原子核
基础巩固
1.[2024·全国甲卷] 氘核可通过一系列聚变反应释放能量,总的反应效果可用61
2H→22
4He+x0
1
n+y1
1p+43.15 MeV 表示,式中x、y 的值分别为( )
A.x=1,y=2
B.x=1,y=3
C.x=2,y=2
D.x=3,y=1
2.[2024·浙江6 月选考] 发现中子的核反应方程为
2
4He+4
9Be→X+0
1n,“玉免二号”巡视器的核
电池中钚238 的衰变方程为
94
238Pu→92
234U+Y,正确的是
( )
A.核反应方程中的X 为
6
12C
B.衰变方程中的Y 为
2
3He
C.中子
0
1n 的质量数为零
D.钚238 的衰变吸收能量
3.[2023·湖南卷] 2023 年4 月13 日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下
新纪录,实现403 秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出
了重要的一步,下列关于核反应的说法正确的是
( )
A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B.氘氚核聚变的核反应方程为
1
2H+1
3H→❑2
4He+
-1
0 e
C.核聚变的核反应燃料主要是铀235
D.核聚变反应过程中没有质量亏损
4.[2024·山东卷] 2024 年是中国航天大年,神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天,部分航天器
装载了具有抗干扰性强的核电池.已知
38
90Sr 衰变为
39
90Y 的半衰期约为29 年;94
238Pu 衰变为
92
234U
的半衰期约87 年.现用相同数目的
38
90Sr 和
94
238 Pu 各做一块核电池,下列说法正确的是( )
A.
38
90Sr 衰变为
39
90Y 时产生α 粒子
B.
94
238Pu 衰变为
92
234U 时产生β 粒子
C.50 年后,剩余的
38
90Sr 数目大于
94
238Pu 的数目
D.87 年后,剩余的
38
90Sr 数目小于
94
238Pu 的数目
5.[2023·浙江1 月选考] 宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子,中子与大气中的氮
14 会产生以下核反应:❑7
14N+0
1n→6
14C+1
1H,产生的❑ 6
14 C 能自发进行β 衰变,其半衰期为5730
年,利用碳14 的衰变规律可推断古木的年代.下列说法正确的是
( )
A.
6
14C 发生β 衰变的产物是
7
15N
B.β 衰变辐射出的电子来自碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应,引起
6
14C 的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的6
14C 含量为活体植物的1
4
,则该古木距今约为11 460 年
6.[2023·全国乙卷] 2022 年10 月,全国众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴,其中我国的
“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献,由观测结果推断,
该伽马射线暴在1 分钟内释放的能量量级为1048 J.假设释放的能量来自物质质量的减少,则
每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108 m/s) ( )
A.1019 kg
B.1024 kg
C.1029 kgD.1034 kg
综合提升
7.如图所示,一个原子核X 经图中所示的一系列α、β 衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程
中放射出电子的总个数为
( )
A.6 B.8
C.10D.14
8.[2025·广西南宁一中模拟] 核电作为清洁低碳、安全高效、稳定且可大规模发展的绿色能
源,在推动绿色发展和助力“双碳”目标实现方面发挥着重要的作用.据统计,一座百万千瓦
电功率的核电厂和燃煤电厂相比,每年可以减少二氧化碳排放600 多万吨,可见核能是减排效
应较大的能源之一.下列关于核反应的说法正确的是( )
A.重核裂变过程中能释放能量而轻核聚变过程中只吸收能量
B.核反应堆中发生的核裂变方程为
92
235U+0
1n→
56
144 Ba+36
89Kr+20
1n
C.核裂变产生的一个
56
144Ba 原子核中有56 个质子,88 个中子
D.
92
235U 的半衰期为7 亿年,10 个
92
235U 原子核经过7 亿年还有5 个没发生衰变
9.(多选)[2025·山东青岛模拟] 一核电站年发电量约为4.5×1010 kW·h,发电效率约为34%.已
知一个铀235 裂变时释放的能量约为200 MeV,下列说法正确的是( )
A.每年需要约5×1028个铀235 发生裂变
B.每年铀235 亏损的质量约为5.3 kg
C.铀235 发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D.为控制裂变反应速度,常用石墨、重水和普通水作为慢化剂
10.[2025·河北邯郸模拟] 核电站铀核裂变的产物是多样的.有一种典型的铀核裂变是生成钡
和氪,核反应方程是
92
235U+0
1n→56
144Ba+36
89Kr+x0
1n+γ,已知铀核的质量为m1,钡核的质量为m2,氪
核的质量为m3,中子的质量为m4,真空中光速为c,以下说法正确的是
( )
A.核反应方程中的x=2
B.该核反应释放的核能是(m1-m2-m3-2m4)c2
C.
