專題76原子核物理專題導(dǎo)航目錄TOC\o"1-3"\h\u常考點(diǎn)原子核物理 1考點(diǎn)拓展練習(xí) 8?？键c(diǎn)歸納?？键c(diǎn)原子核物理【典例1】2021年3月，考古學(xué)家利用技術(shù)測(cè)定了三星堆遺址四號(hào)“祭祀坑”距今約3200年至3000年，年代區(qū)間屬于商代晚期。已知的半衰期為8267年，其衰變方程為→+，則下列判斷正確的是（）A．四個(gè)經(jīng)過(guò)8267年一定還剩余兩個(gè) B．的比結(jié)合能一定大于 C．β衰變的本質(zhì)是核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)化中子和電子 D．β衰變過(guò)程滿足動(dòng)量守恒，不滿足能量守恒解：A、半衰期是大量放射性原子衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，四個(gè)不符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，故A錯(cuò)誤；B、β衰變的過(guò)程中釋放能量，所以生成物的比結(jié)合能變大，故B正確；C、β衰變的本質(zhì)是核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化質(zhì)子和電子并放出能量，故C錯(cuò)誤；D、β衰變過(guò)程能量守恒，重力相對(duì)于內(nèi)力可忽略不計(jì)，系統(tǒng)的動(dòng)量也守恒，故D錯(cuò)誤?！镜淅?】如圖所示為核反應(yīng)堆的示意圖，鈾棒是核燃料，其反應(yīng)方程為U+n→Ba+Kr+3n.用重水做慢化劑可使快中子減速，假設(shè)中子與重水中的氘核（H）每次碰撞均為彈性正碰，而且認(rèn)為碰撞前氘核是靜止的，則下列說(shuō)法正確的是（）A．鈾核的比結(jié)合能比鋇核的小 B．該反應(yīng)為熱核反應(yīng) C．中子與氘核碰后可原速反彈 D．鎘棒插入深一些可增大鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度解：A.在該核反應(yīng)中，會(huì)釋放出大量的能量，因?yàn)楸冉Y(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，可知鈾核的比結(jié)合能比鋇核的小，故A正確；B.該反應(yīng)是重核裂變反應(yīng)，不是熱核反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；C.由題意知，氘核質(zhì)量數(shù)是中子的兩倍，取碰撞前中子的速度方向?yàn)檎较?，碰撞是彈性碰撞，根?jù)動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能都守恒定律可得mv0＝mv1+2mv2聯(lián)立解得，故C錯(cuò)誤；D.要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)使鎘棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度就會(huì)快一些，故D錯(cuò)誤?！炯记牲c(diǎn)撥】一．原子核物理發(fā)展簡(jiǎn)史核能及其計(jì)算對(duì)半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)個(gè)別或少量原子核，無(wú)半衰期可言。(2)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up8(eq\f(t,τ))，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up8(eq\f(t,τ))。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，τ表示半衰期。核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(

0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n約里奧－居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(

0,＋1)e重核裂變?nèi)菀卓刂芿q\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n【變式演練1】靜止的U核發(fā)生α衰變后生成Th核，Th核能放出一個(gè)β粒子而變成Pa，下列說(shuō)法不正確的是（）A．β粒子本質(zhì)是電子，來(lái)源于原子核 B．U核發(fā)生α衰變的核反應(yīng)方程為U→Th+He C．Th核放出一個(gè)β粒子的核反應(yīng)方程為T(mén)h→Pa+e D．10個(gè)U原子核經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期，將產(chǎn)生5個(gè)α粒子解：A、β衰變中產(chǎn)生的β射線實(shí)際上是原子的核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子同時(shí)生成一個(gè)電子，所以β粒子本質(zhì)是電子，來(lái)源于原子核，故A正確；B、根據(jù)核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，所以U核發(fā)生α衰變的核反應(yīng)方程為U→Th+He，故B正確；C、根據(jù)核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，所以Th發(fā)生β衰變的核反應(yīng)方程為T(mén)h→Pa+e，故C正確；D、半衰期是大量放射性原子衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，10個(gè)不是大量，所以不符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，故D錯(cuò)誤?！