2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)（新人教版） 第16章　第3課時　原子核

第十六章近代物理第3課時原子核目標(biāo)要求1.了解天然放射現(xiàn)象及三種射線的性質(zhì)。2.了解原子核的衰變，掌握半衰期的概念，并會進行有關(guān)計算。3.了解四種核反應(yīng)類型，能根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程。4.認識原子核的結(jié)合能與比結(jié)合能，能進行有關(guān)核能的計算。內(nèi)容索引考點一原子核的衰變半衰期考點二核反應(yīng)核反應(yīng)類型考點三質(zhì)量虧損及核能的計算課時精練><考點一原子核的衰變半衰期1.原子核的組成：原子核是由_____和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的_______。2.天然放射現(xiàn)象放射性元素_____地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由_________發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明_______具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。原子序數(shù)大于83的元素都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于或等于83的，有的也能發(fā)出射線。質(zhì)子質(zhì)子數(shù)自發(fā)貝克勒爾原子核3.三種射線的比較名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)α射線____核＋2e4u最____最____β射線_____－e較強較強γ射線光子γ00最____最____氦強弱電子弱強4.原子核的衰變(1)衰變：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。(2)α衰變、β衰變衰變類型α衰變β衰變衰變方程衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子衰變類型α衰變β衰變勻強磁場中軌跡形狀

衰變規(guī)律_______守恒、質(zhì)量數(shù)守恒電荷數(shù)(3)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的。5.半衰期(1)公式：N余＝N原

，m余＝m原

，式中t為衰變時間，T為半衰期。(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由_________________決定的，跟原子所處的外部條件(如溫度、壓強)和化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)____(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。核內(nèi)部自身的因素?zé)o關(guān)6.放射性同位素的應(yīng)用與防護(1)放射性同位素：有_____放射性同位素和_____放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。(2)應(yīng)用：放射治療、培優(yōu)、保鮮、做_________等。(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害。天然人工示蹤原子1.三種射線按穿透能力由強到弱的排列順序是γ射線、β射線、α射線。(

)2.β衰變中的電子來源于原子核外電子。(

)3.發(fā)生β衰變時，新核的電荷數(shù)不變。(

)4.如果現(xiàn)在有100個某放射性元素的原子核，那么經(jīng)過一個半衰期后還剩50個。(

)√×××√β衰變輻射出的電子來自原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時放出的電子，選項B錯誤；半衰期是放射性物質(zhì)的固有屬性，由原子核本身決定，與外界環(huán)境無關(guān)，選項C錯誤；例2

(多選)科學(xué)家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過對目前發(fā)現(xiàn)的古老巖石中鈾含量來推算地球的年齡，鈾238的相對含量隨時間的變化規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是B.測得某巖石中現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時的

一半，可推算出地球的年齡約為45億年C.2000個鈾核經(jīng)過90億年，一定還有500個鈾核未發(fā)生衰變√√測得某巖石中現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時的一半，即經(jīng)過了一個半衰期，可推算出地球的年齡約為45億年，選項B正確；半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)的原子核衰變不適用，選項C錯誤；√返回核反應(yīng)核反應(yīng)類型><考點二1.核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)β衰變自發(fā)類型可控性核反應(yīng)方程典例人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?基本粒子轟擊原子核)(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)約里奧－居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子類型可控性核反應(yīng)方程典例重核裂變?nèi)菀卓刂?慢中子、鏈?zhǔn)椒磻?yīng))輕核聚變現(xiàn)階段很難控制(需要極高溫度——一般由核裂變提供)2.核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(____)、中子(____)、α粒子(____)、β粒子(____)、正電子(____)、氘核(____)、氚核(____)等。(2)掌握核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律：_______守恒，_______守恒。(3)由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“→”表示反應(yīng)方向。質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)例4

(2023·天津卷·3)關(guān)于太陽上進行的核聚變，下列說法正確的是A.核聚變需要在高溫下進行B.核聚變中電荷不守恒C.太陽質(zhì)量不變√因為高溫時才能使得粒子的熱運動劇烈，才有可能克服它們自身相互間的排斥力，使得它們間的距離縮短，才能發(fā)生核聚變，故A正確；核聚變中電荷是守恒的，故B錯誤；因為太陽一直在發(fā)生核聚變，會放出大量能量，根據(jù)質(zhì)能方程可知有質(zhì)量虧損，故C錯誤；例5

