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专题 37 原子核
1.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.
2.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程．
考点一 原子核的衰变及半衰期
1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数．
2．天然放射现象
放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的
结构．
3．三种射线的比较
名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领
α射线 氦核 He ＋2e 4 u 最强 最弱
β射线 电子 e －e u 较强 较强
γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强
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．
(2)α衰变、β衰变
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程 X→Y＋He X→Y＋e
2个质子和2个中子结合成一
中子转化为质子和电子
衰变实质 个整体射出
2H＋2n→He n→H＋e
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒
(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 ＝N ，m ＝m .
余 原 余 原
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压
强)或化学状态(如单质、化合物)无关(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：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．
(2)应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等．
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害．
【典例1】（2022·全国·高三专题练习） 的衰变方程为 ，其衰变曲线如图所示，τ
为半衰期，则（ ）
A． 发生的是β衰变
B． 发生的是γ衰变
C．
D．
【典例2】（2022·全国·高三专题练习）静止的 Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示，大、
小圆半径分别为R、R。则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值的判断中正确的是（ ）
1 2
A． Bi→ Tl＋ He B． Bi→ Po＋ H
C．R∶R＝84∶1 D．R∶R＝207∶4
1 2 1 2
考点二 核反应及核反应类型
1．核反应的四种类型类型 可控性 核反应方程典例
α衰变 自发 U→Th＋He
衰变
β衰变 自发 Th→Pa＋e
N＋He→O＋H
(卢瑟福发现质子)
He＋Be→C＋n
(查德威克发现中子)
人工转变 人工控制
约里奥－居里夫妇
Al＋He→P＋n 发现放射性同位
P→Si＋e 素，同时发现正电
子
U＋n→Ba＋Kr＋3n
重核裂变 容易控制
U＋n→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变 现阶段很难控制 H＋H→He＋n
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(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子
(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等．
(2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒．
(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．
【典例3】（2022·湖北·襄阳四中模拟预测）目前，我们学习过的核反应有4种类型：核衰变、核裂变、核
聚变和人工核转变。下列方程属于衰变类型的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【典例4】（2022·全国·高三专题练习）在四个核反应方程中，x、x、x、x 各代表一种粒子，① H＋
1 2 3 4
H→x ；② Be＋ He→ C＋x；③ He＋ N→ O＋x；④ Th→ Pa＋x，下列判断正确的是（ ）
1 2 3 4A．x 为质子 B．x 为正电子
1 2
C．x 为中子 D．x 为电子
3 4
考点三 质量亏损及核能的计算
核力和核能
(1)核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力．
(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要的能量，叫作原子的结合能，也
叫核能．
(3)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，原子核中
核子结合得越牢固，原子核越稳定．
(4)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2.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＝Δmc2.
核能的计算方法
(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．
(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位
是“u”，ΔE的单位是“MeV”．
(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．
【典例5】（2022·河北·模拟预测）由于太阳自身巨大的重力挤压，使其核心的压力和温度变得极高，形成
了可以发生核聚变反应的环境。太阳内发生核聚变反应主要为： ，已知氘核的比结合能是
，氦核的比结合能是 。则该反应释放的核能约为（ ）
A． B． C． D．
【典例6】（2022·辽宁·模拟预测）2020年3月2日9时12分，我国具有完全自主知识产权的三代核电
“华龙一号”全球首堆——中核集团福清核电5号机组热态性能试验基本完成，为后续机组装料、并网发
电等工作奠定了坚实基础。该机组正式运行后的核反应方程之一为 ，下列说
法正确的是（ ）
A．该核反应中，X是质子
B．该核反应属于热核反应C． 的比结合能比 的比结合能大
D．该核反应的产物的结合能之和小于反应物的结合能之和
一、单选题
1．（2022·吉林吉林·模拟预测）能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一、下列释放
核能的反应方程中，表述正确的是（ ）
A． 是核裂变反应
B． 是原子核的人工转变
C． 是 衰变
D． 是聚变反应
2．（2022·全国·高三专题练习）人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可
以作为未来核聚变的重要原料之一。氦的该种同位素应表示为（ ）
A． B． C． D．
3．（2022·上海嘉定·二模）放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，进入匀强电场中，偏转情
