第11讲 光电效应 原子结构和原子核（解析版）

第11讲 光电效应 原子结构和原子核

【选考真题】

1. （多选）（2022•浙江）秦山核电站生产C的核反应方程为Nn→C+X，其产物C的衰变方程为C→Ne。下列说法正确的是（　　）

A．X是H 

B．C可以用作示踪原子 

C．e来自原子核外 

D．经过一个半衰期，10个C将剩下5个

【解答】解：A、根据质量数守恒和核电荷数守恒知，生产C的核反应方程为Nn→CH，故A正确；

B、根据同位素标记法可知产物C可以用作示踪原子，故B正确；

C、产物C的发生β衰变产生电子来源于核内中子转变成质子过程，故C错误；

D、半衰期具有统计学意义，少量原子无意义，故D错误；

故选：AB。

2. （多选）（2022•浙江）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6.9×1011kW•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27.6kg 

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→Ba的核反应

【解答】解：A、目前核电站均利用铀核裂变释放的能量发电，故A错误；

B、秦山核电站30年累计发电约6.9×1011kW•h，根据爱因斯坦质能方程得

Δmkg＝27.6kg，

核反应产生的能量不能完全转化为电能，故质量亏损比27.6kg更多，故B错误；

C、铀核裂变可通过反应堆中的镉棒控制链式反应速度，故C正确；

D、用一个中子轰击铀核，产生3个中子，铀核裂变方程式为：→Ba，其中核反应方程两端的中子不能约去，故D正确；

故选：CD。

3. （2021•浙江）2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是（　　）

A．是计算机运算的一种程序 

B．表示运算速度的一个单位 

C．表示微观世界的不连续性观念 

D．类似于质子、中子的微观粒子

【解答】解：A、量子不是计算机的程序，量子是不可分割的最小的单元，故A错误；

B、量子最早由普朗克于1900年提出，普朗克假设物体发射出电磁辐射能量是一份一份的，其中每一份被他称作能量子，电磁辐射能量是其整数倍，所以量子是表示能量的单元，而非运算速度的单位，故B错误；

C、量子是不可分割的最小的单元，表示微观世界的不连续性，即通常所说的“量子化”，故C正确；

D、量子不是实物粒子，不是像质子、中子那样的微观粒子，故D错误。

故选：C。

4. （2021•浙江）下列说法正确的是（　　）

A．光的波动性是光子之间相互作用的结果 

B．玻尔第一次将“量子”引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念 

C．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量 

D．α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，验电器金属箔的张角会变大

【解答】解：A、在光的双缝干涉实验中，减小光的强度，让光子通过双缝后，光子只能一个接一个地到达光屏，经过足够长时间，发现干涉条纹。单个光子所到达哪个位置是随机的，大量光子却表现出波动性，这表明光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，故A错误；

B、玻尔第一次将“量子”观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故B正确；

C、光电效应揭示了光的粒子性，但是不能证明光子除了能量之外还具有动量，康普顿效应证明了光子具有动量，故C错误；

D、α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方时，会使金属球附近的空气电离，金属球吸引负离子而使验电器金属箔的张角会变小，故D错误。

故选：B。

【要点提炼】

一、光电效应及其规律

1.爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。

2.最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。

3.逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。

4.Ek－ν图线：是一条倾斜直线，但不过原点，如图所示。

(1)横轴截距表示极限频率；

(2)纵轴截距的绝对值表示逸出功；

(3)图线的斜率表示普朗克常量h。

二、原子结构与玻尔理论

知识体系

三、原子核及其衰变

　知识体系

四、核反应　核能的计算

知识体系

【方法指导】

一、光电效应的研究思路

二、一个氢原子能级跃迁与一群氢原子能级跃迁的区别

1.一群处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为N＝C＝。

2.一个处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为n－1。

三、计算核能的几种方法

1.根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2。

2.根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。

3.如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。

【例题精析】

考点一 光电效应问题

[例题1]             脉冲燃料激光器以450μs的脉冲形式发射波长为585nm的光，这个波长的光可以被血液中的血红蛋白强烈吸收，从而有效清除由血液造成的瘢痕。每个脉冲向瘢痕传送约为5.0×10﹣3J的能量，普朗克常量为6.626×1﹣34J•s。（　　）

