第十六章 第2讲 原子核

第十六章近代物理单击此处添加副标题第2讲原子核考点1原子核的衰变及半衰期考点2核反应方程与核能的计算考点3核反应与动量守恒

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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.4.了解人类对物质结构的探索历程.核心考点五年考情原子核的衰变及半衰期2023：广东T1，海南T1，浙江1月T9；2022：浙江6月T14；2021：山东T1，广东T1，河北T1，湖南T1，全国

甲T17，全国乙T17，重庆T2，上海T13核心考点五年考情核反应方程与核能的计算核反应与动量守恒的综合问题2019：浙江4月T15核心素养对接1.物理观念：了解原子核的结构和特点，能说明原子核的衰变、裂变、聚变和放射

现象；掌握核衰变、核反应等规律；更好地形成物质观念、运动与相互作用观念

及能量观念.2.科学思维：运用守恒思想分析原子物理问题；通过推理、类比思维认识核力和结

合能.3.科学态度与责任：知道科学技术的应用对人类生活和社会发展的积极影响，但同

时也会带来一系列问题，人类必须尊重自然，遵循自然规律.命题分析预测高考主要考查天然放射现象、核反应和核能等.主要为选择题形

式，可能单独考查，也可能结合磁场等综合考查，涉及动量问题

时有可能会以计算题形式出现.试题往往灵活多变，且常与最新

时事相结合，考查对相关知识的理解和应用.

考点1原子核的衰变及半衰期

质子质子数2.天然放射现象放射性元素[3]

地发出射线的现象，首先由[4]

发现.天然放射

现象的发现，说明[5]

具有复杂的结构.自发贝克勒尔原子核3.三种射线的比较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)带电荷量2e－e0质量4mp静止质量为零符号[6]

⁠γ速度可达0.1c可达0.99cc

α射线β射线γ射线垂直进入电场或磁场的偏转情况偏转偏转[7]

⁠穿透能力最弱较强最强对空气的电离作用很强较弱最弱不偏转

γ射线5.半衰期公式影响

因素由核内部自身的因素决定，与原子所处外部条件和化学状态无关，不同元

素的半衰期不同.适用

条件半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少数原

子核没有意义.6.放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有[9]

放射性同位素和[10]

⁠放射性同位素两类，

同种元素的放射性同位素的化学性质相同.(2)应用：消除静电、工业探伤、作为示踪原子等.(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害.天然人工

1.居家装修中经常用到的花岗岩都不同程度地含有放射性元素(含铀、钍等)，会释

放出α、β、γ射线，这些射线如果过量会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病.根

据有关放射性知识判断下列说法的正误.(1)α射线是发生α衰变时产生的，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4.

(✕)(2)β射线是发生β衰变时产生的，新核与原来的原子核相比，质量数减少了1.

(✕)(3)γ射线是发生γ衰变时产生的，新核与原来的原子核相比，中子数减少了1.

(✕)(4)在α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强、电离能力最弱.

(

√

)✕✕✕√(5)β衰变中的电子来源于原子核外电子.

(✕)(6)发生β衰变时，新核的电荷数不变.

(✕)(7)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.

(✕)✕✕✕

命题点1原子核的衰变1.[2021全国甲]如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的

原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为(

A

)A.6B.8C.10D.14A

方法点拨确定衰变次数的方法

命题点2半衰期的理解与应用

C[解析]命题拓展命题情境不变，设问拓展[2024武汉部分校调研]2023年8月24日，日本政府启动了福岛核污染水排海计划.核

污染水中含有60余种放射性物质，这将对全球海洋环境和人类健康造成难以估量的

影响.关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是(

C

)A.放射性元素的原子核经过两个半衰期后，将完全衰变殆尽B.放射性元素的原子核经过一个半衰期后，数目一定减为原来的一半C.同种放射性元素在不同化学状态下其半衰期不变D.将核污染水升温加压后，可以缩短放射性元素的半衰期C

考点2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举例衰变α衰变自发β衰变自发人工转变人工控制类型可控性核反应方程举例重核裂变反应时可以通过核

反应堆控制应用：核电站、原子弹轻核聚变目前实验中通过激

光或者超强磁场进

行控制应用：人造太阳、氢弹2.核反应方程式的书写

(2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，[11]

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.电荷数3.核力和核能(1)核力：核力是[12]

，作用范围只有约10－15m；每个核子只跟它邻近的

核子间有核力作用.(2)结合能：核子结合为原子核时[13]

⁠的能量或原子核分解为核子时

[14]

⁠的能量，原子核的结合能与原子核大小有关，原子核越大，结合能

[15]

⁠.(3)比结合能：原子核的结合能与[16]

之比.不同原子核的比结合能不同，

原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越[17]

⁠，原子核越

[18]

.自然界中最稳定的原子核是[19]

⁠.短程力释放吸收越大核子数牢固稳定铁原子核(4)核反应中如果放出能量，生成物的原子核的总的结合能会[20]

⁠反应物的

原子核的总的结合能，结合能的增量等于放出的能量.(5)爱因斯坦质能方程：E＝mc2，ΔE＝Δmc2.核反应中如果放出能量，则反应前后质

量有亏损，放出的能量与质量亏损成正比.大于

[答案]

263.1年

[答案]

26.6MeV[解析]因电子质量远小于质子质量，计算中可忽略不计，核反应质量亏损Δm＝

4mp－mα＝4×1.0078u－4.0026u＝0.0286u，释放的能量ΔE＝Δmc2＝0.028

6×931.5MeV＝26.6MeV.4.核能的计算方法ΔE＝Δmc2Δm单位是kg，c单位是m/s，ΔE单位是JΔE＝Δm×931.5MeVΔm单位是u，ΔE单位是MeV根据核子比结合能计算原子核的结合能＝核子比结合能×核子数提醒比结合能是原子核的结合能与核子数之比，也叫平均

