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2023高考物理二轮专题复习与测试专题强化练十七原子结构与原子物理
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这是一份2023高考物理二轮专题复习与测试专题强化练十七原子结构与原子物理，共9页。
专题强化练(十七) 原子结构与原子物理
1．如图所示是α粒子散射实验装置的示意图．从α粒子源发射的α粒子射向金箔，利用观测装置观测发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上荧光屏仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，极少数偏转的角α粒子束度甚至大于90°.下列说法正确的是( )
A．α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流
B．实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内
C．α粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对α粒子的作用引起的
D．α粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对α粒子的斥力引起的
解析：α粒子是从放射性物质中发射出来的氦核，A错误；若原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内，α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动的影响不会很大，不会出现大角度偏转的实验结果，B错误；电子对α粒子速度的大小和方向的影响可以忽略，C错误；原子核带正电，体积很小，但几乎占有原子的全部质量，电子在核外运动，当α粒子进入原子区域后，大部分离原子核很远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不变，只有极少数α粒子在穿过时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度散射，D正确．故选D.
答案：D
2．2021年10月12日，物理学家组织网报道，一国际物理学家团队对中子的“寿命”开展了迄今最精确测量，精确度提高了两倍多，这项研究有助揭示宇宙的演化历程并为发现新物理现象提供证据．下列核反应方程中X1、X2、X3、X4代表中子的是( )
A.F＋He―→X1＋Ne
B.B＋He―→X2＋N
C.H＋H―→X3＋H
D.Al―→X4＋Mg
解析：根据题意得F＋He―→H＋Ne
B＋He―→n＋N
H＋H―→e＋H
Al―→e＋Mg，B正确，A、C、D错误．故选B.
答案：B
3．“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克，俗称“人造太阳”．人造太阳中发生的主要是氢的同位素——氘和氚的核聚变反应．下列说法中正确的是( )
A．核反应方程为H＋H―→He＋H
B．该核反应过程吸收能量
C．该核反应生成物的质量大于反应物的质量
D．聚变生成物He的比结合能大于反应物H的比结合能
解析：核反应方程中质量数与电荷数守恒，而A选项中的电荷数不守恒，A错误；核聚变反应过程放出能量，B错误；核聚变反应有大量的能量放出，由爱因斯坦质能方程知，有质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量，C错误；比结合能越大，原子核越稳定，故He的比结合能大于H的比结合能，D正确．故选D.
答案：D
4．用加速后的电子轰击大量处于基态的氢原子，氢原子受到激发后发出的光可使逸出功W0＝2.75 eV的金属产生光电效应现象．氢原子的能级图如图所示，下列判断正确的是( )
A．加速后电子动能最小值可能为10.2 eV
B．加速后电子动能最小值可能为2.75 eV
C．金属逸出的光电子的最大初动能可能为0 eV
D．金属逸出的光电子的最大初动能可能为0.65 eV
解析：光子的能量大于逸出功2.75 eV时，才能产生光电效应现象，即hν>W0＝2.75 eV.电子加速度轰击基态的氢原子，氢原子受到激发跃迁到n＝2的能级，需要吸收的能量最小为ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV>2.75 eV，所以速后电子动能最小值可能为10.2 eV，A正确，B错误；处于基态的氢原子受到激发，向低能级跃迁时，发射光子的能量为hν＝－(其中E1＝－13.6 eV，m、n为整数，且m>n)．若金属逸出的光电子的最大初动能为0 eV，则光子的能量为hν＝W0＝2.75 eV，没有相应的m、n能级之间的跃迁产生2.75 eV的光子，若金属逸出的光电子的最大初动能为0.65 eV，则光子的能量为hν＝W0＋Ek＝3.4 eV，没有相应能级间的跃迁可以产生3.4 eV的光子，故C、D错误．故选A.