A．每个光子的能量约为5×10﹣19J 

B．每个光子的动量约为3.9×10﹣43kg•m/s 

C．激光器的输出功率不能小于1.24W 

D．每个脉冲传送给瘢痕的光子数约为1.47×1016个

【解答】解：A、每个光子的能量约为

，故A错误；

B、每个光子的动量约为

，故B错误；

C、激光器的输出功率不能小于

，故C错误；

D、每个脉冲传送给瘢痕的光子数约为

1.47×1016个，故D正确；

故选：D。

[练习1]             某种复式光由红、蓝两种颜色的光组成，其光强度对波长的关系如图甲所示，红光范围的光强度比蓝光范围的光强度大很多。某学生以此光照射某一金属，进行光电效应实验，发现皆可产生光电子，如图乙所示。设可变直流电源的电压为U时测得的光电流为I，测得多组数据，则下列图像中该实验所测得的I﹣U关系可能正确的是（　　）

A． B． 

C． D．

【解答】解：蓝光的频率高，由eU截hν﹣W，可知，蓝光的遏止电压比较大，所以在反向电压减小到红光的遏止电压前，只有蓝光的光电子辐射出，所以光电流较小，当反向电压达到红光的遏止电压之后，既有红光的光电子发出又有蓝光的光电子发出，光电流变大，故A正确，BCD错误。

故选：A。

[练习2]             “激光武器”是用高能的激光对远距离的目标进行精确射击或用于防御导弹等的武器，它的优点是速度快、射束直、射击精度高、抗电磁干扰能力强。某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每分钟发射的光子数量为（　　）

A． B． C． D．

【解答】解：根据公式E＝hν，可得每个光子能量为：E＝h

设每秒激光器发出的光子数是n，则P＝nE＝nh

可得：n

则每分钟发射的光子数量为：N＝60n，故A正确，BCD错误。

故选：A。

[练习3]             大型钛合金构件在航天、航空领域应用广泛，我国使用激光焊接复杂钛合金构件的技术和能力已达到世界一流水平。若焊接所用的激光波长为λ，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h、光速为c，则下列说法中正确的是（　　）

A．激光焊接利用了激光的相干性 

B．激光的频率为 

C．激光光子的动量为 

D．每个激光脉冲的能量为

【解答】解：A.激光焊接利用了激光的高能量，不是相干性，故A错误；

B.激光的周期为，频率是倒数，故B错误；

C.激光光子的动量是，故C错误；

D.每个光子的能量为，每个激光脉冲的能量为，故D正确。

故选：D。

考点二 原子结构

[例题1]             1897年英国物理学家约瑟夫•约翰•汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，这是人类最早发现的基本粒子。下列有关电子的说法正确的是（　　）

A．电子的发现说明原子核是有内部结构的 

B．射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力 

C．光电效应中，逸出光电子的最大初动能与入射光强度无关 

D．卢瑟福的原子核式结构模型认为核外电子的轨道半径是量子化的

【解答】解：A、原子是由原子核及核外电子组成的，电子的发现说明原子是可以再分的，不能说明原子核的结构，故A错误；

B、β射线是电子流，它是原子核内中子转化为质子和电子的过程中释放出的，它具有中等的穿透能力，故B错误；

C、根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν﹣W，可知光电效应中，逸出光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光强度无关，故C正确；

D、卢瑟福的原子核式结构模型认为在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，而轨道量子化是波尔在卢瑟福模型的基础上加以改进而提出的，故D错误。

故选：C。

[练习4]             下列说法中正确的是（　　）

A．结合能越大的原子核越稳定 

B．康普顿效应说明光子不但具有能量，而且具有动量 

C．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子核由质子和中子组成 

D．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能减少，电势能增大

【解答】解：A、原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故A错误；

B、康普顿效应说明光子不但具有能量，而且具有动量，故B正确；

C、卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构，并非揭示了原子核是由质子和中子组成的，故C错误；

D、氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，电子轨道半径变小，原子核对核外电子做正功，电势能减小，原子核与核外电子之间的电场力提供向心力，，由此可知，当半径减小时，速度增大，电子的动能增大，故D错误；

故选：B。

[练习5]             （多选）大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时产生的a、b两种单色光照射某光电管的阴极时，测得遏止电压之比为2：1，根据该信息下列说法正确的是（　　）

