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專題強(qiáng)化二:核反應(yīng)、質(zhì)能方程和核能的計(jì)算考點(diǎn)一、四種核反應(yīng)1.四種核反應(yīng)的理解(1)衰變:放射性元素的原子核自發(fā)放出某種粒子后變成新的原子核的變化.①α衰變:eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A-4,Z-2)Y+eq\o\al(4,2)He②β衰變:eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z+1)Y+eq\o\al(0,-1)e(2)原子核的人工轉(zhuǎn)變:用人工的方法,使原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過(guò)程.①質(zhì)子的發(fā)現(xiàn):eq\o\al(14,
7)N+eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,
8)O+eq\o\al(1,1)H(盧瑟福)②中子的發(fā)現(xiàn):eq\o\al(9,4)Be+eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C+eq\o\al(1,0)n(查德威克)③放射性同位素和正電子的發(fā)現(xiàn):eq\o\al(27,13)Al+eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P+eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si+eq\o\al(0,+1)e(3)裂變:一個(gè)重核分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的核,這樣的核反應(yīng)叫作裂變.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)neq\o\al(235,
92)U+eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,
54)Xe+eq\o\al(90,38)Sr+10eq\o\al(1,0)n(4)聚變:兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,這樣的核反應(yīng)叫作聚變.eq\o\al(2,1)H+eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(1,0)n2.解題時(shí)的注意事項(xiàng)(1)熟記一些粒子的符號(hào):α粒子(eq\o\al(4,2)He)、質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H或p)、中子(eq\o\al(1,0)n)、電子(eq\o\al(0,-1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H).(2)在核反應(yīng)方程中,質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的;在解有關(guān)力學(xué)綜合問(wèn)題時(shí),還有動(dòng)量守恒和能量守恒.專題強(qiáng)化精練一、單選題1.2021年5月28日,中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置EAST(東方超環(huán))傳來(lái)捷報(bào),中國(guó)的“人造太陽(yáng)”再次創(chuàng)造托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行新的世界紀(jì)錄。已知該裝置內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)方程為,可以判斷()A.該反應(yīng)屬于α衰變B.反應(yīng)放出的X是質(zhì)子C.該反應(yīng)過(guò)程中會(huì)放出能量D.該反應(yīng)目前大量應(yīng)用于核電站進(jìn)行發(fā)電2.2020年10月20日消息,好奇號(hào)火星車又有新發(fā)現(xiàn):火星也曾有“綠洲”,或有生命存在,好奇號(hào)火星車是首輛使用核能提供能量的火星車,它的核能電池系統(tǒng)主要包括兩個(gè)組成部分:一個(gè)裝填钚()二氧化物的熱源和一組固體熱電偶,將钚238產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能,這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用壽命為14年,钚238的半衰期為88年,原來(lái)靜止的一個(gè)钚238衰變時(shí)放出射線和光子,生成原子核,已知钚238,粒子、的質(zhì)量分別為、、,普朗克常量為,真空中的光速為,下列說(shuō)法正確的是()A.