答案：A
5．某原子的部分能级图如图，大量处于某激发态的该原子向低能级跃迁时，发出三种波长的光如图所示，它们的波长分别为λa、λb、λc.下列说法正确的是( )
A．同样条件下，a光比b光衍射明显
B．三种光的波长关系为＝＋
C．用同一套装置做双缝干涉实验，a光相邻亮纹的间距最大
D．若b光照射某种金属能发生光电效应，c光照射该金属也能发生光电效应
解析：由图可得，三种波长的光的能量关系为εa>εc>εb，又因为ε＝h，所以波长关系为λa>λc>λa，因为波长越长，衍射现象越明显，所以样条件下， b光比a光衍射明显；又因为Δx＝，所以用同一套装置做双缝干涉实验，b光相邻亮纹的间距最大，故A、C错误；由图可得εa＝E3－E1；εb＝E2－E1；εc＝E3－E2所以满足εa＝εc＋εb则h＝h＋h，即＝＋，故C错误；若b光照射某种金属能发生光电效应，因为εc>εb则c光照射该金属也能发生光电效应，故D正确．故选D.
答案：D
6．2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核污水，消息一出，举世哗然．福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水中含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钌106等放射性核素．其中铀235的半衰期大约为12.5年，其衰变方程为U→Th＋X＋γ，下列观点正确的是( )
A．衰变中产生的粒子X本质上是氦原子
B．铀235衰变后核子的总质量相比衰变前减少
C．衰变过程中释放核能，铀235的比结合能大于钍231的比结合能
D．如果日本政府在12.5年后再排放经过处理的核污水将不会对环境产生影响
解析：根据衰变规律可知，X为α粒子，本质上是氦的原子核，不是氦原子，故A错误；由于衰变过程中出现射线，可知会释放出核能，产生质量亏损，故反应后核子的总质量会减少，衰变是不稳定的原子核向结构稳定的原子核的变化，故新核的比结合能大于核反应前原子核的比结合能，故B正确，C错误；铀235经过一个半衰期只是有半数发生衰变，还存在大量原子核没有衰变，所以此时核污水还是具有放射性，
答案：B
7.近代物理研究表明∑＋粒子的半衰期约为T＝0.79×10－10 s，其衰变方程是∑＋→H＋π0或∑＋→n＋π＋，其中∑＋粒子带正电，带电荷量的值与元电荷相同，π0介子不带电，π＋介子带正电．一∑＋粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中做轨迹半径为R的匀速圆周运动，在某时刻∑＋粒子发生衰变，产物a沿图示圆轨道运动，轨迹半径为2R，产物b做直线运动(轨迹未画出)．下列说法正确的是( )
A．根据图示轨迹能判断∑＋粒子的衰变方式
B．∑＋粒子衰变产物的总质量比∑＋粒子质量大
C．衰变后瞬间产物a的动量方向与产物b的动量方向相同
D．∑＋粒子、产物a和产物b的动量大小之比为1∶2∶1
解析：∑＋粒子发生衰变时有质量亏损，释放能量，B错误；由图示可知衰变后瞬间产物a的速度与衰变前瞬间∑＋粒子的速度同向，根据洛伦兹力提供向心力可得∑＋粒子的动量为p0＝BeR，产物a的动量为p1＝2BeR，设产物b的动量大小为p2，根据动量守恒定律可得p2＝－BeR，可知衰变后瞬间产物b的动量与产物a的动量方向相反，C错误；结合C项分析可知，三者动量大小之比为1∶2∶1，D正确；两种衰变方式中产物均有带正电和不带电的粒子，因不知粒子间的质量关系，无法根据轨迹半径的关系判断产物．是哪种粒子，A错误．故选D.
答案：D
8．科学研究发现，钚(Pu)是一种具有放射性的超轴元素，已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu→X＋He＋γ，该衰变过程中产生的γ光子照射到逸出功为W0的金属上，逸出光电子最大初动能为Ek0.已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h.下列说法中正确的是( )
A．衰变产生的γ光子带正电且具有很强的电离能力
B．X原子核中含有92个中子
C．γ光子的波长为
D．80个Pu经过48 200年后一定剩余20个
解析：衰变产生的γ光子不带电，具有很强的穿透能力，但是电离本领很弱，选项A错误；X原子核中质量数为235，电荷数为92，则含有235－92＝143个中子，选项B错误；根据光电效应规律可得Ek0＝－W0，可得γ光子的波长为λ＝，选项C正确；半衰期是大量原子衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适应，选项D错误．故选C.
