2025届高考物理二轮专题复习与测试模块六机械振动和机械波光学热学和近代物理专题十八近代物理初步和物理学史

专题十八近代物理初步和物理学史[专题复习定位]1．原子及原子核的结构。2.光电效应的规律、电路和图像的理解。3.玻尔理论的基本内容，能级和能级跃迁的规律。4.原子核的衰变和人工转变以及核能的计算等知识。命题点1能量量子化和光电效应1．(2024·新课标卷，T17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖，不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是(A)A．蓝光光子的能量大于红光光子的能量B．蓝光光子的动量小于红光光子的动量C．在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度D．蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率解析：由于红光的频率小于蓝光的频率，则红光的波长大于蓝光的波长，根据E＝hν可知蓝光光子的能量大于红光光子的能量，根据p＝eq\f(h,λ)可知蓝光光子的动量大于红光光子的动量，故A正确，B错误；由于红光的折射率小于蓝光，根据v＝eq\f(c,n)可知在玻璃中传播时，蓝光的速度小于红光的速度，故C错误；光从一种介质射入另一种介质中频率不变，故D错误。2．(多选)(2024·辽宁、吉林、黑龙江卷，T8)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则(BD)A．该金属逸出功增大B．X光的光子能量不变C．逸出的光电子最大初动能增大D．单位时间逸出的光电子数增多解析：金属的逸出功是金属的固有属性，仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属逸出功不变，故A错误；根据ε＝hν可知增加此X光的强度，X光的光子能量不变，故B正确；根据Ekm＝hν－W0可知逸出的光电子最大初动能不变，故C错误；增加此X光的强度，单位时间照射到金属表面的光子变多，则单位时间逸出的光电子数增多，故D正确。3．(2024·湖南卷，T1)量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是(B)A．普朗克认为黑体辐射的能量是连续的B．光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出C．康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分D．德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性解析：普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，故A错误；产生光电效应的条件是光的频率大于金属的极限频率，紫光的频率大于红光，若红光能使某金属发生光电效应，可知紫光也能使该金属发生光电效应，故B正确；石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒定律，光子和电子碰撞后，电子获得一定的动量，光子动量变小，根据λ＝eq\f(h,p)可知波长变长，故C错误；德布罗意认为物质都具有波动性，包括质子和电子，故D错误。4．(2022·河北卷，T4)如图，这是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知(A)A．钠的逸出功为hνcB．钠的截止频率为8.5×1014HzC．图中直线的斜率为普朗克常量hD．遏止电压Uc与入射光频率ν成正比解析：根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc＝Ekmax，根据Ekmax＝hν－W0，结合题图可知，当Uc为0时，解得W0＝hνc，A正确；钠的截止频率为νc，截止频率小于8.5×1014Hz，B错误；结合遏止电压与光电效应方程得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，可知题图中直线的斜率表示eq\f(h,e)，C错误；根据遏止电压与入射光的频率关系式知，遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系，不成正比，D错误。命题点2玻尔理论和能级跃迁5．(2024·安徽卷，T1)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11eV，当大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(B)A．1种 B．2种C．3种 D．4种解析：大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的光子种类为Ceq\o\al(2,3)＝3种，辐射出光子的能量分别为ΔE1＝E3－E1＝12.09eV，ΔE2＝E3－E2＝1.89eV，ΔE3＝E2－E1＝10.2eV，其中ΔE1>3.11eV，ΔE2<3.11eV，ΔE3>3.11eV，所以辐射不同频率的紫外光有2种。6．(2023·辽宁卷，T6)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则(A)A．①和③的能量相等B．②的频率大于④的频率C．用②照射该金属一定能发生光电效应D．用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek解析：由题图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，A正确；因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据E＝hν可知②的频率小于④的频率，B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时逸出光电子的最大初动能为Ek，根据Ekm＝hν－W逸出功，知用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，D错误。