文档内容
第五章 原子核
【题型1 放射性及射线性质】..................................................................................................................................................1
【题型2 核反应类型及其核反应方程】...............................................................................................................................3
【题型3 衰变与衰变次数的计算及半衰期的应用】.........................................................................................................5
【题型4 结合能及核能】...........................................................................................................................................................7
【题型 1 放射性及射线性质】
1.物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得了正确的科学认知，进而推动了物理学的发展。下列说法
符合事实的是
A. 汤姆孙通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
B. 洛伦兹通过一系列实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
C. 贝克勒尔发现的天然放射现象，说明原子核有复杂结构
D. 卢瑟福用𝛼粒子轰击 9𝐵𝑒，获得反冲核 12 𝐶，发现了中子
4 6
【答案】C
【解析】A.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，卢瑟福根据𝛼粒子散射实验提出了原子的核式结构
模型，故A错误；
B.赫兹通过一系列实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，故B错误；
C.贝克勒尔发现了天然放射性现象，说明原子核有复杂结构，故C正确；
D.查德威克用𝛼粒子轰击 9𝐵𝑒，获得反冲核 12 𝐶，发现了中子，故 D错误。
4 6
故选C。
2.图中曲线𝑎、𝑏、𝑐、𝑑为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂
直于纸面向里．以下判断可能正确的是( )A. 𝑎、𝑏为𝛽粒子的径迹
B. 𝑎、𝑏为𝛾粒子的径迹
C. 𝑐、𝑑为𝛼粒子的径迹
D. 𝑐、𝑑为𝛽粒子的径迹
【答案】D
【解析】解：粒子在磁场中向右运动时，带正电荷的粒子，根据左手定则可以判断它将向上偏转，带负电
荷的粒子，可以判断它将向下偏转，不带电的粒子，不偏转，由此可以判定𝑎、𝑏带正电，𝑐、𝑑带负电，所
以ABC错误，D正确。
故选：𝐷。
3.在具有辐射的环境中，一般同时存在𝛼、𝛽、𝛾射线，在这种辐射环境中的工作人员需要佩戴底片胸章来
检测他们工作时接受的辐射剂量，如图1所示，胸章内有一块由黑纸包裹的感光底片、一块5 𝑚𝑚厚铝板
和一块5 𝑚𝑚厚铅板。感光底片被射线照射后就会感光变黑，工作人员佩戴一定时间后，取出感光底
片，根据𝑥、𝑦、𝑧三个区域变黑情况，就能分析环境中的𝛼、𝛽、𝛾射线的辐射情况，如图2所示。下面说
法正确的是
A. 𝑥区域变黑仅是𝛼射线造成的 B. 𝑦区域变黑仅是𝛽射线造成的
C. 𝑧区域变黑仅是𝛾射线造成的 D. 三个区域颜色最深的是𝑧区域
【答案】C
【解析】𝛼粒子的穿透能力较弱，用一张纸就能把它挡住，A错误;
𝛽射线穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板，𝛾射线穿透能力更强，甚至能穿透几厘
米厚的铅板，所以𝑦区域变黑是𝛽、𝛾射线共同造成的，𝑧区域变黑是𝛾射线造成的，B错误，C正确;