答案：C
9．2020年10月20日消息，好奇号火星车又有新发现：火星也曾有“绿洲”，或有生命存在，好奇号火星车是首辆使用核能提供能量的火星车，它的核能电池系统主要包括两个组成部分：一个装填钚(Pu)二氧化物的热源和一组固体热电偶，将钚238产生的热能转化为电能，这一系统设计使用寿命为14年，钚238的半衰期为88年，原来静止的一个钚238衰变时放出α射线和γ光子，生成原子核X，已知钚238，α粒子、X的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c，下列说法正确的是( )
A．X的中子数为92
B．钚238放在高压容器里，其半衰期可能变为90年
C．该核反应中的质量亏损为m2＋m3－m1
D．γ光子的波长大于
解析：根据质量数守恒与电荷数守恒可知，X的质量数为A＝238－4＝234，电荷数为Z＝94－2＝92.所以中子数n＝234－92＝142，故A错误；
半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态无关、与化学状态无关，故B错误；该核反应中的质量亏损为Δm＝m1－m2－m3，故C错误；钚238衰变时动量守恒，能量守恒，总动量为零，衰变后射线动能不为零，因此释放的核能只有一部分以γ光子的形式辐射出去，则有hν<(m1－m2－m3)c2，又ν＝，因此λ>，故D正确．故选D.
答案：D
10．2020年1月10日，黄旭华获2019年国家最高科学技术奖．他是中国第一代核潜艇总设计师，成功研制了我国第一代核潜艇，为我国海基核力量实现从无到有的历史性跨越做出了卓越的贡献．核潜艇是以核反应堆(如图所示)为动力来源的潜艇，反应堆的核反应方程式为：U＋n→X＋Kr＋3n，下列说法正确的是( )
A．X元素有56个质子，144个中子
B．U的比结合能(平均结合能)大于Kr的比结合能
C．根据E＝mc2，裂变后释放核能，裂变过程质量发生亏损
D．要能发生链式反应，铀块的体积应小于临界体积
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X元素的电荷数(质子数)为p＝56，质量数q＝144，则含有144－56＝88个中子，选项A错误；该反应放出核能，则生成物Kr的比结合能(平均结合能)大于U的比结合能，选项B错误；根据E＝mc2，裂变后释放核能，裂变过程质量发生亏损，选项C正确；要能发生链式反应，铀块的体积应大于临界体积，选项D错误．故选C.
答案：C
11．(多选)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是：将O放射性同位素注入人体，参与人体的代谢过程.O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像．根据PET原理，下列说法正确的是( )
A．衰变的方程式为O→N＋e
B．将放射性同位素O注入人体，O的主要用途作为示踪原子
C．一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子
D．PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长
解析：由质量数守恒和电荷数守恒得：O的衰变的方程式是O→N＋e，故A正确；将放射性同位素O注入人体，O的主要用途作为示踪原子，故B正确；正负电子湮灭生成两个光子，故C错误；氧在人体内的代谢时间不长，因此PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短，故D错误；故选AB.
答案：AB
12．(多选)2021年12月20日，我国宣布：全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功．标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一．目前核电站获取核能的基本核反应方程：U＋n→Ba＋X＋3n，其中能Ba不稳定，衰变的半衰期为T，下列说法正确的是( )
A．反应产物X的中子数为50
B．0.5 kg的Ba原子核，经过3T剩下开始时的
C．反应产物X的比结合能比U的比结合能大
D．上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量
解析：根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为U＋n→Ba＋X＋3n，
可知X原子核中含有的中子数为53，故A错误；
根据半衰期公式m余＝m()，
可知，经过3T，＝()3＝，
所以一定质量的Ba原子核剩下的质量占开始时的，故B正确；核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，故C正确；该核反应为重核裂变反应，故D错误．故选B、C.