A．在同种介质中，b光的传播速度是a光的倍 

B．若b光是跃迁到n＝3能级产生的，则a光可能是跃迁到n＝4能级产生的 

C．用同样的装置做双缝干涉实验，b光束的条纹间距是a光束的两倍 

D．当两种光从水中射向空气时，a光的临界角小于b光的临界角

【解答】解：A、由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν﹣W0和遏止电压与最大初动能的关系Ekm＝eUc，整理得光的频率为ν，因为遏止电压之比为2：1，所以两光的频率之比12，光在介质中传播的速度v，同种介质对频率越大的光，折射率n越大，因为a光的频率大于b光的频率，所以b光的传播速度大，但并不能判断出二者折射率的倍关系，所以二者速度的倍数关系无法确定，故A错误；

B、遏止电压大，频率高，能量大，a光的能量大于b光的能量，若a光是跃迁到n＝3能级产生的，则b光可能是跃迁到n＝4能级能产生，故B正确；

C、由干涉条纹间距公式和波长频率关系λν＝c，因为va＞vb所以λa＜λb，所以条纹间距Δxa＜Δxb，因无法得到两种光的频率倍数关系，故无法得到两种光波长的倍数关系，无法得到条纹间距的倍数关系，故C错误；

D、遏止电压大，频率高，则a光的频率大，折射率大，根据sinC，可知a光的临界角小，故D正确。

故选：BD。

[练习6]             目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。如图所示，太阳能路灯的额定功率为P，光电池系统的光电转换效率为η。用P0表示太阳辐射的总功率，太阳与地球的间距为r，地球半径为R，光在真空中传播的速度为c。太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，电池板接收太阳垂直照射的等效面积为S。在时间t内（　　）

A．到达地球表面的太阳辐射总能量约为 

B．路灯正常工作所需日照时间约为 

C．路灯正常工作消耗的太阳能约为ηPt 

D．因释放核能而带来的太阳质量变化约为

【解答】解：A、以太阳为球心r为半径的球面积为S0＝4πr2，因此到达地球单位面积功率P1，因此到达地球表面的太阳辐射总能量约为E2＝P1•πR2t，即E2，故A正确：

B、路灯需要的总能量E'＝Pt＝ηE3＝η•P1St0，因此路灯正常工作所需日照时间约为t0，故B错误：

C、路灯正常工作消耗的太阳能约为E，故C错误：

D、因释放核能而带来的太阳质量变化约为Δm。故D错误。

故选：A。

【强化专练】

1. 关于近代物理知识，下列判断正确的是（　　）

A．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 

B．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量可能小于该原子核的结合能 

C．如果一个质子和一个中子的德布罗意波长相等，那么它们的总能量相同 

D．康普顿效应表明光子不仅具有能量，而且具有动量

【解答】解：A、黑体辐射的实验规律无法用光的波动性解释，为了解释黑体辐射规律，普朗克建立了量子理论，成功解释了黑体辐射的实验规律，故A错误；

B、根据结合能的定义，自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故B错误；

C、根据公式，若一个质子的德布罗意波长和一个中子的波长相等，则它们的动量P也相等；由于二者的质量不同，根据E，所以它们的总能量不相同，故C错误；

D、康普顿根据对康普顿效应进行解释，其基本思想是光子不仅具有能量，而且具有动量，故D正确。

故选：D。

2. 如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是（　　）

A．光电管阴极K金属材料的逸出功为7.0eV 

B．这些氢原子跃迁时共发出2种频率的光 

C．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极 

D．氢原子跃迁放出的光子中有2种频率的光子可以使阴极K发生光电效应现象

【解答】解：A、由图甲可知光子的能量E＝﹣1.51 eV﹣（﹣13.6 eV）＝12.09 eV，由图丙可知遏止电压为7 V，所以光电子的初动能Ek＝eU＝7 eV，所以金属材料的逸出功W＝E﹣Ek＝5.09 eV，故A错误。