的中子數(shù)為92B.钚238放在高壓容器里,其半衰期可能變?yōu)?0年C.該核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為D.光子的波長(zhǎng)大于3.“β衰變”的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)一個(gè)中子()轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子(),同時(shí)釋放一個(gè)電子()若質(zhì)子的質(zhì)量為,中子的質(zhì)量為,電子的質(zhì)量為,光速為c,則該核反應(yīng)過(guò)程釋放出的核能為()A.B.C.D.4.“玉兔二號(hào)”月球車是采用核能來(lái)提供能量的,它的核能電池系統(tǒng)能使钚()衰變產(chǎn)生的核能轉(zhuǎn)化為電能,這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用壽命為14年。钚()靜止時(shí)衰變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)和粒子,而激發(fā)態(tài)鈾核立即衰變?yōu)榉€(wěn)態(tài)鈾核,并放出能量為的光子。已知钚、穩(wěn)態(tài)軸核和粒子的質(zhì)量分別記為和,衰變放出光子的動(dòng)量可忽略且該過(guò)程釋放的核能除去光子的能量外全部轉(zhuǎn)化為和粒子的動(dòng)能。若將衰變產(chǎn)生的和粒子(均不計(jì)重力)垂直射入同一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,下列說(shuō)法正確的是()A.和粒子在磁場(chǎng)中勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌跡為外切圓,且兩粒子均做順時(shí)針勻速圓周運(yùn)動(dòng)B.和粒子在磁場(chǎng)中勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌跡半徑之比為C.和粒子的動(dòng)能之和為D.粒子的動(dòng)能為5.截止2022年1月6日,玉兔二號(hào)月球車行駛里程已達(dá)到。月球夜晚溫度低至,為避免低溫?fù)p壞儀器,月球車攜帶的放射性同位素會(huì)不斷衰變,釋放能量為儀器設(shè)備供熱。可以通過(guò)以下反應(yīng)過(guò)程得到:,。已知的衰變方程為,其半衰期為88年,則()A.反應(yīng)過(guò)程中,電荷數(shù)守恒,質(zhì)量也守恒B.,這個(gè)核反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子C.,這個(gè)核反應(yīng)的類型是衰變D.月球夜晚溫度低至?xí)r,的半衰期會(huì)減小6.2020年3月2日9時(shí)12分,我國(guó)具有完全.白主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電“華龍?zhí)枴比蚴锥选泻思瘓F(tuán)福清核電5號(hào)機(jī)組熱態(tài)性能試驗(yàn)基本完成,為后續(xù)機(jī)組裝料、并網(wǎng)發(fā)電等工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該機(jī)組正式運(yùn)行后的核反應(yīng)方程之一為,下列說(shuō)法正確的是()A.該核反應(yīng)中,是質(zhì)子B.該核反應(yīng)屬于熱核反應(yīng)C.的比結(jié)合能比的比結(jié)合能大D.該核反應(yīng)的產(chǎn)物的結(jié)合能之和小于反應(yīng)物的結(jié)合能之和7.氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量,該反應(yīng)方程為:,式中是某種粒子。已知:、、和粒子的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u;,c是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知,粒子是(),該反應(yīng)釋放出的能量約為()。A.中子
17.6MeV B.質(zhì)子
17.6MeVC.中子
15.6MeV D.質(zhì)子
