2024年高考物理一輪復習熱點重點難點夯練與提升專題82原子核物理特訓目標特訓內(nèi)容目標1原子核的衰變和半衰期（1T—5T）目標2結(jié)合能（6T—10T）目標3質(zhì)能方程和核能（11T—15T）【特訓典例】原子核的衰變和半衰期1．茫茫宇宙中存在大量的宇宙射線，對宇航員構(gòu)成了很大威脅。現(xiàn)有一束射線（含有α、β、γ三種射線）先經(jīng)過一張紙，再進入圓形磁場區(qū)域，之后打在熒光屏上，出現(xiàn)了A、B兩個亮斑。已知α粒子的質(zhì)量約為β粒子質(zhì)量的8000倍，α射線的速度約為光速的，β射線的速度約為光速。下列說法正確的是（）A．圓形區(qū)域內(nèi)磁場方向垂直紙面向里B．打在A處的射線經(jīng)過圓形區(qū)域時，動能增加C．如果將紙拿走保留磁場，光屏將會出現(xiàn)明顯的兩個亮斑D．如果將紙拿走保留磁場，光屏將會出現(xiàn)明顯的三個亮斑【答案】C【詳解】A．α射線貫穿能力很弱，不能穿過紙而進入磁場，γ粒子不帶電，在磁場中不偏轉(zhuǎn)，打在B處，β粒子帶負電，偏轉(zhuǎn)后打在A處，則根據(jù)左手定則判斷可知，圓形區(qū)域內(nèi)磁場方向垂直紙面向外，故A錯誤。B．打在A處的射線經(jīng)過圓形區(qū)域時，由于洛倫茲力不做功，所以動能不增加，故B錯誤；CD．如果將紙拿走保留磁場，則α射線進入磁場，根據(jù)洛倫茲力提供向心力有可得，軌跡半徑為由于α粒子的質(zhì)量約為β粒子質(zhì)量的8000倍，α射線的速度約為光速的，則α粒子做圓周運動的半徑很大，遠大于β粒子做圓周運動的半徑。所以α粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)量很小，幾乎不偏轉(zhuǎn)，與γ射線一起打在B處，則光屏還是會出現(xiàn)明顯的兩個亮斑，故C正確，D錯誤。故選C。2．隨著現(xiàn)代化社會的發(fā)展，射線和甲醛是白血病高發(fā)的重要誘因，其中來自瓷具，櫥柜等釋放的氡氣（）具有放射性，的衰變方程為，測得氡核半衰期為天。下列說法正確的是（）A．X是中子B．核的中子數(shù)大于核的中子數(shù)C．是電子D．若房屋經(jīng)常通風或放置綠植可以減小氡核的半衰期【答案】B【詳解】AC．氡衰變?yōu)獒暤倪^程，質(zhì)量數(shù)減少，質(zhì)子數(shù)減少，可判斷發(fā)生了衰變，放出的粒子為粒子，故AC錯誤；B.氡衰變?yōu)獒暤倪^程，質(zhì)量數(shù)減少，質(zhì)子數(shù)減少，則中子數(shù)減少了個，所以核的中子數(shù)大于核的中子數(shù)，故B正確；D.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)境和化學狀態(tài)無關(guān)，故D錯誤。故選B。3．日本于2023年8月24日將福島第一核電站核廢水排入大海，對海洋生態(tài)造成惡劣影響。核廢水中含有氚、鍶90、銫137、碘129等放射性元素，其中銫137的半衰期約30年，衰變方程為。下列說法正確的是（）A．X是粒子B．X是粒子C．衰變過程中質(zhì)量守恒D．100個銫137原子核經(jīng)過30年后一定還有50個未衰變【答案】B【詳解】A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得X的質(zhì)量數(shù)為0，電荷數(shù)為1，則X是粒子，故A錯誤，B正確；C．衰變過程存在質(zhì)量虧損，質(zhì)量不守恒，故C錯誤；D．半衰期是針對大量放射性元素的統(tǒng)計規(guī)律，對少量放射性元素不適用，故D錯誤；故選B。4．2023年8月24日，日本福島核電站啟動核污水排海。核污水中含有多種放射性元素，其中的衰變方程為下列說法正確的是（）A．衰變方程中Z等于55B．原子核衰變的本質(zhì)是核外電子的躍遷C．β射線的穿透能力比γ射線的穿透能力弱D．隨著海水溫度變化，的半衰期也會變化【答案】C【詳解】A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒電荷數(shù)守恒可知Z等于56，故A錯誤；B．原子核衰變的本質(zhì)是銫核中一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子以及電子，故B錯誤；C．β射線的穿透能力比γ射線的穿透能力弱，β射線的電離能力比γ射線的穿透能力弱強，故C正確；D．隨著海水溫度的升高，銫核的半衰期不變，故D錯誤。故選C。5．在勻強磁場中有一個靜止的氡原子核（），由于衰變它放出一個粒子，此粒子的徑跡與反沖核的徑跡是兩個相互外切的圓，大圓與小圓的直徑之比為，如圖所示，那么氡核的衰變方程應是下列方程中的哪一個（