命题点3核反应和原子核的衰变7．(2024·河北卷，T1)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明，锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为eq\o\al(12,6eq\a\vs4\al())C＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(7,3)Li＋2eq\o\al(1,1)H＋X，式中的X为(D)A．eq\o\al(1,0)n B．eq\o\al(eq\a\vs4\al(0),－1)eC．eq\o\al(0,1)e D．eq\o\al(4,2)He解析：根据核反应前后质量数和电荷数守恒得A＝12＋1－7－2×1＝4，Z＝6＋1－3－2×1＝2，故式中的X为eq\o\al(4,2)He，故选D。8．(2024·江苏卷，T3)用粒子轰击氮核从原子核中打出了质子，该实验的核反应方程式是X＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(14,6)C，粒子X为(B)A．正电子eq\o\al(0,1)e B．中子eq\o\al(1,0)nC．氘核eq\o\al(2,1)H D．氦核eq\o\al(4,2)He解析：根据质量数守恒可知X的质量数为m＝14＋1－14＝1，根据电荷数守恒可知X的电荷数为n＝6＋1－7＝0，可知X为中子eq\o\al(1,0)n。9．(2024·广西卷，T4)近期，我国科研人员首次合成了新核素锇-160(eq\o\al(160,76)Os)和钨-156(eq\o\al(156,74)W)。若锇-160经过1次α衰变，钨-156经过1次β＋衰变(放出一个正电子)，则上述两新核素衰变后的新核有相同的(C)A．电荷数 B．中子数C．质量数 D．质子数解析：锇-160经过1次α衰变后产生的新核质量数为156，质子数为74，钨-156经过1次β＋衰变后产生的新核质量数为156，质子数为73，可知两新核素衰变后的新核有相同的质量数。10．(2024·山东卷，T1)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eq\o\al(90,38)Sr衰变为eq\o\al(90,39)Y的半衰期约为29年；eq\o\al(238,94)Pu衰变为eq\o\al(234,92)U的半衰期约87年。现用相同数目的eq\o\al(90,38)Sr和eq\o\al(238,94)Pu各做一块核电池，下列说法正确的是(D)A．eq\o\al(90,38)Sr衰变为eq\o\al(90,39)Y时产生α粒子B．eq\o\al(238,94)Pu衰变为eq\o\al(234,92)U时产生β粒子C．50年后，剩余的eq\o\al(90,38)Sr数目大于eq\o\al(238,94)Pu的数目D．87年后，剩余的eq\o\al(90,38)Sr数目小于eq\o\al(238,94)Pu的数目解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可知eq\o\al(90,38)Sr衰变为eq\o\al(90,39)Y时产生电子，即β粒子，eq\o\al(238,94)Pu衰变为eq\o\al(234,92)U时产生eq\o\al(4,2)He，即α粒子，故A、B错误；根据题意可知eq\o\al(238,94)Pu的半衰期大于eq\o\al(90,38)Sr的半衰期，现用相同数目的eq\o\al(90,38)Sr和eq\o\al(238,94)Pu各做一块核电池，经过相同的时间，eq\o\al(90,38)Sr经过半衰期的次数多，所以eq\o\al(90,38)Sr剩余的数目小于eq\o\al(238,94)Pu剩余的数目，故D正确，C错误。11．(2023·广东卷，T1)理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应eq\o\al(12,6)C＋Y→eq\o\al(16,8)O的影响。下列说法正确的是(D)A．Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强B．Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强C．Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强D．Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强解析：根据受核反应满足质量数和电荷数守恒可知，Y是α粒子(eq\o\al(4,2)He)，三种射线的穿透能力，γ射线最强，α射线最弱；三种射线的电离能力，α射线最强，γ射线最弱。12．(2024·广东卷，T2)我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”。其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应Y＋eq\o\al(243,95)Am→eq\o\al(A,119)X＋2eq\o\al(1,0)n产生该元素。关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是(C)A．Y为eq\o\al(58,26)Fe，A＝299 B．Y为eq\o\al(58,26)Fe，A＝301C．Y为eq\o\al(54,24)Cr，A＝295 D．Y为eq\o\al(54,24)Cr，A＝297解析：核反应方程Y＋eq\o\al(243,95)Am→eq\o\al(A,119)X＋2eq\o\al(1,0)n，设Y的质子数为y，根据质子数守恒则有y＋95＝119＋0，可得y＝24，即Y为eq\o\al(54,24)Cr；根据质量数守恒，则有54＋243＝A＋2，可得A＝295。13．(2024·湖北卷，T2)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一，eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(a,3)X＋eq\o\al(4,b)Y是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则(B)A．