由于𝑧区域只有𝛾射线才能到达，颜色浅， D错误。4.如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出𝛼、𝛽、𝛾三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列
说法正确的是( )
A. ①表示𝛾射线，③表示𝛼射线B. ②表示𝛽射线，③表示𝛼射线
C. ④表示𝛼射线，⑤表示𝛾射线D. ⑤表示𝛽射线，⑥表示𝛼射线
【答案】C
【解析】𝛾射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示𝛾射线，𝐴、𝐵、𝐷项错；
𝛼射线中的𝛼粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中沿电场方向偏转，故③表示𝛼射线，由左手定则可
知在匀强磁场中𝛼射线向左偏，故④表示𝛼射线，𝐶项对。
【题型 2 核反应类型及其核反应方程】
5.嫦娥五号月壤样品的化学成分分析显示，月壤具有高含量的钍(232 𝑇ℎ)， 232 𝑇ℎ经中子轰击，其核反应方
90 90
程式为 232 𝑇ℎ+1𝑛→𝐴𝑈+20 𝑒，下列说法正确的是
90 0 𝑍 ―1
A. 该反应属于𝛽衰变 B. 反应方程式中𝑍=92，𝐴=233
C. 该反应属于链式反应 D. 反应生成的电子来自钍原子的核外电子
【答案】B
【解析】𝐵根据电荷数守恒，𝑈的电荷数为𝑍=90+0+2=92，根据质量数守恒，𝑈的质量数为
𝐴=232+1=233，𝐵项正确;
𝐴、𝐶.该反应属于人工核转变，𝐴𝐶项错误;
D. 衰变放出的电子并非来自于核外电子，而是原子核内中子转化为质子和电子，𝐷项错误。
故选B。
6.我国托卡马克实验装置中用热中子轰击锂制取氚，核反应方程为 6 𝐿𝑖+1𝑛→3𝐻+𝑋，则( )
3 0 1
A. 𝑋是氦核 B. 𝑋是氘核 C. 反应是𝛼衰变 D. 反应是核裂变
【答案】A
【解析】用中子轰击锂核的过程中，质量数守恒，电荷数守恒，反应方程为 6 𝐿𝑖+1𝑛→3𝐻+4𝐻𝑒，𝑋是氦
3 0 1 2
核，此反应是人工核转变，A正确，BCD错误。7.氚在自然界中存量极少，工业上一般用中子轰击锂获取氚，其核反应方程为 1 𝑛+5𝐿𝑖→𝑋+3𝐻，已知氚的
0 3 1
半衰期为12.5年，下列说法正确的是( )
A. 𝑋与 4𝐻𝑒互为同位素B. 𝑋的质子数是3，中子数是2
2
C. 10个氚核，经过12.5年一定还剩5个 D. 上述获取氚的核反应是裂变反应
【答案】A
【解析】𝐴、𝐵.根据核反应的质量数守恒与电荷数守恒可知，𝑋的质子数是3―1=2
质量数为1+5―3=3
则𝑋的中子数是3―2=1
所以𝑋为 3𝐻𝑒，则𝑋与 4𝐻𝑒互为同位素，故 A正确，B错误；
2 2
C.半衰期的概念是针对大量的原子核，符合统计规律的随机过程量，对于个别原子来说半衰期是没有意义
的，故C错误；
D.上述获取氚的核反应是原子核的人工转变，故D错误。
故选A。
8.近年来，我国核电技术快速发展，“中国核能”已成为国家建设的重要力量。目前，核电主要是通过铀核
裂变产生， 235 𝑈在慢中子的轰击下发生核反应： 235 𝑈+1𝑛→140𝑋𝑒+𝑏𝑌+21𝑛。关于核反应方程式中的
92 92 0 54 𝑎 0
𝑏𝑌元素，下列说法中正确的是( )
𝑎
A. 𝑎=48，𝑏=84 B. 𝑎=36，𝑏=86 C. 𝑎=38，𝑏=94 D. 𝑎=37，𝑏=95
【答案】C
【解析】首先根据电荷数守恒有92+0=54+𝑎+0，计算得𝑎=38，故选项 ABD错误。
再根据质量数守恒有235+1=140+𝑏+2，计算得𝑏=94，故选项 C正确。
9.上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核 7𝐵𝑒
4
俘获核外𝐾层电子𝑒，可生成一个新原子核𝑋，并放出中微子𝜈 ，即 7Be+0 e→X+0𝜈 。根据核反应后原
𝑒 4 ―1 0 e
子核𝑋的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是
( )
A. 原子核𝑋是7 Li B. 核反应前后的总质子数不变
3
C. 核反应前后总质量数不同 D. 中微子𝜈 的电荷量与电子的相同
𝑒
【答案】A
【解析】𝐴、𝐶、根据质量数守恒和电荷数守恒有，𝑋的质量数为7，电荷数为3，可知原子核𝑋是7 Li，故A
3
正确、C错误；B、由选项A可知，原子核𝑋是7 Li，则核反应方程为 7Be+0 e→7Li+0𝜈 ，则反应前的总质子数为4，反应