）A． B．C． D．【答案】B【詳解】此粒子的徑跡圓與反沖核的徑跡圓外切，根據(jù)左手定則可知，粒子的電性與反沖核電性相同，帶正電。設粒子質(zhì)量為，速度為，電量為，反沖核質(zhì)量為，速度為，電量為。根據(jù)動量守恒定律有由得因為大圓與小圓的直徑之比為，粒子與反沖核動量大小相等，所以只有和滿足要求，故ACD錯誤，B正確。故選B。結(jié)合能6．原子核是由核子憑借核力結(jié)合在一起的，要把它們分開，需要吸收能量，這就是原子核的結(jié)合能。反過來，核子結(jié)合成原子核要放出能量，如圖1所示。不同原子核的比結(jié)合能是不一樣的，如圖2是按照實際測量結(jié)果畫的圖線，下列有關(guān)說法正確的是（）A．圖1中，對同一個原子核而言，把核子分開需要的能量與核子結(jié)合放出的能量一樣大B．要把原子核分開，需要的能量越多原子核的比結(jié)合能越大C．兩個氘核結(jié)合成一個氦核，需要吸收能量D．比結(jié)合能越大，原子核的核子平均質(zhì)量也越大【答案】A【詳解】A．原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，需要吸收能量，這就是原子核的結(jié)合能，這個能量也是核子結(jié)合成原子核而釋放的能量，故A正確；B．要把原子核分開，需要的能量越多原子核的結(jié)合能越大，不是比結(jié)合能，故B錯誤；CD．核子結(jié)合成原子核時，原子核比結(jié)合能越大，平均每個核子的質(zhì)量虧損越大，則原子核的核子平均質(zhì)量就越?。挥蓤D2可知，兩個氘核結(jié)合成一個氦核比結(jié)合能增大，核子有質(zhì)量虧損，會放出能量，故CD錯誤。故選A。7．原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系圖線如圖所示。下列說法中正確的是（）A．質(zhì)量數(shù)小的比質(zhì)量數(shù)大的原子核比結(jié)合能小B．He核的結(jié)合能約為28MeVC．Kr核比Ba核結(jié)合能大D．在核反應，要吸收能量【答案】B【詳解】A．比結(jié)合能是該原子的結(jié)合能與該原子核子數(shù)的比，表示的是該原子的穩(wěn)定程度，中等質(zhì)量的原子核比結(jié)合能較大，其中比結(jié)合能最大的是，故A錯誤；B．分析圖像可知，核的比結(jié)合能為7，根據(jù)比結(jié)合能的定義可知，核的結(jié)合能為故B正確C．分析圖像可知，核比核的比結(jié)合能大，但是的核子數(shù)比多，核結(jié)合能大，故C錯誤；D．核反應屬于重核裂變，要釋放能量，故D錯誤。故選B。8．某核電站利用中子轟擊核燃料釋放核能來發(fā)電，轟擊后產(chǎn)生和，并放出粒子a；具有放射性，半衰期為29天，衰變后產(chǎn)生，并放出粒子b，同時釋放的能量。下列說法正確的是（）A．粒子a為質(zhì)子B．的衰變是衰變C．的結(jié)合能小于的結(jié)合能D．通過增大環(huán)境溫度，可使的半衰期變?yōu)?8天【答案】C【詳解】A．中子轟擊的核反應方程為則a為中子，選項A錯誤；B．衰變的核反應方程為是衰變，選項B錯誤；C．衰變的過程中放出粒子b，同時釋放能量，因此的結(jié)合能小于的結(jié)合能，選項C正確；D．放射性元素的半衰期由其自身因素決定，與其所處的物理狀態(tài)（壓強、溫度等）、化學狀態(tài)（單質(zhì)或化合物）均無關(guān)，選項D錯誤。故選C。9．1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核（）發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變。已知核反應釋放的能量全部轉(zhuǎn)化成了和質(zhì)子的動能，、、α粒子，質(zhì)子的質(zhì)量分別為m?、m?，m?，m?，真空中的光速為c，則（

）A．發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程是B．釋放的核能等于和質(zhì)子的總動能C．釋放的核能等于D．釋放核能的原因是因為的結(jié)合能大于和α粒子總的結(jié)合能【答案】D【詳解】A．發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程是故A錯誤；BCD．核反應釋放核能的原因是因為的結(jié)合能大于和α粒子總的結(jié)合能，釋放的核能等于，也等于反應后和質(zhì)子總動能與反應前和α粒子總動能之差，故BC錯誤，D正確。故選D。10．核動力電池也叫做放射性同位素電池，它將放射性同位素衰變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，能量密度大，可以為地質(zhì)勘測、特殊探險行業(yè)等提供強大的電源支持，也會讓很多行業(yè)的后勤保障得到很大的提升。某種核動力電池利用了的衰變，衰變方程為，下列說法正確的是（