答案：BC
13．(多选)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011 kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨．为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热．下列说法正确的是( )
A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kg
C．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D．反应堆中存在U＋n→Ba＋Kr＋3n的核反应
解析：秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量，故A错误；原子核亏损的质量全部转化为电能时，约为Δm＝＝ kg≈27.6 kg.核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率，则原子核亏损的质量大于27.6 kg，故B错误；核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过中子的数量控制链式反应的速度，故C正确；反应堆利用铀235的裂变，生成多个中核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在U＋n→Ba＋Kr＋3n的核反应，故D正确；故选C、D.
答案：CD
14．(多选)氢原子的能级图如图所示，原子从能级n＝4向n＝2跃迁所放出的光子能使某种金属材料发生光电效应，且光电子的最大初动能为0.3 eV，已知普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s，则以下说法中正确的是( )
A．该金属的逸出功为2.25 eV
B．该金属的截止频率为5.43×1033 Hz
C．氢原子从能级n＝2向n＝1跃迁所放出的光子照射该金属，产生的光电子的最大初动能为7.95 eV
D．用动能为0.3 eV的电子撞击能级n＝2的氢原子，可以使其跃迁到能级n＝3
解析：原子从能级n＝4向n＝2跃迁所放出的光子能量为E＝(－0.85 eV)－(－3.4 eV)＝2.55 eV，
根据E＝W＋mv，
该金属的逸出功为W＝E－mv＝2.55 eV－0.3 eV＝2.25 eV，
截止频率ν0＝＝ Hz＝5.43×1014 Hz，选项A正确，B错误；氢原子从能级n＝2向n＝1跃迁所放出的光子能量为E′＝(－3.4 eV)－(－13.6 eV)＝10.2 eV，
所放出的光子照射该金属，产生的光电子的最大初动能为Ekm＝E′－W＝7.95 eV，选项C正确；因n＝2与n＝3的能级差为1.89 eV，则用动能为0.3 eV的电子撞击能级n＝2的氢原子，不可以使其跃迁到能级n＝3，选项D错误．故选AC.
答案：AC
专题强化练(十七) 原子结构与原子物理
1．如图所示是α粒子散射实验装置的示意图．从α粒子源发射的α粒子射向金箔，利用观测装置观测发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上荧光屏仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，极少数偏转的角α粒子束度甚至大于90°.下列说法正确的是( )
A．α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流
B．实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内
C．α粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对α粒子的作用引起的
D．α粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对α粒子的斥力引起的
解析：α粒子是从放射性物质中发射出来的氦核，A错误；若原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内，α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动的影响不会很大，不会出现大角度偏转的实验结果，B错误；电子对α粒子速度的大小和方向的影响可以忽略，C错误；原子核带正电，体积很小，但几乎占有原子的全部质量，电子在核外运动，当α粒子进入原子区域后，大部分离原子核很远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不变，只有极少数α粒子在穿过时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度散射，D正确．故选D.
答案：D
2．2021年10月12日，物理学家组织网报道，一国际物理学家团队对中子的“寿命”开展了迄今最精确测量，精确度提高了两倍多，这项研究有助揭示宇宙的演化历程并为发现新物理现象提供证据．下列核反应方程中X1、X2、X3、X4代表中子的是( )
A.F＋He―→X1＋Ne
B.B＋He―→X2＋N
C.H＋H―→X3＋H
D.Al―→X4＋Mg
解析：根据题意得F＋He―→H＋Ne
B＋He―→n＋N
H＋H―→e＋H
Al―→e＋Mg，B正确，A、C、D错误．故选B.
答案：B
3．“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克，俗称“人造太阳”．人造太阳中发生的主要是氢的同位素——氘和氚的核聚变反应．下列说法中正确的是( )
A．核反应方程为H＋H―→He＋H
B．该核反应过程吸收能量
C．该核反应生成物的质量大于反应物的质量
D．聚变生成物He的比结合能大于反应物H的比结合能
解析：核反应方程中质量数与电荷数守恒，而A选项中的电荷数不守恒，A错误；核聚变反应过程放出能量，B错误；核聚变反应有大量的能量放出，由爱因斯坦质能方程知，有质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量，C错误；比结合能越大，原子核越稳定，故He的比结合能大于H的比结合能，D正确．故选D.
