26．（，代表亚稳态同位素）是目前最广泛使用的核医药物，可用于甲状腺、骨骼、心肌、脑部等扫描检查。如图所示，铀核分裂得到的钼99（）衰变成，其过程为：（为不带电荷且质量非常小或近乎零的反微中子），接着将取出，并由注射或口服等方法送入人体内，在特定器官或组织发生衰变，其过程为：，释放出射线作为医学检测分析的讯号。下列有关此核医药物的叙述正确的是（）A．和两者具有相同的化学性质B．衰变成过程中产生的是电子C．衰变半衰期越长，医学检测分析效果越明显D．射线为核外电子从高能级向低能级跃迁时放射的光子7．2022年7月5日和7月6日，“嫦娥四号”任务“玉兔二号”月球车和着陆器分别完成休眠设置，完成第44月昼工作，进入第44月夜休眠。月球车采用同位素电池为其保暖供电，是人工放射性元素，可用吸收一个中子得到。衰变时只放出射线，其半衰期为88年，已知的质量为，的质量为，则下列说法正确的是（

）A．吸收一个中子得到时，还要释放一个电子B．衰变时放出射线的衰变方程为C．月球昼夜温差大，在白天的衰变速度比在夜晚快D．衰变为释放的能量为8．2020年11月8日，我国核潜艇第一任总设计师、中国工程院院士彭士禄荣获第十三届光华工程科技成就奖．核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，其中一种核反应方程式为，下列说法正确的是（

）A．X有54个质子，68个中子B．X的比结合能比铀核的小C．释放的核能与质量亏损成正比D．该核反应属于链式反应，每次生成的会使其他铀核连续不断地发生裂变9．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，即。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，若原子核X的半衰期为，平均核子质量大于，则（

）A．X是 B．X的比结合能小于C．中微子的能量由质子数减少转变而来 D．再经过，现有的原子核X全部衰变10．如图所示我国自主三代压水堆核电“华龙一号”示范工程，在2022年3月25日全面建成投运。“华龙一号”利用核裂变发电，其中一种典型的核反应方程是，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用分别表示核的质量，反应中释放的核能为，c为真空中的光速。关于该核反应，下列说法正确的是（

）A．X为中子，B．X粒子的质量为C．的比结合能比和的都小D．可利用普通水作为慢化剂减慢裂变反应速度11．2021年12月中国科学院等离子体物理研究所发布了一条核聚变领域的突破性消息：EAST全超导托卡马克装置（东方超环）实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。在聚变反应中，一个氘核（）和一个氚核（）结合为一个氦核（），并放出一个X粒子，同时释放能量，关于核聚变下列说法正确的是（）A．X粒子是中子B．高温剧烈的热运动使原子核有足够的动能克服库仑斥力发生聚变C．氚核的比结合能大于氦核的比结合能D．若该装置每秒释放的能量为，则每秒参与反应的氘核和氚核质量约为12．铀235裂变的一种典型裂变方程是。如图为原子核的比结合能与质量数的关系图，下列说法正确的是（）A．X粒子是电子B．X粒子是中子C．由于核的核子数比大很多，所以核的结合能更大D．由于核的比结合能小于核的比结合能，所以核更稳定13．2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福岛第一核电站的核废水。核废水中的发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为Q。设的比结合能为，的比结合能为，X的比结合能为，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（）A．在该核反应方程中，X表示e粒子B．该核反应过程中放出的能量C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为D．若把X粒子射入匀强磁场中，它一定受到洛伦兹力作用14．1898年，居里夫妇发现了一种能够发出很强射线的新元素钋（），为此居里夫人获得了诺贝尔化学奖。现把原子