15.6MeV8.2020年11月27日00時(shí)41分,華龍一號(hào)全球首堆中核集團(tuán)福清核電5號(hào)機(jī)組首次并網(wǎng)成功。如圖所示是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖,下列說(shuō)法正確的是()A.核反應(yīng)中,質(zhì)量守恒B.華龍一號(hào)的原理是熱核反應(yīng)C.原子核比結(jié)合能越大,核子平均質(zhì)量越小,原子核越穩(wěn)定D.核裂變反應(yīng)過(guò)程中,反應(yīng)物的結(jié)合能之和大于生成物的結(jié)合能之和9.2020年1月10日,黃旭華獲2019年國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。他是中國(guó)第一代核潛艇總設(shè)計(jì)師,成功研制了我國(guó)第一代核潛艇,為我國(guó)?;肆α繉?shí)現(xiàn)從無(wú)到有的歷史性跨越做出了卓越的貢獻(xiàn)。核潛艇是以核反應(yīng)堆(如圖所示)為動(dòng)力來(lái)源的潛艇,反應(yīng)堆的核反應(yīng)方程式為:,下列說(shuō)法正確的是()A.元素有56個(gè)質(zhì)子,144個(gè)中子B.的比結(jié)合能(平均結(jié)合能)大于的比結(jié)合能C.根據(jù)E=mc2,裂變后釋放核能,裂變過(guò)程質(zhì)量發(fā)生虧損D.要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),鈾塊的體積應(yīng)小于臨界體積10.中國(guó)物理學(xué)家錢三強(qiáng)與何澤慧等合作,在利用中子打擊鈾的實(shí)驗(yàn)中,觀察到三分裂變和四分裂變現(xiàn)象,如圖,其中一種裂變反應(yīng)式是U+n→Ba+Kr+3n。用分別表示U、Ba、Kr核的質(zhì)量,表示n粒子的質(zhì)量,c為真空中的光速,下列說(shuō)法正確的是()A.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能否發(fā)生跟鈾原料的體積無(wú)關(guān)B.裂變產(chǎn)物Ba的比結(jié)合能大于U的比結(jié)合能C.該核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量有所增加D.該核反應(yīng)中放出的核能為11.2020年我國(guó)完成了探月工程三期任務(wù),實(shí)現(xiàn)月面無(wú)人采樣返回,為應(yīng)對(duì)月球夜晚的低溫,“嫦娥五號(hào)”的電池除了太陽(yáng)能電池板之外,還配有一塊“核電池”?!昂穗姵亍崩昧薖u的衰變,其衰變方程為。則下列說(shuō)法正確的是()A.比的中子數(shù)少2B.為衰變方程C.屬于衰變,射線具有很強(qiáng)的穿透能力D.改變壓力、溫度或濃度,將改變放射性元素的半衰期12.某核反應(yīng)方程為,已知的質(zhì)量為2.0141u,的質(zhì)量為3.0160u,的質(zhì)量為4.0026u,X的質(zhì)量為1.0087u。下列說(shuō)法正確的是()A.X是質(zhì)子,該核反應(yīng)方程釋放能量 B.X是中子,該核反應(yīng)方程釋放能量C.X是質(zhì)子,該核反應(yīng)方程吸收能量 D.X是中子,該核反應(yīng)方程吸收能量13.2022年3月25日,福清核電6號(hào)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行,這是全球第三臺(tái)、中國(guó)第二臺(tái)投入商運(yùn)的華龍一號(hào)機(jī)組。目前核能發(fā)電都是利用核裂變反應(yīng),其中一個(gè)主要的裂變方程為,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.產(chǎn)物X原子核中含有54個(gè)中子B.太陽(yáng)輻射能量的主要來(lái)源也是重核裂變C.裂變過(guò)程中釋放核能是因?yàn)楫a(chǎn)物中新核的比結(jié)合能大D.鍶90也是鈾235的裂變產(chǎn)物,其半衰期為28年,那么經(jīng)過(guò)56年鍶90就衰變完了14.近來(lái)中國(guó)探月工程取得重大成就。月球夜晚溫度低至180℃,為避免低溫?fù)p壞儀器,“玉兔二號(hào)”月球車攜帶的放射性同位素钚238()會(huì)不斷衰變,釋放能量為儀器設(shè)備供熱??梢酝ㄟ^(guò)以下反應(yīng)過(guò)程得到:,。已知的衰變方程為,其半衰期為88年。則下列說(shuō)法正確的是()A.為輕核聚變B.的比結(jié)合能比的比結(jié)合能小C.Y為質(zhì)子D.白天時(shí)溫度升高,的半衰期會(huì)減小15.2020年6月13日,我國(guó)“人造太陽(yáng)”取得重大突破,核心溫度可達(dá)2億度。