）A．發(fā)生的是衰變B．一個衰變?yōu)獒尫诺暮四転镃．新核的比結(jié)合能比大D．衰變過程釋放的能量為的結(jié)合能【答案】C【詳解】A．由衰變方程的電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知Y為，不是衰變，A錯誤；B．一個衰變?yōu)獒尫诺暮四転?，B錯誤；CD．新核的比結(jié)合能比大，衰變過程釋放的能量為反應后、結(jié)合能的和與反應前結(jié)合能的差值，D錯誤，C正確。故選C。質(zhì)能方程和核能11．2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福島第一核電站的核污水。核污水中的發(fā)生衰變時的核反應方程為，該核反應過程中放出的能量為Q。設的結(jié)合能為，的結(jié)合能為，X的結(jié)合能為，已知光在真空中的傳播速度為c，則下列說法正確的是（）A．的比結(jié)合能小于的比結(jié)合能B．該核反應過程中放出的能量C．該核反應過程中的質(zhì)量虧損可以表示為D．衰變過程中放出的光子是因為新原子核從高能級向低能級躍遷產(chǎn)生的【答案】D【詳解】A．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，由于比更穩(wěn)定，所以的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能，故A錯誤；B．的結(jié)合能為，的結(jié)合能為，X的結(jié)合能為，則該核反應過程中放出的能量為故B錯誤；C．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知可得故C錯誤；D．核衰變后，生成的新原子核位于高能級，能自發(fā)向低能級躍遷，從而放出光子，故D正確。故選D。12．氘核和氚核發(fā)生核聚變的反應式為。關(guān)于核聚變，下列說法中正確的是（）A．X粒子是電子B．只要核聚變反應原料純度足夠高，聚變反應可以在常溫常壓下發(fā)生C．和發(fā)生一次核聚變的質(zhì)量虧損為，其中為真空中的光速D．現(xiàn)在我們國家的核電站都是通過核聚變獲得核能【答案】C【詳解】A．根據(jù)核反應質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，粒子核電荷數(shù)是0，質(zhì)量數(shù)是1，所以粒子是中子，故A錯誤；B．核聚變是熱核反應，只有在超高溫和高密度下才能發(fā)生核聚變反應，故B錯誤；C．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知上述反應過程發(fā)生的質(zhì)量虧損為其中為真空中的光速，故C正確；D．可控核聚變還處于實驗階段，現(xiàn)在的核電站都還是采用核裂變核反應，故D錯誤。故選C。13．在核反應中具有較強的防輻射和吸收中子的功能，其原理為硼核吸收一個慢中子后釋放出一個粒子，轉(zhuǎn)變成新核，并釋放出一定的能量。已知硼核的比結(jié)合能為，生成新核的比結(jié)合能為，粒子的比結(jié)合能為，真空中光速為。下列判斷正確的是（

）A．核反應方程為B．該反應類型為衰變C．硼核的比結(jié)合能大于新核的比結(jié)合能D．該核反應質(zhì)量虧損為【答案】A【詳解】A．根據(jù)反應過程，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，核反應方程為故A正確；B．該反應需要吸收一個慢中子，不是衰變，故B錯誤；C．反應過程存在質(zhì)量虧損，反應后的原子核比反應前的原子核更穩(wěn)定，所以硼核的比結(jié)合能小于新核的比結(jié)合能，故C錯誤；D．該核反應質(zhì)量虧損為故D錯誤。故選A。14．“嫦娥三號”著陸器和月球車首次使用了同位素核電池，該電池將放射性同位素衰變時釋放的能量通過溫差熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為電能，在惡劣的月球環(huán)境中支持月球車低速移動及與地球間不間斷通訊。已知半衰期為88年，衰變方程為，、、X的結(jié)合能分別為，，，一次衰變釋放能量為，下列說法正確的是（）A．衰變發(fā)出的射線是高速氦核流，能穿透幾毫米厚的鋁板B．一次衰變釋放的能量C．經(jīng)過88年，同位素核電池內(nèi)的剩余25%D．若一靜止核衰變釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為和X的動能，則動能為【答案】B【詳解】A．由衰變前后的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)相等可知，X的質(zhì)量數(shù)為電荷數(shù)為則X為氦原子核，即粒子，其穿透能力弱，能被一張薄紙阻擋，故A錯誤；B．根據(jù)能量守恒定律可得一次衰變釋放的能量故B正確；C．半衰期為88年，經(jīng)過88年，同位素核電池內(nèi)的?剩余50%，故C錯誤；D．衰變過程由動量守恒定律可得由能量守恒定律可得根據(jù)動量和動量關(guān)系解得故D錯誤。故選B。15．我國的“人造太陽”即核聚變實驗反應堆技術(shù)世界領(lǐng)先。在“人造太陽”中發(fā)生的一種核聚變反應為兩個氘核以相等的動能對心碰撞發(fā)生核聚變，方程為。已知氘核的質(zhì)量為，氦核的質(zhì)量為，中子的質(zhì)量為，假設核反應釋放的核