92
235U 的比结合能大于
56
144Ba(或
36
89Kr)的比结合能
D.目前部分高科技核电站已经实现可控核聚变发电
11.某静止的原子核发生核反应且放出能量Q,其核反应方程为
A
B X →C
DY+E
FZ.假设释放的能量
全都转化为新核Y 和Z 的动能,其中Z 原子核的速度为v,则以下结论正确的是( )
A.Y 原子核的速度大小为E
C
v
B.Y 原子核的动能与Z 原子核的动能之比为D F
∶
C.Y 原子核和Z 原子核的质量之和比X 原子核的质量大Q
c
2(c 为光速)
D.Y 原子核和Z 原子核的结合能之和一定大于X 原子核的结合能
12.(多选)[2024·湖北武汉模拟] 原子核的比结合能曲线如图所示.根据该曲线,下列判断正确
的是
( )
A.
2
4He 核的结合能约为14 MeV
B.
2
4He 核比
3
6Li 核更稳定
C.两个
1
2H 核结合成
2
4He 核时释放能量
D.
92
235U 核的比结合能比
36
89Kr 核的大
13.(多选)[2025·山西太原模拟] 有一匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外,一个
原来静止在A 处的原子核发生衰变放射出两个粒子,两个新核的运动轨迹如图所示,已知两个
相切圆半径分别为r1、r2.下列说法正确的是
( )
A.原子核发生α 衰变,根据已知条件可以算出两个新核的质量比
B.衰变形成的两个粒子带同种电荷
C.衰变过程中原子核遵循动量守恒定律
D.衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1 q∶
2=r1 r∶2
拓展挑战
14.(多选)[2025·河南郑州一中模拟] 太阳辐射的总功率约为4×1026 W,其辐射的能量来自聚
变反应,在聚变反应中,一个质量为1876.1 MeV/c2(c 为真空中的光速)的氘核(1
2H)和一个质量
为2809.5 MeV/c2的氚核(1
3H)结合为一个质量为3728.4 MeV/c2的氦核(2
4He),并放出一个X
粒子,同时释放大约17.6 MeV 的能量.下列说法正确的是
( )
A.X 粒子是质子
B.X 粒子的质量为939.6 MeV/c2
C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg
D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2
15.(多选)现有两动能均为E0=0.35 MeV 的
1
2H 在一条直线上相向运动,两个
1
2H 发生对撞后能
发生核反应,得到
2
3He 和新粒子,且在核反应过程中释放的能量完全转化为
2
3He 和新粒子的动
能.已知
1
2H 的质量为2.014 1 u,2
3He 的质量为3.016 0 u,新粒子的质量为1.008 7 u,核反应
时质量亏损1 u 释放的核能约为931 MeV.下列说法正确的是(如果涉及计算,结果保留整数)
( )
A.核反应方程为
1
2H+1
2H→2
3He+1
1H
B.核反应前后不满足能量守恒定律
C.新粒子的动能约为3 MeV
D.
2
3He 的动能约为1 MeV
答案解析
1.C [解析] 根据反应前后质量数守恒和电荷数守恒可得6×2=2×4+x+y,6=2×2+y,解得
x=2,y=2,故C 正确.
2.A [解析] 根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒知X 的电荷数为6,质量数为12,故X 为
6
12C,A 正确;同理可知Y 应为
2
4He,B 错误;中子
0
1n 的质量数为1,C 错误;衰变过程中释放能量,D
错误.
3.A [解析] 相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多,A 正确;根据质量数守
恒和电荷数守恒可知,氘氚核聚变的核反应方程为
1
2H+1
3H→
2
4 He+0
1n,B 错误;核聚变的核反应
燃料主要是氘核和氚核,C 错误;核聚变反应过程中放出大量能量,有质量亏损,D 错误.
4.D [解析] 由质量数守恒和电荷数守恒可知,38
90Sr→39
90Y+-1
0 e⇒β 衰变,
94
238 Pu→92
234U+2
4He⇒α
衰变,A、B 错误;由于
38
90Sr 的半衰期小于
94
238Pu 的半衰期,所以初始数目相同的两者经过相同时
间后剩余的
38
90Sr 数目小于
94
238Pu 的数目,C 错误,D 正确.
5.D [解析] 根据衰变过程的质量数守恒、电荷数守恒可知,发生β 衰变后质量数不变,电荷
数增加1,即产生❑ 7
14 N,选项A 错误;原子核衰变放出的电子由原子核内部的中子转化而来,
选项B 错误;半衰期不受外界因素干扰,所以不会因为温室效应改变,选项C 错误;若测得一古
木样品的❑6
14C 含量为活体植物的1
4
,说明经过了2 个半衰期,因此大约距今时间为
5730×2=11 460 年,选项D 正确.
6.C [解析] 伽马射线暴每秒钟释放的能量量级ΔE=10
48
60
J,由爱因斯坦质能方程可得每秒
钟平均减少的质量量级Δm= Δ E
c
2
=
10
48
60×(3×10
8)
2
kg≈2×1029 kg,故C 正确.