“人造太陽(yáng)”中的核反應(yīng)方程為。下列說(shuō)法正確的是()A.核反應(yīng)方程中的X是電子,核反應(yīng)是核裂變反應(yīng)B.核反應(yīng)是核聚變反應(yīng),核聚變?cè)诟邷馗邏合虏拍馨l(fā)生,此過(guò)程需要吸收能量C.中一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量比中一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量小D.“人造太陽(yáng)”釋放的能量大小的計(jì)算公式是16.(鈾核)經(jīng)過(guò)一系列的衰變和衰變變?yōu)椋焙耍?,已知核的比結(jié)合能為,核的比結(jié)合能為,粒子的比結(jié)合能為,每次衰變釋放的能量為(計(jì)算結(jié)果不計(jì)),則(鈾核)衰變?yōu)椋焙耍┕册尫诺哪芰繛椋ǎ〢.B.C.D.17.在醫(yī)學(xué)上,放射性同位素電池已用于心臟起搏器和人工心臟。它們的能源要求精細(xì)可靠,以便能放入患者胸腔內(nèi)長(zhǎng)期使用。眼下植入人體內(nèi)的微型核電池以鉭鉑合金作外殼,內(nèi)裝150毫克钚(),它可以連續(xù)使用10年以上。已知钚238的半衰期為88年,钚238衰變時(shí)會(huì)放出射線和γ光子,生成新核X,若钚238、粒子、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,真空中的光速為c,下列說(shuō)法正確的是()A.該核反應(yīng)中的釋放的能量為B.钚238以不同化合物形態(tài)存在時(shí),其半衰期可能變?yōu)?0年C.經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期生成新核X的質(zhì)量為75毫克D.新核X的中子數(shù)為15018.在核反應(yīng)堆中,U吸收一個(gè)中子后生成Pu,Pu衰變方程式為Pu→U+X。以下說(shuō)法正確的是()A.衰變方程中的X是β粒子B.降低溫度可以減緩Pu的衰變C.Pu衰變過(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)量虧損等于Pu的質(zhì)量減去被U與X的質(zhì)量D.U吸收一個(gè)中子后生成Pu的核反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)α衰變過(guò)程19.“嫦娥五號(hào)”中有一塊“核電池”,在月夜期間提供電能的同時(shí)還能提供一定能量用于艙內(nèi)溫度控制。“核電池”利用了的衰變,衰變方程為,下列說(shuō)法正確的是()A.比的中子數(shù)少4個(gè)B.在月球上和在地球上半衰期相同C.一個(gè)衰變?yōu)獒尫诺暮四転镈.發(fā)生的是α衰變,α射線具有極強(qiáng)的穿透能力可用于金屬探傷20.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)的核聚變反應(yīng)區(qū)只是中心很小的一都分,由于太陽(yáng)強(qiáng)大的引力和磁場(chǎng)的束縛,使太陽(yáng)內(nèi)部的能量可以向外持續(xù)穩(wěn)定地釋放,而不會(huì)像氫彈那樣瞬間爆炸,這就是可控核聚變技術(shù)的由來(lái)。太陽(yáng)內(nèi)部核聚變反應(yīng)的一種可能形式,設(shè)、、和的質(zhì)量分別為、、和,光速為c,則下列說(shuō)法正確的是()A.X是B.該核反應(yīng)釋放的核能為C.核反應(yīng)中比結(jié)合能較小的原子核變成了比結(jié)合能較大的原子核D.核反應(yīng)中核子平均質(zhì)量較小的原子核變成了核子平均質(zhì)量較大的原子核21.核電站鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的,一種典型的鈾核裂變是生成鋇和氪,同時(shí)放出3個(gè)中子,核反應(yīng)方程是U+n→Ba+Kr+3n,鈾核的質(zhì)量為m1,鋇核的質(zhì)量為m2,氪核的質(zhì)量為m3,中子的質(zhì)量為m4。此類核反應(yīng)中放出γ光子,能使逸出功為W0的金屬板放出最大初動(dòng)能為Ek的光電子,已知電子的質(zhì)量為m,光速為c,普朗克常量為h,則()A.該核反應(yīng)放出的核能為(m1-m2-m3-3m4)c2B.γ光子是原子核外最外層電子向基態(tài)躍遷時(shí)放出的,因此能量很高C.這些光電子的德布羅意波長(zhǎng)不小于D.該核反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)合能之和小于反應(yīng)前鈾核的結(jié)合能二、多選題22.