2027年高考物理一轮复习 突破练习含答案100-课时作业85 原子核 核能（教用）

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1．天然放射现象通常会放出三种射线，即α 射线、β 射线、γ 射线，关于这三种射线，以下说法正确的是（ ）
A. 云室中α 射线径迹直而清晰，这是因为α 射线具有较强的穿透能力
B. β 射线是高速质子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板
C. γ 射线是能量很高的电磁波，在电场和磁场中都不偏转，难以用云室观察γ 射线的径迹
D. 用β 射线照射带正电的验电器，则验电器的张角会变大
【答案】C
【解析】云室中α 射线径迹直而清晰，是因为α 射线电离能力强导致路径上产生大量离子，形成粗短径迹，其穿透能力实际较弱，故A错误；β 射线是高速电子流，其穿透能力较强，很容易穿透黑纸，可穿透几毫米厚的铝板，故B错误；γ 射线为高能电磁波，不带电，在电磁场中不偏转，其电离能力极弱，几乎无法在云室中形成可见径迹，故C正确；β 射线是高速电子流，带负电，照射带正电的验电器会中和正电荷，导致张角变小，故D错误。
2．（2025·江苏泰州模拟）月壤中含有大量的​23He，​23He是一种清洁、安全和高效的核聚变发电的燃料，发生聚变的核反应方程是​23He+​12H→​24He+X，以下说法正确的是（ ）
A. X是中子
B. X是正电子
C. ​23He的结合能比​24He的结合能大
D. ​23He的比结合能比​24He的比结合能小
【答案】D
【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可知X是质子，故A、B错误；结合能的大小由质量数决定，​23He的结合能比​24He的结合能小，故C错误；原子核越稳定，比结合能越大，​23He的比结合能比​24He的比结合能小，故D正确。
3．磷32是磷的一种放射性同位素，在农业研究中常用作示踪原子。将含磷31的材料置于反应堆中辐射，反应产生的磷32会混于稳定的磷31中。如果将该材料取出，研究发现磷31和磷32的含量相等，28天后磷32的含量占磷元素总量的20%，则磷32的半衰期为（ ）
A. 28天B. 14天C. 7天D. 3.5天
【答案】B
【解析】根据题意，设开始时磷31和磷32的质量均为m，衰变后磷32的质量为m′，则有m′m′+m=20%，解得m′=14m，可知磷32经过了2个半衰期，则磷32的半衰期为14天。故选B。
4．两种放射性元素A、B的半衰期分别为tA、tB，且tAtB=12，A、B衰变产物稳定。某时刻一密闭容器内元素A、B原子核个数（均足够多）之比nAnB=12，经过时间t=tB，该容器内元素A、B的原子核个数之比变为（ ）
A. 12B. 21C. 14D. 41
【答案】C
【解析】结合题述可知，经过时间t=tB，元素A经过两个半衰期，原子核个数变为n′A=14nA，元素B经过一个半衰期，原子核个数变为n′B=12nB，容器内元素A、B的原子核个数之比变为n′An′B=nA2nB=14，故选C。
5．（2025·广东广州模拟）太阳内部核反应产生的​23He可随太阳风送达月球表面，使月壤中​23He储量丰富。太阳内部核反应可表示为：①11H+​11H→​12H+X；②11H+​12H→​23He。则（ ）
A. X是质子B. X是中子C. ①是β 衰变D. ②是核聚变
【答案】D
【解析】根据核反应前后质量数、电荷数守恒可知，X的电荷数为1，质量数为0，故X既不是质子，也不是中子，反应①没有放出β 粒子，不是β 衰变，故A、B、C错误；反应②为核聚变反应，故D正确。
6．（2022·湖北卷·1）20世纪40年代初，我国科学家提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核​47Be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νe，即​47Be+​−10e→X+​00νe。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​37Li
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
【答案】A
【解析】根据核反应中的质量数守恒和电荷数守恒可知X是​37Li，A正确，C错误；核反应前的质子数为4个，核反应后的质子数为3个，核反应前后的质子数发生了变化，B错误；中微子νe的电荷量为0，而电子的电荷量为e，D错误。
7．（2023·湖南卷·1）2023年4月12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. 氘氚核聚变的核反应方程为​12H+​13H→​42He+​−10e
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
【答案】A
【解析】相同质量的核燃料，轻核聚变产生的质量亏损大于重核裂变产生的质量亏损，轻核聚变释放的核能更多，A正确，D错误。核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，故氘氚核聚变的核反应方程为​12H+​13H→​24He+​01n，B错误。核聚变的核反应燃料主要是原子序数较小的元素，如氢及其同位素等，而重核裂变的核反应燃料主要是铀235，C错误。