答案：D
4．用加速后的电子轰击大量处于基态的氢原子，氢原子受到激发后发出的光可使逸出功W0＝2.75 eV的金属产生光电效应现象．氢原子的能级图如图所示，下列判断正确的是( )
A．加速后电子动能最小值可能为10.2 eV
B．加速后电子动能最小值可能为2.75 eV
C．金属逸出的光电子的最大初动能可能为0 eV
D．金属逸出的光电子的最大初动能可能为0.65 eV
解析：光子的能量大于逸出功2.75 eV时，才能产生光电效应现象，即hν>W0＝2.75 eV.电子加速度轰击基态的氢原子，氢原子受到激发跃迁到n＝2的能级，需要吸收的能量最小为ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV>2.75 eV，所以速后电子动能最小值可能为10.2 eV，A正确，B错误；处于基态的氢原子受到激发，向低能级跃迁时，发射光子的能量为hν＝－(其中E1＝－13.6 eV，m、n为整数，且m>n)．若金属逸出的光电子的最大初动能为0 eV，则光子的能量为hν＝W0＝2.75 eV，没有相应的m、n能级之间的跃迁产生2.75 eV的光子，若金属逸出的光电子的最大初动能为0.65 eV，则光子的能量为hν＝W0＋Ek＝3.4 eV，没有相应能级间的跃迁可以产生3.4 eV的光子，故C、D错误．故选A.
答案：A
5．某原子的部分能级图如图，大量处于某激发态的该原子向低能级跃迁时，发出三种波长的光如图所示，它们的波长分别为λa、λb、λc.下列说法正确的是( )
A．同样条件下，a光比b光衍射明显
B．三种光的波长关系为＝＋
C．用同一套装置做双缝干涉实验，a光相邻亮纹的间距最大
D．若b光照射某种金属能发生光电效应，c光照射该金属也能发生光电效应
解析：由图可得，三种波长的光的能量关系为εa>εc>εb，又因为ε＝h，所以波长关系为λa>λc>λa，因为波长越长，衍射现象越明显，所以样条件下， b光比a光衍射明显；又因为Δx＝，所以用同一套装置做双缝干涉实验，b光相邻亮纹的间距最大，故A、C错误；由图可得εa＝E3－E1；εb＝E2－E1；εc＝E3－E2所以满足εa＝εc＋εb则h＝h＋h，即＝＋，故C错误；若b光照射某种金属能发生光电效应，因为εc>εb则c光照射该金属也能发生光电效应，故D正确．故选D.
答案：D
6．2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核污水，消息一出，举世哗然．福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水中含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钌106等放射性核素．其中铀235的半衰期大约为12.5年，其衰变方程为U→Th＋X＋γ，下列观点正确的是( )
A．衰变中产生的粒子X本质上是氦原子
B．铀235衰变后核子的总质量相比衰变前减少
C．衰变过程中释放核能，铀235的比结合能大于钍231的比结合能
D．如果日本政府在12.5年后再排放经过处理的核污水将不会对环境产生影响
解析：根据衰变规律可知，X为α粒子，本质上是氦的原子核，不是氦原子，故A错误；由于衰变过程中出现射线，可知会释放出核能，产生质量亏损，故反应后核子的总质量会减少，衰变是不稳定的原子核向结构稳定的原子核的变化，故新核的比结合能大于核反应前原子核的比结合能，故B正确，C错误；铀235经过一个半衰期只是有半数发生衰变，还存在大量原子核没有衰变，所以此时核污水还是具有放射性，
答案：B