用中子轟擊U原子核產(chǎn)生裂變反應(yīng),其可能的裂變方程為U+n→Ba+Kr+3n,U、n、Ba、Kr的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4,U原子核的半衰期為t、其比結(jié)合能小于Ba原子核的比結(jié)合能,光在真空中的傳播速度為c,下列敘述正確的是()A.Ba原子核比U原子核更穩(wěn)定B.Ba原子核中含有56個(gè)中子C.裂變時(shí)釋放的能量為(m1-2m2-m3-m4)c2D.若提高U的溫度,U的半衰期將會(huì)小于t23.2019年新中國(guó)成立70周年之際,“兩彈一星”元?jiǎng)壮涕_(kāi)甲被授予“人民科學(xué)家”國(guó)家榮譽(yù)稱號(hào),程開(kāi)甲曾參與了我國(guó)第一顆原子彈的研制,還參與主持了氫彈、兩彈結(jié)合等多種實(shí)驗(yàn)方式的30多次核試驗(yàn),在我國(guó)的核事業(yè)發(fā)展上立下累累功勛,被稱為中國(guó)“核司令”。關(guān)于核知識(shí)的敘述,下列說(shuō)法不正確的是()A.太陽(yáng)中的能量主要來(lái)源于氫核的聚變,發(fā)生聚變后產(chǎn)生的新核的比結(jié)合能增大B.大多數(shù)核電站的能量來(lái)源于重核裂變,發(fā)生裂變后產(chǎn)生的新核的比結(jié)合能減小C.核聚變與核裂變都發(fā)生了質(zhì)量的虧損D.原子核的結(jié)合能是指組成原子核的所有核子所具有的能量之和24.鈷Co在中國(guó)古代就用于陶器釉料,現(xiàn)代用到電腦與飛機(jī)制造中,Co衰變的方程為,其半衰期為,該核反應(yīng)釋放出射線。已知、、的質(zhì)量分別為、、,c為光在真空中傳播的速度,下列說(shuō)法正確的是(
)A.經(jīng)過(guò)t的時(shí)間,14個(gè)核中有7個(gè)已經(jīng)發(fā)生了衰變B.中質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)少6個(gè)C.該核反應(yīng)中釋放的能量為D.該反應(yīng)為β衰變,β射線的穿透本領(lǐng)比射線強(qiáng)25.2021年9月,在甘肅省武威市全球首臺(tái)釷基熔鹽核反應(yīng)堆進(jìn)行試運(yùn)行放電,也標(biāo)志著我國(guó)成為世界上第一個(gè)對(duì)第四代核電技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化試驗(yàn)運(yùn)營(yíng)的國(guó)家。反應(yīng)堆工作原理如圖所示,釷232()吸收一個(gè)中子后會(huì)變成釷233,釷233不穩(wěn)定,會(huì)變成易裂變核素鈾233()。下列說(shuō)法正確的是()A.釷232
變成鈾233的核反應(yīng)方程式是:,B.中間產(chǎn)生的新核鏷233()從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),會(huì)伴隨輻射C.新核鈾233()的結(jié)合能小于釷233()D.核反應(yīng)堆是通過(guò)核裂變把核能直接轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電26.已知鈾的某種裂變反應(yīng)式,已知中子質(zhì)量1.0087u,式中氙(Xe)的質(zhì)量為135.9072u,鈾(U)235的質(zhì)量235.0439u,鍶(Sr)90的質(zhì)量為89.9077u(1u相當(dāng)于931.5MeV的能量),則()A.式中A的值為145B.式中Z的值為38C.該裂變反應(yīng)中質(zhì)量虧損為0.1507kgD.該裂變反應(yīng)釋放總能量約為140.3771MeV27.下列說(shuō)法中正確的是()A.根據(jù)甲圖氫原子的電子云示意圖可知,電子在玻爾理論中的某一軌道上穩(wěn)定運(yùn)動(dòng),應(yīng)該是一個(gè)概率問(wèn)題B.根據(jù)乙圖中原子核的比結(jié)合能示意圖可知,Li原子核中的平均核子質(zhì)量比O的要小C.丙圖中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)要能持續(xù),裂變物質(zhì)必須要具有一定的體積或質(zhì)量D.根據(jù)丁圖中氡的衰變可知,1g氡經(jīng)過(guò)38天后還剩0.1g28.2021年4月13日,日本政府正式?jīng)Q定向海洋排放福島第一核電站的核廢水,這種行為遭到多國(guó)的質(zhì)疑和反對(duì),這是因?yàn)楹藦U水中含有大量的放射性元素,會(huì)嚴(yán)重影響全球海洋生態(tài)環(huán)境安全和各國(guó)人民的生命健康。核廢水中的發(fā)生衰變時(shí)的核反應(yīng)方程為,該核反應(yīng)過(guò)程中放出的能量為Q。