第85課時原子核目標要求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.了解四種核反應類型，能根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒寫出核反應方程。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?？键c一原子核的衰變及半衰期1.原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。2.天然放射現(xiàn)象放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復雜的結(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的元素，有的也能發(fā)出射線。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射線氦核2＋2e4u最強最弱β射線電子-1－e11837較強較強γ射線光子γ00最弱最強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ZMXZMX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211H＋2001n勻強磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒(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(12)tT1/2，m余＝m原(12)t(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的外部條件(如溫度、壓強)和化學狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。6.放射性同位素的應用與防護(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質(zhì)相同。(2)應用：放射治療、培優(yōu)、保鮮、做示蹤原子等。(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害。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。(×)例1(2024·山東卷·1)2024年是中國航天大年，神舟十八號、嫦娥六號等已陸續(xù)飛天，部分航天器裝載了具有抗干擾性強的核電池。已知3890Sr衰變?yōu)?990Y的半衰期約為29年；94238Pu衰變?yōu)?2234U的半衰期約為87年?，F(xiàn)用相同數(shù)目的38A.3890Sr衰變?yōu)?9B.94238Pu衰變?yōu)?2C.50年后，剩余的3890Sr數(shù)目大于D.87年后，剩余的3890Sr數(shù)目小于答案D解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知3890Sr衰變?yōu)?990Y時產(chǎn)生電子，即根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知94238Pu衰變?yōu)?2234U時產(chǎn)生24根據(jù)題意可知94238Pu的半衰期大于3890Sr的半衰期，相同數(shù)目的3890Sr和94238Pu經(jīng)過相同的時間，3890例2(2023·浙江1月選考·9)宇宙射線進入地球大氣層與大氣作用會產(chǎn)生中子，中子與大氣中的氮14會產(chǎn)生以下核反應：714N＋01n→614C＋11H，產(chǎn)生的6A.614C發(fā)生B.β衰變輻射出的電子來自碳原子的核外電子C.近年來由于地球的溫室效應，引起614D.若測得一古木樣品的614C含量為活體植物的14答案D解析根據(jù)614C→714N＋-10e，即614C發(fā)生β衰變的產(chǎn)物是714N，選項A錯誤；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；若測得一古木樣品的614C含量為活體植物的14，可知經(jīng)過了考點二核反應及核反應類型1.核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例衰變α衰變自發(fā)92238Uβ衰變自發(fā)90234Th人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?基本粒子轟擊原子核)714N＋2424He＋491327Al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1530P重核裂變?nèi)菀卓刂?慢中子、鏈式反應)92235U92235U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)12H＋13H2.核反應方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-10e)、正電子(＋10e)(2)掌握核反應方程遵循的規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。(3)由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向。例3(2023·全國甲卷·15)在下列兩個核反應方程中X＋714N→Y＋817O、Y＋37Li→2X，X和Y代表兩種不同的原子核，以Z和A分別表示XA.Z＝1，A＝1 B.Z＝1，A＝2C.Z＝2，A＝3 D.Z＝2，A＝4答案D解析設(shè)Y的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為m和n，根據(jù)核反應方程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，第一個核反應方程的電荷數(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。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D.太陽核反應方程式：92235U＋01答案A解析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；核聚變的方程為12H＋13H考點三質(zhì)量虧損及核能的計算1.