7.近代物理研究表明∑＋粒子的半衰期约为T＝0.79×10－10 s，其衰变方程是∑＋→H＋π0或∑＋→n＋π＋，其中∑＋粒子带正电，带电荷量的值与元电荷相同，π0介子不带电，π＋介子带正电．一∑＋粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中做轨迹半径为R的匀速圆周运动，在某时刻∑＋粒子发生衰变，产物a沿图示圆轨道运动，轨迹半径为2R，产物b做直线运动(轨迹未画出)．下列说法正确的是( )
A．根据图示轨迹能判断∑＋粒子的衰变方式
B．∑＋粒子衰变产物的总质量比∑＋粒子质量大
C．衰变后瞬间产物a的动量方向与产物b的动量方向相同
D．∑＋粒子、产物a和产物b的动量大小之比为1∶2∶1
解析：∑＋粒子发生衰变时有质量亏损，释放能量，B错误；由图示可知衰变后瞬间产物a的速度与衰变前瞬间∑＋粒子的速度同向，根据洛伦兹力提供向心力可得∑＋粒子的动量为p0＝BeR，产物a的动量为p1＝2BeR，设产物b的动量大小为p2，根据动量守恒定律可得p2＝－BeR，可知衰变后瞬间产物b的动量与产物a的动量方向相反，C错误；结合C项分析可知，三者动量大小之比为1∶2∶1，D正确；两种衰变方式中产物均有带正电和不带电的粒子，因不知粒子间的质量关系，无法根据轨迹半径的关系判断产物．是哪种粒子，A错误．故选D.
答案：D
8．科学研究发现，钚(Pu)是一种具有放射性的超轴元素，已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu→X＋He＋γ，该衰变过程中产生的γ光子照射到逸出功为W0的金属上，逸出光电子最大初动能为Ek0.已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h.下列说法中正确的是( )
A．衰变产生的γ光子带正电且具有很强的电离能力
B．X原子核中含有92个中子
C．γ光子的波长为
D．80个Pu经过48 200年后一定剩余20个
解析：衰变产生的γ光子不带电，具有很强的穿透能力，但是电离本领很弱，选项A错误；X原子核中质量数为235，电荷数为92，则含有235－92＝143个中子，选项B错误；根据光电效应规律可得Ek0＝－W0，可得γ光子的波长为λ＝，选项C正确；半衰期是大量原子衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适应，选项D错误．故选C.
答案：C
9．2020年10月20日消息，好奇号火星车又有新发现：火星也曾有“绿洲”，或有生命存在，好奇号火星车是首辆使用核能提供能量的火星车，它的核能电池系统主要包括两个组成部分：一个装填钚(Pu)二氧化物的热源和一组固体热电偶，将钚238产生的热能转化为电能，这一系统设计使用寿命为14年，钚238的半衰期为88年，原来静止的一个钚238衰变时放出α射线和γ光子，生成原子核X，已知钚238，α粒子、X的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c，下列说法正确的是( )
A．X的中子数为92
B．钚238放在高压容器里，其半衰期可能变为90年
C．该核反应中的质量亏损为m2＋m3－m1
D．γ光子的波长大于
解析：根据质量数守恒与电荷数守恒可知，X的质量数为A＝238－4＝234，电荷数为Z＝94－2＝92.所以中子数n＝234－92＝142，故A错误；
半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态无关、与化学状态无关，故B错误；该核反应中的质量亏损为Δm＝m1－m2－m3，故C错误；钚238衰变时动量守恒，能量守恒，总动量为零，衰变后射线动能不为零，因此释放的核能只有一部分以γ光子的形式辐射出去，则有hν<(m1－m2－m3)c2，又ν＝，因此λ>，故D正确．故选D.