咀兪窖菥?】在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，靜止的钚的放射性同位素Pu衰變?yōu)殁櫤薝，并放出α粒子，已知Pu、U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu、mU和mα，衰變放出的光子的動(dòng)量和能量均忽略不計(jì)，α粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)相垂直，則（）A．α粒子的動(dòng)能為（mPu﹣mU﹣mα）c2 B．α粒子的動(dòng)量為 C．U與α粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑之比約為4：235 D．U與α粒子在磁場(chǎng)中的周期之比約為1.3：1解：A、與α粒子的動(dòng)能之和靠等于衰變釋放的核能（mPu﹣mU﹣mα）c2，衰變前后動(dòng)量守恒，所以與α粒子的動(dòng)量大小相等，方向相反，由兩粒子的動(dòng)能與質(zhì)量成反比，所以α粒子的動(dòng)能為?（mPu﹣mU﹣mα）c2，故A錯(cuò)誤；B、由動(dòng)能可求得動(dòng)量為P＝＝，故B錯(cuò)誤；C、與α粒子的動(dòng)量大小相等，電荷量之比為46：1，所以根據(jù)，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑之比為1：46，故C錯(cuò)誤：D、根據(jù)周期公式T＝，可知與α粒子周期之比為.，代入質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)，可得約為1.3：1，故D正確?！咀兪窖菥?】在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)靜止的放射性原子核（X）發(fā)生了一次α衰變，放射出的α粒子（He）在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為R．以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量，生成的新核用Y表示。下面說(shuō)法不正確的是（）A．發(fā)生衰變后產(chǎn)生的α粒子與新核Y在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡正確的是圖丙 B．新核Y在磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為RY＝R C．α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，且電流大小為I＝ D．若衰變過(guò)程中釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能，則衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損為△m＝解：A、由動(dòng)量守恒可知衰變后產(chǎn)生的α粒子與新核Y運(yùn)動(dòng)方向相反，所以在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡圓外切，根據(jù)qvB＝m可得：R＝，可知α粒子半徑大，由左手可知兩粒子圓周運(yùn)動(dòng)方向相同，丁圖正確，故A錯(cuò)誤；B、由R＝可知，新核Y在磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為RY＝，故B正確；C、圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T(mén)＝，環(huán)形電流為I＝＝，故C正確；D、對(duì)α粒子由洛倫茲力提供向心力qvB＝m可得：v＝，由質(zhì)量關(guān)系可知衰變后新核Y質(zhì)量為M＝，由衰變過(guò)程中動(dòng)量守恒可得Mv′﹣mv＝0可知v′＝，系統(tǒng)增加的能量為△E＝Mv′2+mv2，由質(zhì)能方程可得△E＝△mc2，聯(lián)立解得衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損為△m＝，故D正確考點(diǎn)拓展練習(xí)1．元素周期表上已經(jīng)列有超過(guò)110種不同的化學(xué)元素，各種元素所具有的各不相同的物理、化學(xué)性質(zhì)，造就了我們這個(gè)多姿多彩的、充滿生命力的世界。例如，（讀音：ào）是第118號(hào)元素，是一種人工合成的稀有氣體元素，是人類目前已合成的最重元素，這種元素具有放射性，其原子核經(jīng)過(guò)n次α衰變后的產(chǎn)物為（讀音：fèi），的半衰期為T(mén)，則下列說(shuō)法正確的是（）A．衰變?yōu)榈姆磻?yīng)為裂變反應(yīng) B．α衰變的次數(shù)n＝8 C．的中子數(shù)比的中子數(shù)多18 D．1g經(jīng)2T時(shí)間，剩余物質(zhì)的質(zhì)量為0.25g解：A、衰變?yōu)榈姆磻?yīng)是屬于α衰變，不是裂變反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；B、α粒子的相對(duì)原子質(zhì)量為4，所以α衰變一次相對(duì)原子質(zhì)量減少4，則α衰變的次數(shù)n＝，解得n＝9，故B錯(cuò)誤；C、的中子數(shù)為294﹣118＝176，而的中子數(shù)為258﹣100＝158，的中子數(shù)比的中子數(shù)多176﹣158＝18，故C正確；D、剩余的質(zhì)量為0.25g，但衰變過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生新核，故剩余物質(zhì)的質(zhì)量大于0.25g，故D錯(cuò)誤。2．下列說(shuō)法正確的是（）A．根據(jù)玻爾理論，氫原子輻射出一個(gè)光子后，將由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，核外電子電勢(shì)能減少，動(dòng)能減少 B．