a＝7，b＝1 B．a＝7，b＝2C．a＝6，b＝1 D．a＝6，b＝2解析：由质量数守恒和电荷数守恒可得10＋1＝a＋4，5＋0＝3＋b，解得a＝7，b＝2。命题点4核能14．(2023·湖南卷，T1)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)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eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(0,－1)eC．核聚变的核反应燃料主要是铀235D．核聚变反应过程中没有质量亏损解析：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；根据质量数守恒和核电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，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。题型一光电效应现象考向1光电效应的规律1．两条线索2．两个关系(1)光照强度大→光子数目多→饱和光电流大；(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。如图所示的是光电管，阴极和阳极密闭在真空玻璃管内部，用黄光照射时，发生了光电效应，则以下可以使光电子最大初动能增大的是(B)A．改用红光照射光电管B．改用蓝光照射光电管C．增强黄光的照射强度D．延长黄光的照射时间[解析]根据题意，由光电效应方程有Ekm＝hν－W0可知，光电子最大初动能与光照的频率有关，与光照强度和光照时间无关，增大光电子最大初动能，需要增大入射光的频率。用如图所示的光电管研究光电效应的规律，分别用a、b、c三束单色光照射图中的光电管阴极K，先闭合开关S接1，调节滑动变阻器的滑片位置，使电流计G的示数达到最大值Ia、Ib、Ic，读数大小Ic>Ia>Ib；然后将开关S接2，再次调节滑动变阻器的滑片位置，使电流计G的指针示数恰好为零，记录三种情况下电压表的示数Ua、Ub、Uc，读数大小Ua>Ub＝Uc。下列说法不正确的是(D)A．三种光的频率一定大于阴极K的极限频率B．c光的强度一定大于b光的强度C．a光的频率一定大于b光的频率D．a光照射光电管逸出光电子的动能一定大于b光照射光电管逸出光电子的动能[解析]由题意可知，三种光都能产生光电效应，由产生光电效应的条件可知，三种光的频率一定大于阴极K的极限频率，A正确，不符合题意；由题意可知，最大光电流Ic>Ia>Ib，由于照射光频率一定时，最大光电流仅与光的强度有关，因此c光的强度一定大于b光的强度，B正确，不符合题意；由题意可知，反向截止电压Ua>Ub＝Uc，由动能定理可得eU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)可知a光照射时，射出光电子的最大初动能最大，由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，a光的频率一定大于b光的频率，C正确，不符合题意；由C选项分析可知，a光照射光电管阴极K，逸出光电子的最大初动能一定大于b光照射光电管逸出光电子的最大初动能，可a光照射光电管逸出光电子的动能不一定大于b光照射光电管逸出光电子的动能，D错误，符合题意。考向2光电效应图像的理解图像名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系Ek＝hν－hνc(1)截止频率：图线与ν轴交点的横坐标νc(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标(2)饱和光电流Im1、Im2：光电流的最大值(3)最大初动能：Ek＝eUc续上表图像名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量颜色不同时，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc1>Uc2，则ν1>ν2(2)最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)(1)截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标(2)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)某小组用a、b两种单色光照射同一光电管探究光电效应，得到光电流I与光电管所加电压U的关系如图所示，下列说法正确的是(A)A．b光照射时逸出的光电子最大初动能较大B．增强a光的强度，遏止电压Uca也增大C．a光的频率大于b光的频率D．a光的波长小于b光的波长[解析]根据eUc＝Ekm可知，b光的遏止电压较大，则b光照射时逸出的光电子最大初动能较大，A正确；根据hν＝W0＋Ekm，eUc＝Ekm可知，光强与遏止电压无关，B错误；由B选项分析可知，a光的频率小于b光的频率，C错误；由λ＝eq\f(c,ν)可知，a光的波长大于b光的波长，D错误。题型二玻尔理论和能级跃迁1．原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。2．原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能。3．一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)，而一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数可用N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n(n－1),2)求解。4．注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位1eV＝1.6×10－19J。