核力和核能(1)核力：原子核內(nèi)部，核子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，要把它們分開需要的能量，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)合能與核子數(shù)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)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。2.質(zhì)量虧損凡是釋放核能的核反應，反應后各原子核(新生核)及微觀粒子的質(zhì)量(即靜止質(zhì)量)之和變小，兩者的差值就叫質(zhì)量虧損。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：E＝mc2。(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應減少的能量ΔE＝Δmc2。原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2。4.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，相當于931.5MeV，這個結(jié)論可在計算中直接應用。(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)。核反應中反應前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應所釋放(或吸收)的核能。1.核力就是庫侖力。(×)2.核反應中，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5(2025·江蘇南京市開學考)某核電站利用鈾核裂變釋放出能量，其主要核反應方程為92235U＋01n→56144Ba＋A.兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成24HeB.24He核的平均核子質(zhì)量大于C.通常把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應的最大體積叫作它的臨界體積，相應的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量D.為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度，核反應堆中需要在鈾棒之間插進一些石墨棒。當反應過于劇烈時，將石墨棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些答案A解析根據(jù)圖像可知24He的比結(jié)合能約為7MeV，所以兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成24He核時釋放能量約為E＝4×7MeV＝28MeV，故A正確；24He核的比結(jié)合能比36Li核的大，故24He核的平均核子質(zhì)量小于3例6(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)釋放的能量來自于物質(zhì)質(zhì)量的減少，則每秒鐘平均減少的質(zhì)量量級為(光速為3×108m/s)()A.1019kg B.1024kgC.1029kg D.1034kg答案C解析根據(jù)質(zhì)能方程E＝mc2可知，每秒鐘平均減少的質(zhì)量為Δm＝E060c2＝104860×(3×108)例7(2024·江蘇宿遷市檢測)盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，產(chǎn)生了氧17和一個質(zhì)子，首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變。已知α粒子的比結(jié)合能為ε1，氮核的比結(jié)合能為ε2，該反應需吸收ΔE的能量，設(shè)氮核714N靜止。(1)寫出該反應的核反應方程；(2)求氧17的比結(jié)合能；(3)已知mα＝4.002603u，mN＝14.003074u，mO＝16.999133u，mH＝1.007825u，1u相當于931.5MeV的能量，該反應需吸收的能量ΔE＝1.19MeV。若核反應中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為動能，要使這一反應可能實現(xiàn)，求入射的α粒子的最小動能。答案(1)24He＋714N→(2)4ε1＋14ε2＋解析(1)根據(jù)題意，該反應的核反應方程為24He＋714N→(2)根據(jù)能量守恒4ε1＋14ε2＋ΔE＝17ε3解得氧17的比結(jié)合能ε3＝4(3)該反應過程質(zhì)量增加Δm＝mH＋mO－mα－mN＝0.001281u結(jié)合能增加ΔE'＝Δmc2＝0.001281×931.5MeV＝1.1932515MeV根據(jù)能量守恒，入射的α粒子的最小動能Ek＝ΔE'－ΔE＝0.0032515MeV。課時精練(分值：100分)1~6題每小題7分，共42分1.(2024·全國甲卷·14)氘核可通過一系列聚變反應釋放能量，總的反應效果可用612H→224He＋x01n＋y11p＋43.15MeVA.x＝1，y＝2 B.x＝1，y＝3C.x＝2，y＝2 D.x＝3，y＝1答案C解析根據(jù)反應前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得6×2＝2×4＋x＋y6＝2×2＋y解得x＝2，y＝2，故選C。2.(2024·北京卷·1)已知釷234的半衰期是24天。1g釷234經(jīng)過48天后，剩余釷234的質(zhì)量為()A.0g B.0.25gC.0.5g D.0.75g答案B解析半衰期為24天，1g釷234經(jīng)過48天后，剩余質(zhì)量m＝(12)tT1/2m0＝0.253.(八省聯(lián)考·四川·1)18氟—氟代脫氧葡萄糖正電子發(fā)射計算機斷層掃描術(shù)是一種非創(chuàng)傷性的分子影像顯像技術(shù)。該技術(shù)中的918F核由質(zhì)子11p轟擊817OA.817O＋11p→B.817O＋11C.817O＋11p→D.817O＋11p→答案B解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得相應核反應方程式為817O＋11p→4.