第十六章　第三课时　原子核2025版高考物理一轮复习课件+测试（教师版）+测试（学生版）

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考点一　　原子核的衰变　半衰期
考点二　　核反应　核反应类型
考点三　　质量亏损及核能的计算
1.原子核的组成：原子核是由 和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的 。2.天然放射现象放射性元素 地发出射线的现象，首先由 发现。天然放射现象的发现，说明 具有复杂的结构。原子序数大于83的元素都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的，有的也能发出射线。
4.原子核的衰变(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。
(3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。5.半衰期(1)公式：N余＝ m余＝ 式中t为衰变时间，T为半衰期。(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由 决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)_____ (选填“有关”或“无关”)。
6.放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有 放射性同位素和 放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。(2)应用：放射治疗、培优、保鲜、做 等。(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。
1.三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线。(　　)2.β衰变中的电子来源于原子核外电子。(　　)3.发生β衰变时，新核的电荷数不变。(　　)4.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。(　　)
β衰变辐射出的电子来自原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；半衰期是放射性物质的固有属性，由原子核本身决定，与外界环境无关，选项C错误；
例2　科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现的古老岩石中铀含量来推算地球的年龄，铀238的相对含量随时间的变化规律如图所示，下列说法正确的是
B.测得某岩石中现含有的铀是岩石形成初期时的一半，　可推算出地球的年龄约为90亿年C.2 000个铀核经过90亿年，一定还有500个铀核未发生衰变
测得某岩石中现含有的铀是岩石形成初期时的一半，即经过了一个半衰期，可推算出地球的年龄约为45亿年，选项B错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数的原子核衰变不适用，选项C错误；
2.核反应方程式的书写(1)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(__ _)、中子(___)、α粒子(__ _)、β粒子(__ _)、正电子(__ _)、氘核(_ __)、氚核(__ _)等。(2)掌握核反应方程遵循的规律： 守恒， 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。
例4　(2023·天津卷·3)关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是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
因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，才有可能克服它们自身相互间的排斥力，使得它们间的距离缩短，才能发生核聚变，故A正确；核聚变中电荷是守恒的，故B错误；因为太阳一直在发生核聚变，会放出大量能量，根据质能方程可知有质量亏损，故C错误；
A.Z＝1，A＝1 B.Z＝1，A＝2C.Z＝2，A＝3 D.Z＝2，A＝4
设Y的电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，第一个核反应方程的电荷数和质量数满足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二个核反应方程的电荷数和质量数满足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，联立解得Z＝2，A＝4，故选D。
1.核力和核能(1)核力：原子核内部， 间所特有的相互作用力。核力是强相互作用，为短程力，作用范围只有约10－15 m，与电性无关。(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们 需要的能量，叫作原子核的结合能，也叫核能。(3)比结合能：原子核的结合能与 之比，叫作比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越 ，原子核越 。
2.质量亏损凡是释放核能的核反应，反应后各原子核(新生核)及微观粒子的质量(即静止质量)之和 ，两者的差值就叫 。3.质能方程(1)爱因斯坦得出物体的能量与它的质量的关系： 。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应减少的能量ΔE＝______。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＝ 。
4.核能的计算(1)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。①ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位为“kg”，c的单位为“m/s”，则ΔE的单位为“J”。②ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位为“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV/u计算，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 5×10－27 kg，相当于931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用。