(2023·新课标卷，T16)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10－5eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，元电荷e＝1.60×10－19C)(C)A．103Hz B．106HzC．109Hz D．1012Hz[解析]铯原子钟利用的两能级的能量差量级对应的能量ε＝10－5eV＝10－5×1.6×10－19J＝1.6×10－24J，由光子能量的表达式ε＝hν可得，跃迁发射的光子的频率ν＝eq\f(ε,h)＝eq\f(1.6×10－24,6.63×10－34)Hz≈2.4×109Hz，跃迁发射的光子的频率量级为109Hz。(2023·湖北卷，T1)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2eV)。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子(A)A．n＝2和n＝1能级之间的跃迁B．n＝3和n＝1能级之间的跃迁C．n＝3和n＝2能级之间的跃迁D．n＝4和n＝2能级之间的跃迁[解析]由题图可知n＝2和n＝1的能级之间的能量差值ΔE＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n＝2和n＝1能级之间的跃迁。(2023·山东卷，T1)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示的是某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(D)A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3[解析]原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EI＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EI＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3。图甲为氢原子能级图，图乙为氢原子的光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可见光区的四条谱线，其中Hβ谱线是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射产生的，下列说法正确的是(D)A．这四条谱线中，Hα谱线光子频率最大B．氢原子的发射光谱属于连续光谱C．用能量为3.5eV的光子照射处于n＝2激发态的氢原子，氢原子不发生电离D．若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是Hδ[解析]由题图乙可知Hα谱线对应的波长最大，由E＝heq\f(c,λ)可知，波长越大，能量越小，频率越小，A错误；氢原子的发射光谱属于线状光谱，B错误；处于n＝2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4eV的能量，C错误；频率越大的光子越容易使金属产生光电效应，题图乙中Hδ谱线波长最小，频率最大，Hδ光能量最大，若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是Hδ，D正确。题型三核反应与核能的计算考向1原子的衰变与核反应方程1．衰变规律及实质衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体中子转化为质子和电子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒2.半衰期(1)半衰期研究对象一定是大量的、具有统计意义的数量；(2)半衰期永远不变；(3)半衰期的公式N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))。(2023·北京卷，T3)下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是(A)A．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋()B．eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋()C．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋()D．eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋()[解析]根据电荷数守恒和质量数守恒知，核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋(3eq\o\al(1,0)n)，故A符合题意；核反应方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋(eq\o\al(4,2)He)，故B不符合题意；核反应方程为eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋(eq\o\al(1,1)H)，故C不符合题意；核反应方程为eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋(eq\o\al(0,－1)e)，故D不符合题意。某种国产核电池是利用eq\o\al(238,94)Pu衰变为eq\o\al(234,92)U释放能量制成的。关于eq\o\al(238,94)Pu衰变为eq\o\al(234,92)U的核反应过程，下列说法正确的是(A)A．eq\o\al(238,94)Pu发生α衰变，衰变方程为eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)HeB．核反应生成的α粒子具有很强的电离本领和穿透能力C．当温度降低时，eq\o\al(238,94)Pu衰变的半衰期将变大D．