8．（2025·浙江杭州模拟）在核电站中，只要“烧”掉一支铅笔那么多的核燃料，释放的能量就相当于10t标准煤完全燃烧放出的热。一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30t左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要烧煤2.5×106t。关于重核裂变反应​92235U+​01n→​56141Ba+​3692Kr+301n，下列说法正确的是（ ）
A. 重核裂变反应生成的中子被称为热中子
B. 裂变反应产物​3692Kr的比结合能比​92235U的大
C. 该核反应方程也可简略写为​92235U→​56141Ba+​3692Kr+201n
D. 核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，可以减慢链式反应
【答案】B
【解析】重核裂变反应生成的中子被称为快中子，故A错误。裂变反应生成物的比结合能大于反应物的比结合能，故裂变反应产物​3692Kr的比结合能比​92235U的大，故B正确。核反应方程不可简化，故C错误。核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，可以减慢中子的速度；控制镉棒的插入深度来控制链式反应速率，故D错误。
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9．（2026·河南郑州模拟）多选 原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的是（ ）
A. ​816O核的比结合能约为8MeV
B. ​816O核比​24He核更稳定
C. 两个​12H核结合成​24He核时释放能量
D. ​92235U核的结合能比​3689Kr核的小
【答案】ABC
【解析】由题图可知，​816O核的比结合能约为8MeV，A正确；​816O核的比结合能比​24He核的比结合能大，则​816O核比​24He核更稳定，B正确；两个​12H核结合成​24He核时释放能量，C正确；​92235U核的结合能比​3689Kr核的大，D错误。
10．（2025·广东佛山模拟）多选 如图，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知某车间采用放射性同位素铱192作为放射源，其化学符号是Ir，原子序数是77，通过β 衰变放出γ 射线，半衰期为74天，适合透照的钢板厚度为10～100mm，下列说法正确的是（ ）
A. 衰变产生的新核用X表示，铱192的衰变方程为​77192Ir→​78192X+​−10e
B. 若已知钢板厚度标准为30mm，探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度大于30mm，应当增大热轧机两轮之间的厚度间隙
C. 若有2g铱192，则经过148天还有1g没有衰变
D. 放射性同位素发生衰变时，遵循能量守恒和质量数守恒
【答案】AD
【解析】β 衰变的实质是原子核内的一个中子转化成了一个电子和一个质子，反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，所以铱192的衰变方程为​77192Ir→​78192X+​−10e，故A正确；探测器得到的射线变弱，说明钢板厚度增大，应当减小热轧机两轮之间的厚度间隙，故B错误；若有2g铱192，经过74天后还有1g没有衰变，再过74天（即总共经历148天）还有0.5g没有衰变，故C错误；放射性同位素发生衰变时，遵循能量守恒和质量数守恒，故D正确。
11．多选 1898年，居里夫妇发现了一种能够发出很强射线的新元素——钋(84210P)。现把​84210P原子核静止放在匀强磁场中的a点，某一时刻发生β 衰变，产生了新核​85210At，形成了如图所示的A和B两个圆轨迹。下列说法正确的是（ ）
A. ​84210P的衰变方程为​84210P→​85210At+​−10e
B. 把​84210P放在磁场中，其半衰期会增大
C. A、B两个圆的半径之比为85:1
D. 释放出的粒子和反冲核做圆周运动的旋转方向均为顺时针方向
【答案】AC
【解析】​84210P的衰变方程为​84210P→​85210At+​−10e，故A正确；放射性元素的半衰期是由原子核自身的因素决定的，跟所处的物理环境和化学状态没有关系，故B错误；原子核发生衰变时，由动量守恒可知释放出的粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，则有qvB=mv2R，解得圆周运动半径R=mvqB=pqB，p为动量，即半径R与电荷量q成反比，则RA:RB=85:1，故C正确；由左手定则知，反冲核的初速度方向向右，旋转方向为逆时针方向，释放出的粒子的初速度方向向左，旋转方向为顺时针方向，D错误。
创新思维练
12．（10分）我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核(1222Mg)放出两个质子后变成氖核(Ne)，并放出γ 射线，核反应方程为​1222Mg→​ZANe+211H+γ ，氖核的速度大小为v1，质子的速度大小为v2，设质子和γ 光子的运动方向相同。已知氖核、质子的质量分别为m1、m2，普朗克常量为ℎ，不考虑相对论效应，求：
（1） 氖核的质量数A、电荷数Z和物质波的波长λ ；
（2） γ 光子的动量大小p。
【答案】（1） 20；10；ℎm1v1
（2） m1v1−2m2v2
【解析】
（1） 根据质量数守恒，氖核的质量数A=22−2×1=20，
根据电荷数守恒，氖核的电荷数Z=12−2×1=10，
氖核的物质波的波长λ=ℎpNe，
其中氖核的动量pNe=m1v1，
解得λ=ℎm1v1。
（2） 设氖核运动的速度方向为正方向，核反应中动量守恒，有
m1v1+2m2(−v2)−p=0，
解得p=m1v1−2m2v2。