B、由排列组合的规律可知，处于n＝3激发态的氢原子跃迁时能够发出3种频率的光，故B错误。

C、光电子由阴极K向对面的极板运动，形成的电流在图乙中从右向左流动，要阻止该电流，需要施加反向电压，即电源左侧应该为正极，故C错误。

D、只要光子的能量大于5.09 eV，就可以使阴极K发生光电效应，由图甲可知分别由n＝3和n＝2能级向基态跃迁产生的2种频率的光子满足要求，故D正确。

故选：D。

3. 下列说法错误的是（　　）

A．为更好接收波长为300m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到1000kHz 

B．在同一金属的光电效应中，黄光照射下逸出的光电子的初动能不一定比绿光照射下逸出的光电子的初动能小 

C．卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构模型，同时α粒子散射实验也是用来估算原子核半径最简单的办法             

D．原子序数大于83的原子一定有天然放射现象，而小于83的原子都没有天然放射现象

【解答】解：A、为更好接收波长为300m的无线电波，其波长与波速和频率的关系有v＝λf，又因无线电波在真空中传播速度为3×108m/s，可得，电磁波在任何介质中的频率均为1000kHz，所以，应把收音机的调谐频率调到1000kHz，故A正确，不符合题意；

B、不同频率的光照下，光电效应中发射出的光电子初动能大小不同，所以，在同一金属的光电效应中，黄光照射下逸出的光电子的初动能不一定比绿光照射下逸出的光电子的初动能小，故B正确，不符合题意；

C、由物理学史，可知卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构模型，同时α粒子散射实验也是用来估算原子核半径最简单的办法，故C正确，不符合题意；

D、原子序数大于83的原子一定有天然放射现象，而小于83的原子也可能有天然放射现象，比如放射性同位素，故D错误。

本题选错误项，

故选：D。

4. 如图所示为光电管的原理图。已知滑动变阻器的滑片在图示P位置，用黄光照射阴极K时，电流表指针恰好不偏转，下列说法正确的是（　　）

A．滑片向左移动到最左端时，电流表指针也不会发生偏转 

B．滑片向右移动到最右端时，电流表指针会发生偏转 

C．滑片在P位置时，换用红光照射，电流表指针会发生偏转 

D．滑片在P位置时，换用紫光照射，电流表指针会发生偏转

【解答】解：A、由题图可知光电管两端加的是反向电压，说明用黄光照射时，光电管的阴极K已发生光电效应，具有最大初动能的光电子恰好能到达A极附近，滑片向左移动到最左端时，反向电压为零，光电子能到达A极并通过电流表，电流表指针会发生偏转，故A错误；

B、滑片向右移动到最右端时，反向电压变大，光电子到达不了A极，电流表指针不会发生偏转，故B错误；

C、滑片在P位置时，由于红光的频率低于黄光的频率，换用红光照射时，一种可能是K极不会发生光电效应，另一种可能是K极发生光电效应，但从K极逸出的光电子的最大初动能小于用黄光照射时逸出的光电子的最大初动能，光电子也到达不了A极，电流表指针不会发生偏转，故C错误；

D、由于紫光的频率大于黄光的频率，换用紫光照射时，逸出光电子的最大初动能变大，光电子能到达A极并通过电流表，电流表指针会发生偏转，故D正确。

故选：D。

5. （多选）新冠病毒疫情防控工作中，额温枪在医院、车站、小区、学校等地方被广泛使用，成为重要的防疫装备之一。某一种额温枪的工作原理是：任何物体温度高于绝对零度（﹣273℃）时都会向外发出红外线，额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，从而显示出物体的温度。已知人的体温正常时能辐射波长为10μm的红外线，如图甲所示，用该红外光线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，光电流随电压变化的图像如图乙所示，已知h＝6.63×10﹣34J•s，e＝1.6×10﹣19C，则（　　）

A．波长10μm的红外线在真空中的频率为3×1013Hz 

B．将图甲中的电源正负极反接，将不会产生电信号 

C．由图乙可知，该光电管的阴极金属逸出功约为0.1eV 

D．若人体温度升高，辐射红外线的强度增大，光电流减小

【解答】解：A、波长λ＝10μm＝1×10﹣5m的红外光在真空中的频率为f，代入数据解得f＝3×1013Hz，故A正确；

B、将图甲中的电源反接，根据乙图，反向电压低于遏止电压，即低于0.02V时，电流表的示数不为零，故C正确；

C、由乙图可知遏止电压为UC＝2×10﹣2V，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν﹣W0，根据动能定理得eUC＝Ek，两式联立代入数据解得W0＝0.1eV，故C正确；