7.A [解析] 由图像可知,X 的质子数为92,质量数为92+146=238,Y 的质子数为82,质量数为
82+124=206,设
92
238X 变成
82
206Y 共发生m 次α 衰变和n 次β 衰变,根据核反应方程满足电荷数
守恒与质量数守恒可得,n×0+m×4=238-206=32,n×(-1)+m×2=92-82=10,解得n=6,m=8, 故放
出电子的总个数为6,A 正确.
8.C [解析] 核聚变时释放能量,质量亏损,故A 错误;核反应堆中发生的核裂变方程为
92
235U+0
1
n→56
144Ba+36
89Kr+30
1n,故B 错误;核裂变产生的一个
56
144Ba 原子核中有56 个质子,144-56=88 个
中子,故C 正确;半衰期是对大量粒子的统计规律,10 个
92
235U 原子核不适用半衰期规律,故D 错
误.
9.BCD [ 解析] 由η= W
Δ E
=
W
n Δ E0
, 可得n=
W
η Δ E0
=
4.5×10
10×10
3×3600
0.34×200×10
6×1.6×10
-19
个
≈1.5×1028 个,故A 错误; 由ΔE0=Δmc2, 可得Δm≈3.6×10-28 kg,每年铀235 亏损的质量
ΔM=n·Δm≈5.3 kg,故B 正确;铀块达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去,故C
正确;为控制裂变反应速度,链式反应中常用石墨、重水和普通水作为慢化剂,故D 正确.
10.B [解析] 根据反应过程满足质量数守恒可得235+1=144+89+x×1,可得x=3,故A 错误;
根据爱因斯坦质能方程可知,该核反应释放的核能为ΔE=Δmc2=(m1+m4-m2-m3-3m4)c2=(m1-m2-
m3-2m4)c2,故B 正确;核反应后产物
56
144Ba(或
36
89Kr)比反应前的
92
235U 更稳定,所以
92
235U 的比结合能
小于
56
144Ba(或
36
89Kr)的比结合能,故C 错误;现在的核电站仍采用核裂变反应发电,还没有实现可
控核聚变发电,故D 错误.
11.D [解析] 由动量守恒定律得0=Dv'-Fv,所以Y 原子核的速度大小v'= F
D
v,故A 错误;Y 原
子核与Z 原子核的质量之比为D F
∶,速度之比为F D
∶,因此它们的动能之比为F D
∶,故B 错误;因
为放出能量,有质量亏损,所以Y 原子核和Z 原子核的质量之和比X 原子核的质量小,Y 原子
核和Z 原子核的结合能之和比X 原子核的结合能大,故C 错误,D 正确.
12.BC [解析]
2
4He 的比结合能为7 MeV,因此它的结合能为7 MeV×4=28 MeV,A 错误;
比结合能越大,表明原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,结合题图可知B 正确;两个比
结合能小的
1
2H 核结合成比结合能大的
2
4He 时,会释放能量,C 正确;由题图可知,92
235U 核的比结
合能比
36
89Kr 核的小,D 错误.
13.BC [解析] 衰变后两个新核速度方向相反,受力方向也相反,根据左手定则可判断出两个
粒子带同种电荷,所以衰变是α 衰变,衰变后的新核由洛伦兹力提供向心力,有Bqv=mv
2
r
,可得
r=mv
qB
,衰变过程遵循动量守恒定律,即mv 大小相等,所以电荷量与半径成反比,有q1 q∶
2=r2 r∶1,
但无法求出质量比,故A、D 错误,B、C 正确.
14.BC [解析] 由质量数守恒和电荷数守恒可知,X 的质量数为1,电荷数为0,则X 为中子,A
错误;根据能量关系可知mnc2=(1876.1+2809.5-3728.4-17.6) MeV,解得mn=939.6 MeV/c2,B 正
确;太阳每秒放出的能量E=Pt=4×1026 J,损失的质量Δm= E
c
2
=4×10
26
9×10
16
kg≈4.4×109 kg,C 正
确;因为E=4×1026 J= 4×10
26
1.6×10
-19
eV=2.5×1045 eV=2.5×1039 MeV,则太阳每秒因为辐射损失
的质量为Δm= E
c
2=2.5×1039 MeV/c2,D 错误.
15.CD [解析] 由核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程为
1
2H+1
2H→2
3He
+0
1n,则新粒子为中子
0
1n,A 错误;核反应过程中有质量亏损,释放能量,仍然满足能量守恒定律,B
错误;由题意可知ΔE=(2.014 1 u×2-3.016 0 u-1.008 7 u)×931 MeV/u≈3.3 MeV,根据核反
应中系统能量守恒,有EkHe+Ekn=2E0+ΔE,根据核反应中系统动量守恒,有pHe-pn=0,由Ek= p
2
2m
,
可知EkHe
Ekn
= mn
mHe
, 联立解得EkHe=
mn
mn+mHe
(2E0+ΔE)≈1 MeV,Ekn=
mHe
mn+mHe
(2E0+ΔE)≈3
MeV,C、D 正确.