(2023·北京卷·3)下列核反應(yīng)方程中括號內(nèi)的粒子為中子的是√例6

(2023·全國甲卷·15)在下列兩個核反應(yīng)方程中X＋X和Y代表兩種不同的原子核，以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，則A.Z＝1，A＝1 B.Z＝1，A＝2C.Z＝2，A＝3 D.Z＝2，A＝4√設(shè)Y的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為m和n，根據(jù)核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，第一個核反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二個核反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，聯(lián)立解得Z＝2，A＝4，故選D。返回質(zhì)量虧損及核能的計算><考點三1.核力和核能(1)核力：原子核內(nèi)部，_____間所特有的相互作用力。核力是強相互作用，為短程力，作用范圍只有約10－15m，與電性無關(guān)。(2)結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們_____需要的能量，叫作原子核的結(jié)合能，也叫核能。(3)比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與_______之比，叫作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越_____，原子核越____。核子分開核子數(shù)牢固穩(wěn)定2.質(zhì)量虧損凡是釋放核能的核反應(yīng)，反應(yīng)后各原子核(新生核)及微觀粒子的質(zhì)量(即靜止質(zhì)量)之和_____，兩者的差值就叫_________。3.質(zhì)能方程(1)愛因斯坦得出物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系：________。(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應(yīng)減少的能量ΔE＝______。原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝______。變小質(zhì)量虧損E＝mc2Δmc2Δmc24.核能的計算(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能。①ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位為“kg”，c的單位為“m/s”，則ΔE的單位為“J”。②ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位為“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5MeV/u計算，此時ΔE的單位為“MeV”，即1u＝1.6605×10－27kg，相當(dāng)于931.5MeV，這個結(jié)論可在計算中直接應(yīng)用。(2)利用比結(jié)合能計算核能原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù)。核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能。1.核力就是庫侖力。(

)2.核反應(yīng)中，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，一定有核能產(chǎn)生。(

)3.原子核的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。(

)4.原子核越大，它的結(jié)合能越大，比結(jié)合能可能越小。(

)×√×√例7

(2023·全國乙卷·16)2022年10月，全球眾多天文設(shè)施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻。由觀測結(jié)果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內(nèi)釋放的能量量級為1048J。假設(shè)釋放的能量來自物質(zhì)質(zhì)量的減少，則每秒平均減少的質(zhì)量量級為(光速為3×108m/s)A.1019kg B.1024kgC.1029kg D.1034

kg√√√該反應(yīng)前后質(zhì)量虧損為Δm＝mI－mXe－me＝131.03721u－131.03186u－0.000549u＝0.004801u，ΔE＝Δmc2＝0.004801×931.5×106×1.6×10－19J≈7.16×10－13J，故A錯誤，B正確；放射性元素

發(fā)生的衰變?yōu)棣滤プ?，故C錯誤；由于半衰期為8天，可知經(jīng)過16天，即經(jīng)過兩個半衰期，75%的

原子核發(fā)生了衰變，故D正確。A.原子核的結(jié)合能越大，原子核就越穩(wěn)定B.一次“氦閃”放出的核能為7.32MeVC.氦4的核子平均質(zhì)量小于碳12的核子平均質(zhì)量D.氦4的結(jié)合能為7.08MeV√原子核的比結(jié)合能越大，原子核就越穩(wěn)定，A錯誤；一次“氦閃”放出的核能為12×7.69MeV－3×4×7.08MeV＝7.32MeV，B正確；反應(yīng)過程中釋放能量，核子有質(zhì)量虧損，故氦4的核子平均質(zhì)量大于碳12的核子平均質(zhì)量，C錯誤；氦4的比結(jié)合能為7.08MeV，結(jié)合能為4×7.08MeV＝28.32MeV，D錯誤。返回課時精練1.(2023·廣東卷·1)理論認為，大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞的過程，受核反應(yīng)