D、若人体温度升高，则辐射红外线的强度增大，逸出的光电子的个数增加，光电流增大，故D错误。

故选：AC。

6. （多选）在磁感应强度为B的均匀磁场内放置一极薄的金属片，其极限波长为λ0（波长为2λ0的入射光恰能产生光电效应），今用频率为v的弱单色光照射，发现没有电子放出。实验证明：在采用相同频率v的强激光照射下，电子能吸收多个光子，也能产生光电效应，释放出的电子（质量为m，电荷量的绝对值为e）能在垂直于磁场的平面内做圆周运动，最大半径为R，则（　　）

A．遏止电压为 

B．此照射光光子的能量可能为 

C．放出电子的最大动量为 

D．单色光光子的动量可能为

【解答】解：A.设光电子的最大速度为v，光电子在磁场中做匀速圆周运动

evB

得

v

所以

Ek

遏止电压为

U

故A正确；

B.根据题设情景可知

nhγ

n为大于2的自然数，当n＝2时，此照射光光子的能量为，故B正确；

C.由于电子最大动能

Ek

最大动量

peBR

故C错误；

D.光子的动量p

当n＝3时，单色光光子的动量为

故D正确。

故选：ABD。

7. （多选）为了解决光信号长距离传输中的衰减问题，常常在光纤中掺入铒元素。如图所示的是铒离子的能级示意图，标识为4的铒离子处在亚稳态，不会立即向下跃迁：如果用光子能量约为2.03×10﹣19J的激光把处于基态能级4的铒离子激发到4能级，再通过“无辐射跃迁”跃迁到能级4，从而使该能级积聚的离子数远超过处于基态的离子数。当光纤中传输某波长的光波时，能使处在亚稳态能级的离子向基态跃迁，产生大量能量约为1.28×10﹣19J的光子，于是输出的光便大大加强了。根据上述资料你认为下列说法正确的是（　　）

A．无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量约为7.50×10﹣20J 

B．这种光纤传输任何频率的光信号衰减都能得到有效补偿 

C．处在4能级的铒离子即向下跃迁能产生4种频率的光子 

D．上述情景发生时，光纤中传输的光信号波长约为1.55μm

【解答】解：A、由题可知，基态与亚稳态之间的能级差为：△E1＝1.28×10﹣19J，基态与4能级之间的能极差为：△E2＝2.03×10﹣19J，则亚稳态与4能级之间的能极差为：△E3＝2.03×10﹣19J﹣1.28×10﹣19J＝7.50×10﹣20J，则在无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量约为7.50×10﹣20J，故A正确；

B、由题意可知，这种光纤传输能量约为1.28×10﹣19J的光信号衰减才能得到有效补偿，故B错误；

C、题目中涉及3个能级，根据3可知处在4能级的铒离子即向下跃迁能产生3种频率的光子，故C错误；

D、在上述情景发生时，光纤中传输的光信号能量约为1.28×10﹣19J，则波长约为：m＝1.55×10﹣6m＝1.55μm，故D正确。

故选：AD。

8. （多选）2021年9月，在甘肃省武威市全球首台钍基熔盐核反应堆进行试运行放电，也标志着我国成为世界上第一个对第四代核电技术进行商业化试验运营的国家。反应堆工作原理如图所示，钍232（）吸收一个中子后会变成钍233，钍233不稳定，会变成易裂变核素铀233（）。下列说法正确的是（　　）

A．钍233变成铀233的核反应方程式是：→Pae，Pa→Ue 

B．中间产生的新核镤233（Pa）从高能级向低能级跃迁时，会伴随γ辐射 

C．新核铀233（）的结合能小于钍233（） 

D．核反应堆是通过核裂变把核能直接转化为电能发电

【解答】解：A、根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，钍233变成铀233的核反应方程式是：→Pae，Pa→Ue，故A正确；

B、中间产生的新核镤233从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随γ辐射，故B正确；

C、整个过程中释放能量，则生成的新核铀233更加稳定，则新铀核铀233的结合能大于钍233，故C错误；

D、在核电站核反应堆内部，核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，故D错误；

故选：AB。

9. （多选）在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是Pu，其半衰期是87.7年，可衰变为U。某次火星探测时火星车储存了5kg的放射性材料PuO2。下列说法正确的是（　　）

