新高考物理二轮复习——核反应与核能学案

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热点突破
命题点1 原子核的衰变及半衰期
考题示例1
（2025·安徽·历年真题）2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核（）俘获x个中子（），共发生y次β衰变，转化为易裂变的铀核（），则（ ）
A．x＝1，y＝1B．x＝1，y＝2C．x＝2，y＝1D．x＝2，y＝2
答案：B
解析：根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数加1，电荷数不变，每发生一次β衰败，质量数不变，电荷数加1，钍核变成铀核，质量数加1，电荷数加2，则俘获1个中子，发生2次β衰败，即x＝1，y＝2。
故选B。
跟踪训练1
（2025·河南·历年真题）由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素和。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知和的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现和的总原子个数经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中 和 的原子个数比约为（ ）
A．1∶4B．1∶2C．3∶4D．1∶1
答案：B
解析：设采集时大气中有x个原子和y个原子，由于的半衰期为139万年，故经过106天后原子的衰变个数可以忽略不计，的半衰期为53天，故经过106天后剩余数量为，由题干条件列示如下，解得。B正确。
反思提升
1．理清知识体系
2．α衰变和β衰变的衰变次数的计算方法
方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变量确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。
方法二：设α衰变次数为x， β衰变次数为y， 根据质量数和电荷数守恒列方程组求解。
命题点2 核反应方程与核能的计算
考题示例2
（2024·浙江·历年真题）已知氘核质量为2.0141 u，氚核质量为3.0161 u，氦核质量为4.0026 u，中子质量为1.0087 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 ml－1，氘核摩尔质量为2g·ml－1，1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（ ）
A．核反应方程式为＋→＋
B．氘核的比结合能比氦核的大
C．氘核与氚核的间距达到10－10 m就能发生核聚变
D．4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
答案：D
解析：A．核反应方程式为＋→＋，故A错误；
B．氘核的比结合能比氦核的小，故B错误；
C．氘核与氚核发生核聚变，要使它们间的距离达到10－15 m以内，故C错误；
D．一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损
Δm＝(2.0141＋3.0161－4.0026－1.0087) u＝0.0189 u
聚变反应释放的能量是ΔE＝Δm·931.5 MeV≈17.6 MeV
4 g氘完全参与聚变释放出能量E＝×6×1023×ΔE≈2.11×1025 MeV
数量级为1025 MeV，故D正确。
跟踪训练2
（2025·福建·历年真题）（多选）核反应方程为＋→＋＋17.6 MeV，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转化为与的动能，则（ ）
A．该反应有质量亏损B．该反应为核裂变
C．获得的动能约为14 MeVD．获得的动能约为14 MeV
答案：AC
解析：A．核反应过程中质量数守恒，但质量是有亏损的，A正确；
B．该反应是核聚变反应，B错误；
CD．在真空中，该反应满足动量守恒定律，由于相撞前氘核与氚核动量大小相等，方向相反，系统总动量为零。故反应后氦核与中子的动量也大小相等，方向相反。由动能和动量的关系式Ek＝，得反应粒子获得的动能之比为，反应后两个粒子获得的总动能为17.6 MeV，则可得获得的动能Ekn＝×17.6 MeV＝14.08 MeV，获得的动能EkHe＝×17.6 MeV＝3.52 MeV，C正确，D错误。故选AC。
反思提升
1．核反应的四种类型
2．核反应方程的书写技巧
（1）熟记基本粒子的符号：质子（）、中子（）、α粒子（）、β粒子（）、正电子（）、氘核（）、氚核（）等。
（2）牢记两个“守恒”：核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒。
3．计算核能的四种方法
（1）根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2。
（2）根据1原子质量单位（u）相当于931.5兆电子伏（MeV）能量，1 u＝931.5 MeV/c2，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。
（3）根据平均结合能来计算核能：原子核的结合能＝平均结合能×核子数。反应前后原子核的结合能之差即释放（吸收）的核能。
（4）如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。
命题点
考频统计
命题特点
核心素养
原子核的衰变及半衰期
2025年：内蒙古T8 福建T6
云南T1 湖南T1 湖北T1
河南T6 北京T13 安徽T1
2024年：全国甲T1 山东T1
广东T2 广西T4 江苏T3
甘肃T1 湖北T2 福建T1
浙江1月T7 浙江6月T4
河北T1 海南T2 北京T1
本专题主要讲解原子核的两类衰变规律、半衰期、核反应方程以及核能的计算等问题，考试多以选择题的形式命题，命题背景新颖，难度一般；主要考查学生对于知识的理解和应用能力。
物理观念：
掌握原子核的衰变和人工转变以及核能的计算，会结合实际生活进行分析。
核反应方程与核能的计算