(2)利用比结合能计算核能原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能。
1.核力就是库仑力。(　　)2.核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生。(　　)3.原子核的结合能越大，原子核越稳定。(　　)4.原子核越大，它的结合能越大，比结合能可能越小。(　　)
例7　(2023·全国乙卷·16)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1048 J。假设释放的能量来自物质质量的减少，则每秒平均减少的质量量级为(光速为3×108 m/s)A.1019 kg B.1024 kgC.1029 kg D.1034 kg
该反应前后质量亏损为Δm＝mI－mXe－me＝131.037 21 u－131.031 86 u－0.000 549 u＝0.004 801 u，ΔE＝0.004 801×931.5×106×1.6×10－19 J≈7.16×10－13 J，故A、B错误；
A.原子核的结合能越大，原子核就越稳定B.一次“氦闪”放出的核能为7.32 MeVC.氦4的核子平均质量小于碳12的核子平均质量D.氦4的结合能为7.08 MeV
原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，A错误；一次“氦闪”放出的核能为12×7.69 MeV－3×4×7.08 MeV＝7.32 MeV，B正确；反应过程中释放能量，核子有质量亏损，故氦4的核子平均质量大于碳12的核子平均质量，C错误；氦4的比结合能为7.08 MeV，结合能为4×7.08 MeV＝28.32 MeV，D错误。
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
2.(2022·海南卷·2)下列属于β衰变的是
D选项的反应是重核裂变的核反应方程，D错误。
3.如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列说法正确的是A.镉棒通过改变中子的数量来控制反应速度B.中子速度越快越容易使链式反应发生C.正常运行的反应堆水泥防护层外会检测到大 量α粒子D.铀核裂变时释放能量的多少与产物种类无关
镉棒通过改变中子的数量来控制反应速度，故A正确；中子速度越快越不容易使链式反应发生，故B错误；正常运行的反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射，水泥防护层外不可能检测到大量α粒子，故C错误；核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关，铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同，释放能量不同，故D错误。
4.(2023·湖南卷·1)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
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
相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；
核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核，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。
A.衰变方程中x＝2，y＝3B.秋冬气温逐渐变低时，氚的衰变速度会变慢C.核污染水排入大海经过稀释，氚的半衰期将减小D.经过25年，氚将全部衰变结束
由电荷数与质量数守恒可得3＝y＋0,1＝x＋(－1)，解得x＝2，y＝3，故A正确；半衰期由原子核内部因素决定，与原子核所处的物理环境和化学状态无关，故B、C错误；半衰期是原子核发生半数衰变所需的时间，经过25年，即两个半衰期，剩余氚为原来的四分之一，并没有完全衰变完，故D错误。
B.金属板厚度越小，探测器接收到的 辐射强度越大C.该衰变产生的β射线的电离本领比α 射线强D.该反应为β衰变，β射线即为核外电子的逸出
经过两个半衰期后，铯剩余原来的四分之一，故A错误；金属板厚度越小，探测器接收到的辐射强度越大，故B正确；β射线的电离能力比α射线弱，故C错误；β衰变的实质是原子核内部的一个中子转化为一个电子和一个质子，故D错误。
A.X的核子数为113B.X的质子数为87C.由于发生质量亏损，X的比结合能比锕204的比结合能小
根据衰变方程满足质量数守恒和电荷数守恒可知Z＝87，A＝200，故X的核子数为200，质子数为87，B正确，A错误；由于该反应释放能量，生成的新核X比锕204更稳定，故X的比结合能比锕204的比结合能大，C错误；
A.6、4 　　 B.5、8 　　C.8、6 　　D.8、10
由质量数守恒和电荷数守恒有238－206＝4x,92－82＝2x－y，解得x＝8，y＝6，故选C。
9.我国造出世界首个人造迷你心脏，人造心脏的放射性同位素动力源用的燃料是钚238，钚238衰变快慢有一定的规律。如图所示，横坐标表示时间，纵坐标表示任意时刻钚238的质量m与t＝0时的质量m0的比值。则经过43.2年剩余钚238的质量与初始值的比值约为
原子核发生衰变时，剩余质量m＝经过43.2年剩余钚238的质量与初始值的比值为　　　　　　　 　 ＝ ≈0.707，故选D。
A.X为中子B.氦3的比结合能比氦核的比结合能大
核反应放出能量，生成的氦核比氦3更稳定，可知氦3的比结合能比氦核的比结合能小，故B错误；
C.A、B两个圆的半径之比为85∶1D.释放出的粒子和新核圆周运动的旋转方向均为顺时针方向
放射性元素的半衰期是由原子核自身的因素决定的，跟原子所处的物理环境和化学状态没有关系，故B错误；
p为动量，则半径R与电荷量q成反比，则RA∶RB＝85∶1，故C正确；
由左手定则知，新核的速度方向向右，为逆时针方向，粒子的速度方向向左，为顺时针方向，D错误。
(1)X的质量数A、电荷数Z及一次聚变释放的能量(用字母表示)；
答案　0　1　(4m1－m2－2m3)c2
由爱因斯坦质能方程得一次聚变释放的能量为ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2