A．Pu的同位素Pu的半衰期一定为87.7年 

B．Pu的衰变方程为Pu→UHe 

C．Pu的比结合能小于U的比结合能 

D．经过87.7年该火星车上的PuO2能释放约1.4×1030MeV的能量

【解答】解：A、Pu元素（Pu）的半衰期是87.7年，但Pu的同位素的半衰期不一定为87.7年，故A错误；

B、根据质量数守恒和电荷数守恒可得：Pu的衰变方程为Pu→UHe，故B正确；

C、Pu衰变为U时放出能量，所以Pu的比结合能小于U的比结合能，故C正确；

D、经过87.7年，有2.5kg的Pu衰变，而不是质量亏损2.5kg，所以不能直接将2.5kg代入公式ΔE＝Δmc2来算出释放的能量，故D错误。

故选：BC。

10. （多选）核电站一般分为两部分，一是利用原子核裂变生产蒸汽的核岛（包括核反应堆和回路系统），二是利用蒸汽驱动汽轮发电的常规岛（包括汽轮机发电系统）。某核电站装机容量是300万千瓦，核能转化为电能的效率是35%。下列说法正确的是（　　）

A．反应堆中用水做慢化剂，可以起到减缓链式反应的作用 

B．从核能到电能，中间能量还转化成了内能和机械能两种形式 

C．若一直满负荷运行，参与核裂变的铀棒每年减少的质量约为3.0kg 

D．若产生的电能通过同一线路进行远距离输电，相同电压下采用直流输电和交流输电输电线上损耗的电能相同

【解答】解：A.水做慢化剂，但不是减缓链式反应的作用，是降低中子的速度，提高其与铀原子反应机会，故A错误；

B.核反应堆是将核能转化为内能，经过蒸汽将内能转化为机械能，再经发电机转化为电能，故B正确；

C.若满负荷运行，一年发电为

E＝pt＝3×109×60×60×24×365＝9.46×1016J

由爱因斯坦质能方程

E＝Δmc2×35%

可得

Δm＝3.0kg，故C正确；

D.相同电压时，直流输电损耗小，其只有电阻发热，而交流输电还存在电抗、容抗等，故D错误。

故选：BC。

11. （多选）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废水，消息一出举世哗然。福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钉106等放射性核素。由于含氚的水和普通的水具有相同的化学性质，物理性质也相近，因而现有的废水处理技术很难去除，铀235的半衰期大约为12.5年。针对这一事件，下列同学的观点正确的是（　　）

A．为了保护海洋环境，日本政府应在12.5年后再排放经过处理的核废水 

B．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大 

C．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最大 

D．核反应方程：Un→BaKr+3X中的X是中子

【解答】解：A、经过12.5年，只经过了一个半衰期，核废水仍然存在较大的放射性，仍然不能随意排放，故A错误；

B、该核反应的过程中释放大量的能量，存在质量亏损而质量数不变，所以铀235的平均核子质量最大，故B正确；

C、钡141、氪92、锶90是铀235不稳定发生裂变后的生成物，原子核越稳定比结合能越大，铀235的比结合能较小，故C错误；

D、根据质量数守恒可得X的质量数：m1，电荷数：3z＝92﹣56﹣36＝0，可知X为中子，故D正确。

故选：BD。

12. 在匀强磁场中，静止的钚的放射性同位素Pu衰变为铀核U，并放出α粒子，已知Pu、U和α粒子的质量分别为mPu、mU和mα，衰变放出的光子的动量和能量均忽略不计，α粒子的运动方向与磁场相垂直，则（　　）

A．α粒子的动能为（mPu﹣mU﹣mα）c2 

B．α粒子的动量为 

C．U与α粒子在磁场中的运动半径之比约为4：235 

D．U与α粒子在磁场中的周期之比约为1.3：1

【解答】解：A、与α粒子的动能之和靠等于衰变释放的核能（mPu﹣mU﹣mα）c2，衰变前后动量守恒，所以与α粒子的动量大小相等，方向相反，由两粒子的动能与质量成反比，所以α粒子的动能为•（mPu﹣mU﹣mα）c2，故A错误；

B、由动能可求得动量为P，故B错误；

C、与α粒子的动量大小相等，电荷量之比为46：1，所以根据，在磁场中运动半径之比为1：46，故C错误：

D、根据周期公式T，可知与α粒子周期之比为.，代入质量数和电荷数，可得约为1.3：1，故D正确。

故选：D。