核反应前后，反应物的质量之和等于生成物的质量之和[解析]据电荷数守恒与质量数守恒可得，衰变方程为eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)He，A正确；核反应生成的α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力很弱，B错误；eq\o\al(238,94)Pu衰变的半衰期由放射性元素自身性质决定，与所处环境的温度无关，C错误；核反应过程放出能量，发生质量亏损，故反应物的质量之和大于生成物的质量之和，D错误。反冲是大自然中的常见现象。静止的铀核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(238,92)U))放出动能为Ek1的粒子X后，衰变为钍核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(234,90)Th))。计算中不考虑相对论效应，不考虑核子间质量的差异。(1)请写出上述过程的核反应方程；(2)求反冲的钍核的动能Ek2。[解析](1)根据衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒可得，该核反应方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。(2)设氦核的质量为m1，速度大小为v1，钍核的质量为m2，速度大小为v2，根据动量守恒定律可得m1v1＝m2v2又Ek1＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)Ek2＝eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)eq\f(m1,m2)＝eq\f(4,234)＝eq\f(2,117)联立解得反冲的钍核的动能Ek2＝eq\f(2,117)Ek1。[答案](1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(2,117)Ek1考向2核能的计算1．根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)的千克数乘以真空中光速的平方。即ΔE＝Δmc2。2．根据1u相当于931.5MeV，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV。静止的镭核eq\o\al(226,86)Ra发生α(eq\o\al(4,2)He)衰变，释放出的α粒子的动能为E，真空中光速为c，假设衰变时的能量全部以动能形式释放出来，则衰变过程中总的质量亏损是(C)A．eq\f(E,c2) B．eq\f(2E,111c2)C．eq\f(113E,111c2) D．eq\f(2E,c2)[解析]镭核发生α衰变的核反应方程式为eq\o\al(226,86)Ra→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(222,84)Rn，令氦核的质量为m，氡核的质量为M，则根据动量守恒可得mvm＝MvM，其中E＝eq\f(p2,2m)，所以氡核的动能E′＝eq\f(p2,2M)＝eq\f(2,111)E，根据爱因斯坦质能方程，可得总的质量亏损Δm＝eq\f(E＋E′,c2)＝eq\f(\f(2,111)E＋E,c2)＝eq\f(113E,111c2)。1．(多选)如图所示的是关于近代物理学的图像，下列说法正确的有(CD)A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动B．如图乙所示，发生光电效应时，入射光光强越强，光电子的最大初动能也就越大C．如图丙所示，α粒子散射实验中，α粒子与金原子中的原子核碰撞可能会发生大角度偏转D．如图丁所示，大量氢原子处于n＝4的激发态，跃迁过程中可能释放出6种频率的光子，其中从n＝4的能级跃迁到n＝3能级辐射的光子波长最长解析：如题图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A错误；如题图乙所示，发生光电效应时，入射光频率越大，光电子的最大初动能也就越大，与入射光的强度无关，B错误；如题图丙所示，α粒子散射实验中，α粒子与金原子中的原子核碰撞可能会发生大角度偏转，C正确；如题图丁所示，大量氢原子处于n＝4的激发态，跃迁过程中可能释放出Ceq\o\al(2,4)＝6种频率的光子，其中从n＝4的能级跃迁到n＝3能级能级差最小，则辐射的光子频率最小，波长最长，D正确。2．(2024·汕头市二模)扫描隧道显微镜让人类对原子有了直观的感受，下列关于原子结构的说法正确的是(D)A．玻尔的原子结构假说认为核外电子可在任意轨道上运动B．α粒子散射实验中，绝大多数α粒子发生了大角度散射C．原子光谱是线状谱，不同原子的光谱可能相同D．氢原子在激发态自发跃迁时，氢原子能量减少解析：玻尔的原子结构假说认为核外电子的轨道是量子化的，电子只能在特定的轨道上运动，故A错误；α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿着原来的方向前进，少数α粒子穿过金箔后发生了大角度的偏转，极少数α粒子甚至被反弹回来，故B错误；原子光谱是线状谱，不同原子的光谱不同，故C错误；氢原子在激发态自发跃迁时，辐射光子释放能量，氢原子能量减少，故D正确。3．(2024华南师大附中三模)我国在第四代核能系统方面处于领先地位，其中高温气冷堆的核燃料是eq\o\al(235,92)U，核燃料的裂变反应方程为eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3Y，下列说法正确的是(B)A．Y为电子B．Y为中子C．该反应过程吸收能量D．该反应是太阳内部的聚变反应解析：根据核反应中电荷数守恒与质量数守恒可知Y的质量数为1，电荷数为0，故Y为中子，故A错误，B正确；该反应过程释放能量，为重核裂变，故C、D错误。4．(2024·江苏卷，T5)在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种(C)A．λ1 B．λ2C．λ3 D．λ4解析：根据光电方程可知，当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为λ3的光子能量最大。