3 4 ―1 3 0 e
后的总质子数为3，故B错误；
D、中微子不带电，则中微子𝜈 的电荷量与电子的不相同，故D错误。
𝑒
故选A。
【题型 3 衰变与衰变次数的计算及半衰期的应用】
10.2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技
术上迈出关键一步。该技术利用钍核( 232𝑇ℎ)俘获𝑥个中子( 1𝑛)，共发生𝑦次𝛽衰变，转化为易裂变的铀核
90 0
( 233𝑈)，则( )
92
A. 𝑥=1,𝑦=1 B. 𝑥=1,𝑦=2 C. 𝑥=2,𝑦=1 D. 𝑥=2,𝑦=2
【答案】B
【解析】根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数加1，电荷数不变，每发生一次 𝛽 衰败，质量数不变，
电荷数加1，钍核变成铀核，质量数加1，电荷数加2，则俘获1个中子，发生 2 次 𝛽 衰败，即 𝑥=1 ，
𝑦=2。
故选B。
11.花岗岩、大理石等装修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性的说法正确的是( )
A. 238𝑈衰变成 206 𝑃𝑏要经过8次𝛼衰变和6次𝛽衰变
92 82
B. 氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后只剩下1个氡原子核
C. 𝛼射线与𝛾射线都是电磁波，𝛼射线穿透本领远比𝛾射线弱
D. 放射性元素发生𝛽衰变时所释放的电子是原子被电离时产生的
【答案】A
【解析】A.铀核 238 𝑈衰变成铅核 206𝑃b的过程中，设发生𝑥次𝛼衰变，𝑦次𝛽衰变，衰变方程为
92 92
238𝑈→206𝑃𝑏+𝑥𝛼+𝑦𝛽
92 82
根据质量数守恒和电荷数守恒有238=206+4𝑥，92=82+2𝑥―𝑦
解得𝑥=8 ， 𝑦=6
即要经过8次𝛼衰变和6次𝛽衰变，故A正确；
B.半衰期是对大量原子核的衰变的统计规律，对于单个原子核是不成立的，故B错误；
C.𝛼射线是氦核流，𝛾射线的实质是电磁波，𝛾射线的穿透本领比较强，故C错误；
D.𝛽衰变时，原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故D错误。故选：𝐴。
12.自然界中一些放射性重元素会发生一系列连续衰变，称为衰变链。已知 235 𝑈的衰变链如图所示，图中
92
纵坐标为中子数，横坐标为质子数，𝑋为衰变链中某一原子核。下列判断中正确的是( )
A. 235𝑈衰变为𝑋要经过2次𝛼衰变，3次𝛽衰变
92
B. 235𝑈衰变为𝑋要经过2次𝛼衰变，2次𝛽衰变
92
C. 235𝑈衰变为𝑋质量数减小了2
92
D. 235𝑈衰变为𝑋质量数减小了6
92
【答案】B
【解析】 235𝑈 衰变为𝑋要经过𝑎次𝛼衰变和𝑏次𝛽衰变，则2𝑎―𝑏=92―90；235―4𝑎=227
92
解得𝑎=2，𝑏=2
235𝑈 衰变为𝑋质量数减小了8。
92
故选B。
13.两种放射性元素的半衰期分别为𝑡 和2𝑡 ，在𝑡=0时刻这两种元素的原子核总数为𝑁，在𝑡=2𝑡 时刻，
0 0 0
𝑁
尚未衰变的原子核总数为 ，则在𝑡=4𝑡 时刻，尚未衰变的原子核总数为( )
3 0
𝑁 𝑁 𝑁 𝑁
A. B. C. D.
12 9 8 6
【答案】C
【解析】设半衰期为𝑡 的元素的原子核数为𝑁 ，半衰期为2𝑡 的元素的原子核数为𝑁2，则𝑁 +𝑁 =𝑁，经
0 1 0 1 2
过𝑡=2𝑡 后，尚未衰变的原子核总数 𝑁 =( 1 )2𝑁 +( 1 )1𝑁 ，经过𝑡=4𝑡 后，尚未衰变的原子核总数𝑋=( 1
0 3 2 1 2 2 0 2
)4𝑁 +( 1 )2𝑁 ，联立解得𝑋= 𝑁 。故C正确，ABD错误。
1 2 2 8故选C。
14.“烛龙一号”是我国首款自主研制的 14 𝐶核电池，它以超长寿命、极端环境适应性和高安全性引发全球
6
关注。已知该核电池内的核反应方程是 14 𝐶→14𝑁+𝑋， 14 𝐶半衰期是5730年。下列说法正确的是( )
6 7 6
A. 该反应是𝛼衰变
B. 该反应是𝛽衰变
C. 环境温度升高时， 14 𝐶半衰期小于5730年
6
D. 在极地科考环境下， 14 𝐶半衰期大于5730年
6
【答案】B
【解析】𝐴𝐵.根据质量数守恒和电荷数守恒可知𝑋的质量数为0，电荷数为―1，则𝑋为电子，该反应是𝛽衰
变，故A错误，B正确；
𝐶𝐷.半衰期由原子核内部本身因素决定，于环境因素无关，故CD错误。