的影響。下列說法正確的是A.Y是β粒子，β射線穿透能力比γ射線強B.Y是β粒子，β射線電離能力比γ射線強C.Y是α粒子，α射線穿透能力比γ射線強D.Y是α粒子，α射線電離能力比γ射線強123456789101112√根據(jù)核反應(yīng)滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，Y是α粒子()，三種射線的穿透能力，γ射線最強，α射線最弱；三種射線的電離能力，α射線最強，γ射線最弱。故選D。123456789101112123456789101112√1234567891011123.如圖為普通核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)示意圖，通過鈾235鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實現(xiàn)核能的可控釋放。下列說法正確的是A.鎘棒通過改變中子的數(shù)量來控制反應(yīng)速度B.中子速度越快越容易使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生C.正常運行的反應(yīng)堆水泥防護層外會檢測到大

量α粒子D.鈾核裂變時釋放能量的多少與產(chǎn)物種類無關(guān)√123456789101112鎘棒通過改變中子的數(shù)量來控制反應(yīng)速度，故A正確；中子速度越快越不容易使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，故B錯誤；正常運行的反應(yīng)堆主要的輻射有γ輻射和中子輻射，水泥防護層外不可能檢測到大量α粒子，故C錯誤；核裂變釋放的能量與反應(yīng)前后質(zhì)量虧損有關(guān)，鈾核裂變時會因產(chǎn)物種類不同導(dǎo)致質(zhì)量虧損不同，釋放能量不同，故D錯誤。1234567891011124.(2023·湖南卷·1)2023年4月13日，中國“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀錄，實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運行，為可控核聚變的最終實現(xiàn)又向前邁出了重要的一步，下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是A.相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多C.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235D.核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損√123456789101112相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多，A正確；123456789101112核聚變的核反應(yīng)燃料主要是氘核和氚核，C錯誤；核聚變反應(yīng)過程中放出大量能量，有質(zhì)量虧損，D錯誤。A.衰變方程中x＝2，y＝3B.秋冬氣溫逐漸變低時，氚的衰變速度會變慢C.污染水排入大海經(jīng)過稀釋，氚的半衰期將減小D.經(jīng)過25年，氚將全部衰變結(jié)束123456789101112√由電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒可得3＝y(tǒng)＋0,1＝x＋(－1)，解得x＝2，y＝3，故A正確；半衰期由原子核內(nèi)部因素決定，與原子核所處的物理環(huán)境和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故B、C錯誤；半衰期是原子核發(fā)生半數(shù)衰變所需的時間，經(jīng)過25年，即兩個半衰期，剩余氚為原來的四分之一，并沒有完全衰變完，故D錯誤。123456789101112B.金屬板厚度越小，探測器接收到的輻射強度越大C.該衰變產(chǎn)生的β射線的電離本領(lǐng)比α射線強D.該反應(yīng)為β衰變，β射線即為核外電子的逸出123456789101112√√經(jīng)過兩個半衰期后，銫剩余原來的四分之一，故A正確；金屬板厚度越小，探測器接收到的輻射強度越大，故B正確；β射線的電離能力比α射線弱，故C錯誤；β衰變的實質(zhì)是原子核內(nèi)部的一個中子轉(zhuǎn)化為一個電子和一個質(zhì)子，故D錯誤。123456789101112A.X的核子數(shù)為113B.X的質(zhì)子數(shù)為87C.由于發(fā)生質(zhì)量虧損，X的比結(jié)合能比錒204的比結(jié)合能小D.X和He的結(jié)合能之和一定小于

的結(jié)合能123456789101112√根據(jù)衰變方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知Z＝87，A＝200，故X的核子數(shù)為200，質(zhì)子數(shù)為87，B正確，A錯誤；由于該反應(yīng)釋放能量，生成的新核X比錒204更穩(wěn)定，故X的比結(jié)合能比錒204的比結(jié)合能大，C錯誤；123456789101112√由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有238－206＝4x,92－82＝2x－y，解得x＝8，y＝6，故選C。1234567891011129.(2024·河北秦皇島市期中)我國造出世界首個人造迷你心臟，人造心臟的放射性同位素動力源用的燃料是钚238，钚238衰變快慢有一定的規(guī)律。如圖所示，橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示任意時刻钚238的質(zhì)量m與t＝0時的質(zhì)量m0的比值。則經(jīng)過43.2年剩余钚238的質(zhì)量與初始值的比值約為A.0.250 B.0.875C.0.500 D.0.707√123456789101112原子核發(fā)生衰變時，剩余質(zhì)量m＝m0

123456789101112√12345678910111212345678910111