光子只有能量，沒(méi)有動(dòng)量 C．平均結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定 D．天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)解：A、能級(jí)躍遷時(shí)，由于高能級(jí)軌道半徑較大，速度較小，電勢(shì)能較大，故氫原子的核外電子由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，要釋放一定頻率的光子，同時(shí)電子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小；故A錯(cuò)誤；B、康普頓效應(yīng)說(shuō)明光子既有能量，又有動(dòng)量，故B錯(cuò)誤；C、平均結(jié)合能即比結(jié)合能，比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故C正確；D、人們認(rèn)識(shí)到原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是從天然放射現(xiàn)象開(kāi)始，天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故D錯(cuò)誤。3．1964年10月16日，中國(guó)第一顆原子彈在新疆羅布泊爆炸成功，圖示為中國(guó)成功爆炸的第一顆原子彈模型。核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的核裂變反應(yīng)方程為：，裂變?yōu)楦€(wěn)定的和，則下列說(shuō)法正確的是（）A．的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能 B．的結(jié)合能大于的結(jié)合能 C．A＝136，Z＝54 D．目前有的核電站可以利用釋放出的核能解：A、該核反應(yīng)過(guò)程放出能量，說(shuō)明生成物比反應(yīng)物更穩(wěn)定，比結(jié)合能也越大，所以的比結(jié)合能比的比結(jié)合能大，故A錯(cuò)誤；BC、根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知：Xe的質(zhì)量數(shù)A＝235+1﹣90﹣10×1＝136，電荷數(shù)Z＝92﹣38＝54，由于質(zhì)量數(shù)越大結(jié)合能越大，所以的結(jié)合能小于的結(jié)合能，故B錯(cuò)誤，C正確；D、目前核電站均采用鈾核裂變釋放出的核能，故D錯(cuò)誤。4．2020年3月15日中國(guó)散裂中子源（CSNS）利用中子成像技術(shù)幫助中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)進(jìn)行了考古方面的研究。散裂中子源是研究中子特性、探測(cè)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的科研裝置。CSNS是我國(guó)重點(diǎn)建設(shè)的大科學(xué)裝置，將成為發(fā)展中國(guó)家擁有的第一臺(tái)散裂中子源。下列關(guān)于中子研究的說(shuō)法正確的是（）A．α粒子轟擊N生成O，并產(chǎn)生了中子 B．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，釋放的能量是（2m1+2m2﹣m3）C2 C．核泄漏事故污染物Cs能夠產(chǎn)生對(duì)人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為Cs→Ba+x，可以判斷x為中子 D．U經(jīng)過(guò)4次α衰變，2次β衰變，新核與原來(lái)的原子核相比，中子數(shù)少了6個(gè)解：A、根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知，α粒子轟擊生成，其核反應(yīng)方程為：→，產(chǎn)生了質(zhì)子，故A錯(cuò)誤；B、質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子時(shí)需要兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，質(zhì)量虧損Δm＝2m1+2m2﹣m3，由質(zhì)能方程可知，釋放的能量ΔE＝Δmc2＝（2m1+2m2﹣m3）c2，故B正確；C、根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，x的電荷數(shù)Z＝55﹣56＝﹣1，質(zhì)量數(shù)A＝137﹣137＝0，可知x為電子，故C錯(cuò)誤；D、每次α衰變，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，所以中子數(shù)少2，每次β衰變一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，所以中子數(shù)少1，所以經(jīng)過(guò)4次α衰變，2次β衰變，新核與原來(lái)的原子核相比，中子數(shù)少4×2+2×1＝10，故D錯(cuò)誤。5．2020年11月27日00時(shí)41分，華龍一號(hào)全球首堆——中核集團(tuán)福清核電5號(hào)機(jī)組首次并網(wǎng)成功，標(biāo)志著中國(guó)正式進(jìn)入核電技術(shù)先進(jìn)國(guó)家行列。核電站的產(chǎn)熱核心是放射性重元素，通常為鈾﹣235。以下關(guān)于華龍一號(hào)的說(shuō)法正確的是（）A．華龍一號(hào)中發(fā)生的是核聚變 B．華龍一號(hào)中可能發(fā)生的一種反應(yīng)是→++2 C．核反應(yīng)堆中可采用重水、石墨作為慢化劑 D．