【题型 4 结合能及核能】
15.核电池又称同位素电池，它是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(𝛼粒子、𝛽粒子和𝛾射线)并将其能量
转换为电能的装置。某核电池使用的核燃料为 238 𝑃𝑢，其半衰期为88年。已知 238 𝑃𝑢的衰变方程为 238 𝑃𝑢
94 94 94
→𝑛 𝑋+4 𝑌，下列说法正确的是( )
92 𝑚
A. 该衰变属于𝛽衰变
B. 升高温度， 238 𝑃𝑢的半衰期变短
94
C. 𝑛 𝑋的比结合能大于 238 𝑃𝑢的比结合能
92 94
D. 经过88年，10𝑔的 238 𝑃𝑢原子核衰变后总剩余质量为5𝑔
94
【答案】C
【解析】𝐴、根据发生衰变时的电荷数守恒可得生成的粒子𝑌的电荷数为𝑚=94―92=2，所以𝑌粒子的电
荷数为2，质量数为4，即𝑌粒子为𝛼粒子，该衰变为𝛼衰变，故A错误；
B、半衰期是由原子核自身内部结构决定的，与外在的物理环境无关，所以升高温度， 238 𝑃𝑢的半衰期不
94
变，故B错误；
C、比结合能越大的原子核越稳定，衰变是朝着比结合能大的方向进行的，所以 𝑛 𝑋的比结合能大于 238 𝑃𝑢
92 94
的比结合能，故C正确；
D、经过88年，10𝑔的 238 𝑃𝑢原子核衰变后 238 𝑃𝑢原子核的剩余质量为5𝑔，故D错误。
94 94
故选：𝐶。16.原子核的比结合能(平均结合能)曲线如图所示，下列说法正确的是( )
A. 2𝐻核的结合能约为1𝑀𝑒𝑉 B. 144𝐵𝑎核比 235 𝑈的结合能更大
1 56 92
C. 4𝐻𝑒核比 6 𝐿𝑖核更稳定 D. 两个 2𝐻核结合成 4𝐻𝑒核时吸收能量
2 3 1 2
【答案】C
【解析】A. 2𝐻核的比结合能约为1Mev， 2𝐻核的结合能约为2×1Mev=2Mev
1 1
故A错误；
B.由图像可知， 144 𝐵𝑎核比 235 𝑈的比结合能大，但 144 𝐵𝑎与 235 𝑈核子数之比为144:235， 144 𝐵𝑎核比 235 𝑈的
56 92 56 92 56 92
结合能小，故 B错误；
C.比结合能越大，原子核越稳定，由图像可知， 4𝐻𝑒核比 6 𝐿𝑖核比结合能大，所以 4𝐻𝑒核比 6 𝐿𝑖核更稳定。
2 3 2 3
故 C正确；
D.两个比结合能小的 2𝐻核结合成比结合能大的 4𝐻e核时，会释放能量，故 D错误。
1 2
故选：𝐶。
17.贫铀弹在爆炸中有很多 238 𝑈残留，其半衰期极为漫长且清理困难，所以对环境的污染严重而持久。设
92
238𝑈发生𝛼衰变形成新核𝑋，以下说法正确的是( )
92
A. 238𝑈的比结合能小于新核𝑋的比结合能
92
B. 该衰变过程的方程可写为 238 𝑈+4𝐻𝑒→242𝑋
92 2 94
C. 衰变反应中的𝛼射线在几种放射线中电离能力最弱
D. 2个 238 𝑈原子核经过一个半衰期后必定有一个发生衰变
92
【答案】A
【解析】解：𝐴、𝛼衰变是自发进行的，该过程中释放能量，所以 238 𝑈比结合能小于新核𝑋的比结合能，故
92
A正确；
B、𝛼射线是高速氦核流，其质量数为4，电荷数为2，根据质量数守恒和电荷数守恒可得产物的质量数是𝐴=238―4=234，电荷数为𝑧=92―2=90，所以该衰变方程为 238 𝑈→234𝑋+4𝐻𝑒，故B错误；
92 90 2
C、𝛼射线是高速氦核流，𝛼射线在几种放射线中电离能力最强，故C错误；
D、半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少数原子核不适用，故D错误。
故选：𝐴。
18.用中子轰击静止的锂核，核反应方程为 1 𝑛+6𝐿𝑖→4𝐻𝑒+𝑋+𝛾。已知光子的频率为𝑣，锂核的比结合能
0 3 2
为𝐸 ，氦核的比结合能为𝐸 ，𝑋核的比结合能为𝐸 ，普朗克常量为ℎ，真空中光速为𝑐、下列说法中正确
1 2 3
的是( )
A. 𝑋核为 2𝐻核
1
B. 𝛾光子的动量𝑝= ℎ𝑐
𝑣
C. 释放的核能𝛥𝐸=(4𝐸 +3𝐸 )―6𝐸
2 3 1
D.
质量亏损𝛥𝑚=(4𝐸
2
+3𝐸 3)―6𝐸
1
+ℎ𝑣
𝑐2
【答案】C
【解析】A.根据质量数和电荷数守恒可知𝑋核为 3𝐻 核，故A错误；
1
B.光子的频率为𝑣，可知 𝛾 光子的动量𝑝= ℎ = ℎ𝑣 ，故B错误；
𝜆 𝑐
C.由比结合能的概念可知，该核反应释放的核能为𝛥𝐸=(4𝐸 +3𝐸 )―6𝐸 ，故C正确；
2 3 1
D.质量亏损为𝛥𝑚=
(4𝐸
2
+3𝐸 3)―6𝐸
1，故D错误；
𝑐2
故选C。