况如图所示，由此可推断（ ）
A．①表示γ射线，③表示α射线
B．①表示γ射线，③表示β射线
C．②表示γ射线，③表示α射线
D．②表示γ射线，③表示β射线4．（2022·全国·高三专题练习）正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电荷量大小相等，而电性相反，
科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质。1997年，欧洲和美国的科学
研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步。你推测反氢
原子的结构是（ ）
A．由一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子构成
B．由一个带负电荷的反质子和一个不带电荷的中子构成
C．由一个不带电荷的中子和一个带负电荷的电子构成
D．由一个带负电荷的反质子与一个带正电荷的正电子构成
5．（2022·全国·高三专题练习）铀原子核既可发生核衰变，也可发生核裂变。其核衰变方程为
，核裂变方程为 ，其中 、 、 、 的质量分别为m、m、
1 2
m、m，光在真空中的传播速度为c，下列叙述正确的是（ ）
3 4
A． 发生的衰变是β衰变
B．Y原子核中含有56个中子
C．若提高温度， 的半衰期将会变小
D． 裂变时释放的能量为
6．（2022·全国·高三专题练习）放射性同位素钍 经一系列α、β衰变后生成氡 ，以下说法正确
的是（ ）
A．每经过一次α衰变，原子核的质量数会减少2
B．每经过一次β衰变，原子核的质子数会增加1
C．钍 原子核比氡 原子核的中子数少4
D．钍 衰变成氡 一共经过2次α衰变和3次β衰变
7．（2022·全国·高三专题练习）钴60（ Co）是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年。
它发生β衰变变成镍60（ ）同时放出能量高达315keV的高速电子和两束γ射线。钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探
伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于人体肿瘤的放射治疗。关于
钴60，下列说法正确的是（ ）
A．发生β衰变的衰变方程为
B．将钴60放入高温高压环境中可以加快其衰变
C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收
D．10g钴60经过10.54年全部发生衰变
8．（2022·全国·高三专题练习）关于粒子，下列说法中正确的是（ ）
A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子
B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用
C．强子、轻子都由夸克组成
D．许多粒子都存在反粒子
9．（2022·全国·高三专题练习）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。
表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为 ，己知 、
、 的质量分别为 ，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是
（ ）
A．X为氘核 B．X为氚核
C． D．
10．（2022·全国·高三课时练习）1926年，人们首次利用放射性氡进行了示踪技术应用，后来又进行了多
领域的生理、病理和药理研究。氡的放射性同位素最常用的是 ， 经过m次α衰变和n次β衰变
后变成稳定的 、则（ ）
A． ，
B．衰变方程为 Rn→ He＋ PbC． 的比结合能小于 的比结合能
D．通过改变温度等外部条件，可以控制放射性氡的半衰期
二、填空题
11．（2022·全国·高三课前预习）结合能
（1）结合能
原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能．
（2）比结合能
原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得
越___________，原子核越___________。中等大小的核的比结合能最大，最稳定．
12．（2022·全国·高三课前预习）核反应
（1）定义：原子核在其他粒子的轰击下产生___________或者发生状态变化的过程。
（2）原子核的人工转变：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程 N＋ He→ O＋ H。
（3）遵循规律：___________守恒，电荷数守恒。
13．（2021·全国·高三课时练习）已知一个氢原子的质量为 ，一个锂原子的质量为
，一个氦原子的质量为 。一个锂核受到一个质子轰击变为2个 粒子，核
反应方程为 ，根据以上信息可知，题中所给的核反应属于___________，该核反应释放的核
能为___________。
14．（2021·全国·高三课时练习）镭核（ ）经过一系列α衰变和β衰变，变成铅核（ ），则其中
经过α衰变的次数是___________，镭核（ ）衰变成铅核（ ）的过程中损失了___________个中
子。
三、解答题
15．（2022·山东泰安·三模）2020年12月17日，“嫦娥五号”顺利返回地球，带回1.7kg月壤。月球氦3
（ He）是月球岩石样本中发现的一种储量惊人的新物质，该物质可以与氘（ H）一同参与核聚变反应，放出质子，同时释放出大量能量。已知氨3的原子质量为3.0160u，氘的原子质量为2.0140u， He的原子
质量为4.0026u，质子的原子质量为1.0078u，其中u为原子质量单位，1u相当于931.5MeV的能量。
（1）试写出此核反应方程；
（2）求该核反应中释放的核能。
16．（2015·甘肃·高三阶段练习）静止的锂核（ ）俘获一个速度为7.7×106m/s的中子，发生核反应后若
只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核（ ），它的速度大小是8.0×106m/s，方向与反应前的中子
速度方向相同。
①写出此核反应的方程式；
②求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向；
③此反应过程中是否发生了质量亏损，说明依据。
17．（2022·北京海淀·模拟预测） 的质量是 ，质子的质量是 ，中子的质量是
为 原子质量的 ，称为原子质量单位。根据质能方程可知， 相当于 。已知
。则：
（1）一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
（2）氚核的结合能和比结合能各是多少？
（3）如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？
18．（2022·全国·高三专题练习）茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对宇航员构成了很大的威胁。现有
一束射线（含有α、β、γ三种射线）：
（1）在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线？
（2）余下的这束β和γ射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域，请画出β和γ射线进入磁场区域
后轨迹的示意图。（画在图上）
（3）用磁场可以区分β和γ射线，但用相同的磁场却不易把α射线从射线束中分离出来，为什么？（已知
α粒子的质量约是β粒子质量的8000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速）