结合能.结合能大，比结合能不一定大，比结合能越

大，原子核越稳定

A新核选项正误12(是4的整数倍)A对22(不是4的整数倍)B错10(不是4的整数倍)C错17(不是4的整数倍)D错命题点2质量亏损及核能计算

A.质量亏损Δm＝4.02178uB.释放的核能ΔE＝(m1＋m2－2m3)c2C.铍原子核内的中子数是5D.X表示的是氚原子核B[解析]核反应过程的质量亏损Δm＝m1＋m2－2m3＝0.02027u，A错误；核反应过

程释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－2m3)c2，B正确；由质量数守恒和电荷数守恒

可知铍原子核的质量数为8，核电荷数为4，中子数为4，故铍原子核蜕变为质量数

为4，核电荷数为2的两个粒子，故X为α粒子，C、D项错误.

A.衰变方程中的X等于233C

考点3核反应与动量守恒的综合问题

α衰变

两圆外切，α粒子做匀速圆周运动的轨迹半

径大.β衰变

两圆内切，β粒子做匀速圆周运动的轨迹半

径大.

234

92

A.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能A

(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小.

(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，真空

中的光速为c，求衰变过程的质量亏损Δm.

设衰变后新核Y的速度大小为v'，系统动量守恒，有

热点12核技术在社会生活中的应用了解核技术应用对人类生活和社会发展的影响.如秦山核电站、医学治疗、利用

半衰期测定年份较近的湖泊沉积物的形成年份等.这些素材是未来高考命题的热

点素材之一.

1.[2023湖南]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

)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C.核聚变的核反应燃料主要是铀235D.核聚变反应过程中没有质量亏损A12345[解析]相同质量的核燃料，轻核聚变要比重核裂变质量亏损更多，根据爱因斯坦

质能方程可知，轻核聚变释放的核能更多，A对，D错；根据核反应过程中质量数守

恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的产物之一为中子，而不是电子，B错；铀235为

核裂变的主要燃料，C错.12345

B.β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子D12345

123453.[硼中子俘获治疗/2021北京]硼(B)中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之

一.治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高

杀伤力的α粒子和锂(Li)离子.这个核反应的方程是(

A

)

A123454.[秦山核电站/2022浙江1月/多选]2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30

周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨.为了提高能

源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热.下列说法正确的是(

CD

)A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kgC.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度CD12345

12345

A.X是质子，质子是卢瑟福通过实验最先发现的D.该核反应中，X的速度不能太快，否则铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变D12345

12345

1.[核反应方程/2023北京]下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是(

A

)

A123452.[核聚变＋核反应方程/2023天津]关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是

(

A

)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A12345

12345

A.Y是氦核B.Y是质子C.再经过72万年，现有的铝26衰变一半D.再经过144万年，现有的铝26全部衰变

C12345

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νe的电荷量与电子的相同A12345

123455.[原子核衰变与动量守恒定律/浙江高考/多选]静止在匀强磁场中的原子核X发生α

衰变后变成新原子核Y.已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质

量分别为mX、mY和mα，α粒子在磁场中运动的半径为R.

则(

AC

)B.核Y的结合能为(mX－mY－mα)c2AC12345

12345

1.[2024福建宁德一中模拟]核能是一种重要的能量来源，我国目前正式投入运营的

核电站利用的核反应是(

A

)A.重核裂变，核燃料为铀B.重核聚变，核燃烧为铀C.轻核裂变，核燃烧为氘D.轻核聚变，核燃料为氘[解析]我国目前运营的核电站是利用重核裂变获得能量的，核燃料为铀，故A正

确，B、C、D错误.A1234567891011121314

A.Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强B.Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强C.Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强D.Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强D1234567891011121314

射线种类穿透能力电离能力α射线弱(能被纸张挡住)强γ射线强(能穿透几厘米厚的铅板)几乎为零[解析]

α射线与γ射线的比较如表所示→D对，C错12345678910111213143.下列核反应方程，表述正确的是(

D

)

D1234567891011121314

A.Z＝1，A＝1B.Z＝1，A＝2C.Z＝2，A＝3D.Z＝2，A＝4D1234567891011121314

[解析]

[光速解法]通过第二个核反应方程可知，2A＞7，所以A＞3.5，排除A、B、C项，

快速选出D项.12345678910111213145.[2024湖北“宜荆荆恩”起点考试]宇宙射线撞击空气中的氮原子能产生碳14原子.

碳14具有放射性，衰变方式为β衰变，半衰期为5730年.关于一个碳14原子的衰变，

以下说法正确的是(

D

)A.碳14衰变时放出的β射线是电磁波B.只有在温度很高时这个碳14原子才会衰变C.碳14以化合物形式存在时，半衰期会发生改变D.经过5730年，这个碳14原子不一定会衰变D1234567891011121314

1234567891011121314

B.衰变方程中的X为中子C.该衰变过程释放的核能为(m1＋m2＋m3)c2D.该衰变过程释放的核能为(m1－m2－m3)c2D1234567891011121314

[解析]

ΔE＝Δmc2⇒ΔE＝(m1－m2－m3)c2，C错，D对12345678910111213147.[2023全国乙]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1048J.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3×108m/s)(

C

)A.1019kgB.1024kgC.1029kgD.1034kg

C12345678910111213148.[多选]原子核的比结合能曲线如图所示.根据该曲线，下列判断正确的有(

BC

)

BC1234567891011121314

A.α衰变的次数为4次B.β衰变的次数为6次C.衰变过程中产生的α粒子比β粒子在空气中传播得近D.某次衰变中，会同时放出一个α粒子和β粒子C1234567891011121