核反應(yīng)過(guò)程中遵循質(zhì)量守恒定律解：A、核電站是利用重核裂變進(jìn)行發(fā)電的，所以華龍一號(hào)中發(fā)生的是裂變，故A錯(cuò)誤；B、鈾核裂變的條件是反應(yīng)前有中子轟擊鈾﹣235，而核反應(yīng)中→++2沒(méi)有中子轟擊鈾﹣235，故B錯(cuò)誤；C、核反應(yīng)堆中可采用重水、石墨作為慢化劑，故C正確；D、核反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)質(zhì)量虧損，不遵循質(zhì)量守恒定律，故D錯(cuò)誤。6．下列說(shuō)法正確的是（）A．β射線是電子流，源于核外電子 B．天然放射現(xiàn)象中放射出的α、β、γ射線都能在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．目前核電站的核燃料通常為鈾，利用的核反應(yīng)是裂變 D．質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，釋放的能量是（m1+m2﹣m3）c解：A、β射線是電子流，源于核反應(yīng)過(guò)程中核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)放出的電子，故A錯(cuò)誤；B、天然放射現(xiàn)象中放射出的α、β射線都能在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，γ射線不帶電，不能在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，故B錯(cuò)誤；C、目前核電站的核燃料通常為鈾，利用的核反應(yīng)是裂變，故C正確；D、質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，則當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，釋放的能量是ΔE＝（m1+m2﹣m3）c2，故D錯(cuò)誤。7．下列說(shuō)法中正確的是（）A．結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 B．盧瑟福發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是： C．衰變成要經(jīng)過(guò)6次β衰變和8次α衰變 D．一個(gè)氫原子從n＝4的能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可以輻射6種不同頻率的光解：A、比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定程度，原子核的比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故A錯(cuò)誤；B、盧瑟福預(yù)言了中子的存在，盧瑟福的學(xué)生查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為：Be+He→C+n，盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是：→+，故B錯(cuò)誤；C、衰變過(guò)程中，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知，α衰變一次質(zhì)量數(shù)減少4個(gè)，次數(shù)為：＝8，β衰變一次電荷數(shù)增加1個(gè)，次數(shù)為8×2+82﹣92＝6，所以U衰變成Pb要經(jīng)過(guò)6次β衰變和8次α衰變，故C正確；D、一個(gè)氫原子從n＝4的能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可以輻射3種不同頻率的光，即分別從4→3、3→2、2→1能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出，故D錯(cuò)誤。8．下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（）A．U的半衰期約為7億年，隨地球環(huán)境的變化，其半衰期可能變短 B．核泄漏事故污染物Cs能夠產(chǎn)生對(duì)人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為Cs→Ba+x，可以判斷x為電子 C．若氫原子從n＝6能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則氫原子從n＝6能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光也不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng) D．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，釋放的能量是（2m1+2m2﹣m3）c2解：A、半衰期的長(zhǎng)短是由原子核內(nèi)部本身的因素決定的，與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，所以隨地球環(huán)境的變化，其半衰期不變，故A錯(cuò)誤；B、根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知，x的質(zhì)量數(shù)A＝137﹣137＝0，電荷數(shù)z＝55﹣56＝﹣1，可知x是電子，故B正確；C、若氫原子從n＝6能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，說(shuō)明從n＝6能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光的頻率小于金屬的極限頻率，根據(jù)玻爾理論可知，從n＝6能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光比從n＝6能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光的頻率還小，所以更不