(2023·湖南卷·1)2023年4月13日，中國“人造太陽”反應堆中科院環(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B.氘氚核聚變的核反應方程為12H＋13H→C.核聚變的核反應燃料主要是鈾235D.核聚變反應過程中沒有質(zhì)量虧損答案A解析相同質(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；根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，氘氚核聚變的核反應方程為12H＋13H→24He＋05.(2025·寧夏石嘴山市檢測)90232Th(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變，變成82208Pb(鉛)A.α衰變的本質(zhì)是原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子并向外輻射一個電子B.鉛核比釷核少14個中子C.共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D.共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變答案D解析α衰變的本質(zhì)是原子核中兩個質(zhì)子和兩個中子緊密結(jié)合成一個整體，從原子核中放出氦原子核，故A錯誤；鉛核的中子數(shù)為208－82＝126釷核中子數(shù)為232－90＝142，可知鉛核比釷核少16個中子，故B錯誤；設(shè)共經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得232＝208＋4x90＝82＋2x－y解得x＝6，y＝4，可知共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變，故C錯誤，D正確。6.(2024·安徽蚌埠市三模)位于合肥的核聚變大科學裝置“夸父”預計于2025年底全面建成，它將用來驗證我國“人造太陽”實驗的關(guān)鍵技術(shù)。下列關(guān)于核聚變反應的說法正確的是()A.核聚變反應過程中沒有質(zhì)量虧損B.核聚變反應后原子核的總質(zhì)量增加C.核聚變反應后，核子的比結(jié)合能增加D.核聚變反應后，核子的比結(jié)合能減小答案C解析核聚變反應過程中存在質(zhì)量虧損，核聚變反應后原子核的總質(zhì)量減少，故A、B錯誤；核聚變反應后，反應后的原子核比反應前的原子核更穩(wěn)定，核子的比結(jié)合能增加，故C正確，D錯誤。7~10題每小題9分，11題12分，共48分7.(2025·山西太原市檢測)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，橫坐標表示時間，縱坐標表示任意時刻钚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.0.875 C.0.500 D.0.707答案D解析原子核發(fā)生衰變時，剩余質(zhì)量m＝m0(12)tT1/2，經(jīng)過43.2年剩余钚238的質(zhì)量與初始值的比值為mm0＝(12)t8.太陽目前處于主序星階段，氫燃燒殆盡后將發(fā)生“氦閃”，進入紅巨星階段?！昂らW”是氦(24He)聚變變成碳，224He→48Be，48Be極不穩(wěn)定，短時間再結(jié)合一個氦變成碳:48Be＋24He→612C。已知原子核的比結(jié)合能—質(zhì)量數(shù)的圖像如圖，2A.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答案B解析原子核的比結(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。9.(2025·河北邯鄲市調(diào)研)核電站軸核裂變的產(chǎn)物是多樣的。有一種典型的軸核裂變是生成鋇和氪，核反應方程是92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋x01n＋γ，已知鈾核的質(zhì)量為m1，鋇核的質(zhì)量為m2，氪核的質(zhì)量為mA.核反應方程中的x＝2B.該核反應釋放的核能是(m1－m2－m3－2m4)c2C.92235U的比結(jié)合能大于56144Ba(或D.目前部分高科技核電站已經(jīng)實現(xiàn)可控核聚變發(fā)電答案B解析根據(jù)反應過程滿足質(zhì)量數(shù)守恒可得235＋1＝144＋89＋x×1，可得x＝3，故A錯誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，該核反應釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝(m1＋m4－m2－m3－3m4)c2＝(m1－m2－m3－2m4)c2，故B正確；核反應后產(chǎn)物56144Ba(或3689Kr)比反應前的92235U更穩(wěn)定，所以92235U的比結(jié)合能小于56144Ba10.(2024·河南省項城五校聯(lián)考)隨著中國玉兔月球探測器成功著陸月球背面，世界上掀起了新一輪的月球探測熱潮。月球表面蘊含豐富而地球卻十分匱乏的氦3，氦3是一種非常理想的核聚變材料，月球氦3的開發(fā)對解決能源危機有著積極的意義。氦3與氘核的核反應方程為23He＋12H→24He＋X＋ΔE，其中ΔE為釋放的核能。且知氘核的比結(jié)合能為E1，氦核的比結(jié)合能為A.X為中子B.氦3的比結(jié)合能比氦核的比結(jié)合能大C.氦3的比結(jié)合能為4D.氦3的比結(jié)合能為4答案C解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得核反應方程為23He＋12H→24He＋11H＋ΔE，可知X為質(zhì)子，故A錯誤；核反應放出能量，生成的氦核比氦3更穩(wěn)定，可知氦3的比結(jié)合能比氦核的比結(jié)合能小，故B錯誤；根據(jù)3E＋2E1＋ΔE＝4E2，可得氦3的比結(jié)合能為11.(12分)(2025·江西吉安市開學考)太陽內(nèi)部的熱核反應是輕核聚變?yōu)楹ず说倪^程，有一種反應序列是質(zhì)子循環(huán)，相當于4個質(zhì)子聚變生成一個氦核和另外兩個相同的粒子，核反應方程為4