答案：D
10．2020年1月10日，黄旭华获2019年国家最高科学技术奖．他是中国第一代核潜艇总设计师，成功研制了我国第一代核潜艇，为我国海基核力量实现从无到有的历史性跨越做出了卓越的贡献．核潜艇是以核反应堆(如图所示)为动力来源的潜艇，反应堆的核反应方程式为：U＋n→X＋Kr＋3n，下列说法正确的是( )
A．X元素有56个质子，144个中子
B．U的比结合能(平均结合能)大于Kr的比结合能
C．根据E＝mc2，裂变后释放核能，裂变过程质量发生亏损
D．要能发生链式反应，铀块的体积应小于临界体积
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X元素的电荷数(质子数)为p＝56，质量数q＝144，则含有144－56＝88个中子，选项A错误；该反应放出核能，则生成物Kr的比结合能(平均结合能)大于U的比结合能，选项B错误；根据E＝mc2，裂变后释放核能，裂变过程质量发生亏损，选项C正确；要能发生链式反应，铀块的体积应大于临界体积，选项D错误．故选C.
答案：C
11．(多选)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是：将O放射性同位素注入人体，参与人体的代谢过程.O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像．根据PET原理，下列说法正确的是( )
A．衰变的方程式为O→N＋e
B．将放射性同位素O注入人体，O的主要用途作为示踪原子
C．一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子
D．PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长
解析：由质量数守恒和电荷数守恒得：O的衰变的方程式是O→N＋e，故A正确；将放射性同位素O注入人体，O的主要用途作为示踪原子，故B正确；正负电子湮灭生成两个光子，故C错误；氧在人体内的代谢时间不长，因此PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短，故D错误；故选AB.
答案：AB
12．(多选)2021年12月20日，我国宣布：全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功．标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一．目前核电站获取核能的基本核反应方程：U＋n→Ba＋X＋3n，其中能Ba不稳定，衰变的半衰期为T，下列说法正确的是( )
A．反应产物X的中子数为50
B．0.5 kg的Ba原子核，经过3T剩下开始时的
C．反应产物X的比结合能比U的比结合能大
D．上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量
解析：根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为U＋n→Ba＋X＋3n，
可知X原子核中含有的中子数为53，故A错误；
根据半衰期公式m余＝m()，
可知，经过3T，＝()3＝，
所以一定质量的Ba原子核剩下的质量占开始时的，故B正确；核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，故C正确；该核反应为重核裂变反应，故D错误．故选B、C.
答案：BC
13．(多选)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011 kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨．为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热．下列说法正确的是( )
A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kg
C．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D．反应堆中存在U＋n→Ba＋Kr＋3n的核反应
解析：秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量，故A错误；原子核亏损的质量全部转化为电能时，约为Δm＝＝ kg≈27.6 kg.核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率，则原子核亏损的质量大于27.6 kg，故B错误；核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过中子的数量控制链式反应的速度，故C正确；反应堆利用铀235的裂变，生成多个中核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在U＋n→Ba＋Kr＋3n的核反应，故D正确；故选C、D.
答案：CD
14．(多选)氢原子的能级图如图所示，原子从能级n＝4向n＝2跃迁所放出的光子能使某种金属材料发生光电效应，且光电子的最大初动能为0.3 eV，已知普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s，则以下说法中正确的是( )
A．该金属的逸出功为2.25 eV
B．该金属的截止频率为5.43×1033 Hz
C．氢原子从能级n＝2向n＝1跃迁所放出的光子照射该金属，产生的光电子的最大初动能为7.95 eV
D．用动能为0.3 eV的电子撞击能级n＝2的氢原子，可以使其跃迁到能级n＝3
解析：原子从能级n＝4向n＝2跃迁所放出的光子能量为E＝(－0.85 eV)－(－3.4 eV)＝2.55 eV，
根据E＝W＋mv，
该金属的逸出功为W＝E－mv＝2.55 eV－0.3 eV＝2.25 eV，
截止频率ν0＝＝ Hz＝5.43×1014 Hz，选项A正确，B错误；氢原子从能级n＝2向n＝1跃迁所放出的光子能量为E′＝(－3.4 eV)－(－13.6 eV)＝10.2 eV，
所放出的光子照射该金属，产生的光电子的最大初动能为Ekm＝E′－W＝7.95 eV，选项C正确；因n＝2与n＝3的能级差为1.89 eV，则用动能为0.3 eV的电子撞击能级n＝2的氢原子，不可以使其跃迁到能级n＝3，选项D错误．故选AC.
答案：AC
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