5．有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特定颜色的光。图甲所示的是钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，钠原子发出频率为5.09×1014Hz的黄光，可见光谱如图乙所示。锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为(A)A．红色 B．橙色C．绿色 D．青色解析：由波尔理论结合普朗克的量子假说，即E＝hν，根据题图甲可得ENa＝hνNa，ELi＝hνLi，代入数据可得νLi≈4.48×1014Hz，对照题图乙可知，锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为红色。6．我国的火星探测车用放射性材料PuO2作为燃料，PuO2中的Pu元素是eq\o\al(238,94)Pu。eq\o\al(238,94)Pu发生衰变的方程为eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋X，eq\o\al(238,94)Pu的半衰期为87.7年，则(C)A．方程中X是电子B．衰变过程质量数减小C．放出的射线是α射线，它的电离能力很强D．100个eq\o\al(238,94)Pu原子核经过87.7年后还有50个未衰变解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可知，发生的是α衰变，方程中X是氦核，故A、B错误；α衰变放出的是α射线，它的电离能力很强，穿透能力很弱，故C正确；原子核的半衰期是针对大量原子核得出的统计规律，对少数原子核衰变不适用，故D错误。7．(2024·广东部分学校下学期模拟)“玉兔二号”上装配的放射性同位素电池，能将eq\o\al(238,94)Pu衰变释放的部分核能转化成电能。eq\o\al(238,94)Pu发生的核反应方程为eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋X，下列核反应与eq\o\al(238,94)Pu发生的核反应属于同一种类型的是(A)A．eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Pu＋X1B．eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋X2C．eq\o\al(214,82)Pb→eq\o\al(214,83)Bi＋X3D．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(144,56)Ba＋3X4解析：根据核反应中质量数与电荷数守恒，可知X为eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋X为α衰变。同理X1为eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋X1为α衰变。X2为eq\o\al(1,1)H，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋X2为原子核的人工转变。X3为eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(214,82)Pb→eq\o\al(214,83)Bi＋X3为β衰变。X4为eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(144,56)Ba＋3X4为重核裂变。8．今年两会期间，核聚变领域首席专家段旭如表示，可控核聚变技术研发已进入快车道，预计再过30年可以实现商用。下列相关描述正确的是(C)A．目前核电站使用的都是核聚变技术B．核反应eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是核聚变C．太阳是一个巨大的核聚变反应堆D．原子弹是利用核聚变原理制成的解析：目前核电站使用的都是核裂变技术，故A错误；核反应eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是核裂变，故B错误；恒星、氢弹、太阳都是利用核聚变释放能量，而原子弹利用的核裂变，故C正确，D错误。9．(2024·江门市二模)核污水与核废水在危害程度上存在巨大差别，核污水中某放射性原子核X释放出一个α粒子后转变为新核Y，下列说法正确的是(D)A．原子核X比新核Y少2个质子B．原子核X比新核Y少2个中子C．原子核发生α衰变后，原子序数向后移动两位D．原子核X的比结合能比新核Y的比结合能小解析：原子核发生α衰变后，质量数减4，原子序数减2，原子核X比新核Y多2个中子、2个质子，故A、B错误；原子核发生α衰变后，原子序数向前移动两位，故C错误；原子核X的比结合能比新核Y的比结合能小，故D正确。10．医学影像诊断设备PET/CT是借助于示踪剂可以聚集到病变部位的特点来发现疾病。示踪剂常利用同位素eq\o\al(11,6)C作示踪原子标记，其半衰期仅为20min。eq\o\al(11,6)C由小型回旋加速器输出的高速质子轰击eq\o\al(14,7)N获得，则下列说法正确的是(B)A．用高速质子轰击eq\o\al(14,7)N，生成eq\o\al(11,6)C的同时释放出中子B．用高速质子轰击eq\o\al(14,7)N，生成eq\o\al(11,6)C的同时释放出α粒子C．1g的eq\o\al(11,6)C经40min后，剩余eq\o\al(11,6)C的质量为0.2gD．将eq\o\al(11,6)C置于回旋加速器加速时，其半衰期可能会发生变化解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，写出用高速质子轰击eq\o\al(14,7)N生成eq\o\al(11,6)C的核反应方程式为eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(11,6)C＋eq\o\al(4,2)He，可知同时释放出α粒子，A错误，B正确；eq\o\al(11,6)C的半衰期为20min，1g的e