設(shè)的比結(jié)合能為E1,的比結(jié)合能為E2,X的比結(jié)合能為E3,已知光在真空中的傳播速度為c,則下列說(shuō)法正確的是()A.在該核反應(yīng)方程中,X表示e粒子B.該核反應(yīng)過(guò)程中放出的能量C.該核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損可以表示為D.若把X粒子射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,它一定受到洛倫茲力作用29.中國(guó)“嫦娥五號(hào)”在月球采集的約2公斤月壤中含有地球上鮮有的,是地球上很難得到的清潔、安全和高效的核聚變發(fā)電燃料,被科學(xué)家們稱為“完美能源”。有關(guān)聚變的核反應(yīng)方程如下:①,②;下列說(shuō)法正確的是()A.X為中子,Y為質(zhì)子B.的比結(jié)合能比的比結(jié)合能大C.方程①中:質(zhì)量虧損約為D.方程②中:核子平均釋放的能量約為30.現(xiàn)有兩動(dòng)能均為的在一條直線上相向運(yùn)動(dòng),兩個(gè)發(fā)生對(duì)撞后能發(fā)生核反應(yīng),得到和新粒子,且在核反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為和新粒子的動(dòng)能。已知的質(zhì)量為2.0141u,的質(zhì)量為3.0160u,新粒子的質(zhì)量為1.0087u,核反應(yīng)時(shí)質(zhì)量虧損1u釋放的核能約為931.5MeV。則下列說(shuō)法正確的是()A.核反應(yīng)方程為 B.核反應(yīng)釋放的核能約為3.26MeVC.的動(dòng)能約為0.815MeV D.新粒子的動(dòng)能約為2.97MeV三、解答題31.受中子轟擊時(shí)會(huì)發(fā)生裂變,產(chǎn)生和,同時(shí)放出200兆電子伏特的能量?,F(xiàn)要建設(shè)發(fā)電能力是10萬(wàn)千瓦的核電站,用鈾235作為原子鍋爐的燃料。假設(shè)核裂變釋放的能量的50%轉(zhuǎn)化為電能。(1)寫出核反應(yīng)方程;(2)一天需要純鈾235的質(zhì)量為多大?(阿伏加德羅常數(shù)取6.02×1023個(gè)/摩爾)32.太陽(yáng)現(xiàn)正處于主序星演化階段,由于太陽(yáng)內(nèi)部含有大量的氘核,在高溫環(huán)境下氘核不斷發(fā)生核反應(yīng)而釋放大量的核能,使得太陽(yáng)的質(zhì)量逐漸的減小.兩個(gè)氘核在高溫環(huán)境下生成一個(gè)新核X同時(shí)釋放一個(gè)中子,已知氘核、中子以及X核的質(zhì)量分別為2.0136u、1.0087u、3.0150u,核反應(yīng)時(shí)質(zhì)量虧損1u向外放出的核能為931.5MeV,(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(1)X核是什么核并計(jì)算該反應(yīng)向外釋放的核能為多少;(2)假設(shè)兩個(gè)動(dòng)能均為0.37MeV的氘核在高溫環(huán)境下相向運(yùn)動(dòng)并發(fā)生碰撞時(shí)也能發(fā)生題中的核反應(yīng),該反應(yīng)產(chǎn)生的能量均轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,則反應(yīng)后X核,中子的動(dòng)能分別為多少。33.如圖所示,真空室內(nèi)存在著垂直紙面向外、寬度為的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為,某時(shí)刻靜止在點(diǎn)處的一個(gè)釷核經(jīng)歷一次衰變,生成一鐳核和粒子,粒子沿與邊界水平方向成角進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后恰好不從磁場(chǎng)的上邊界射出。已知粒子的質(zhì)量為,電量為,衰變過(guò)程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子和鐳核的動(dòng)能,不計(jì)粒子的重力和粒子間相互作用,光速為,求:(1)寫出上述過(guò)程中的衰變方程;(2)衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損。34.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)靜止的放射性原子核()發(fā)生了一次衰變。放射出的粒子()在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),其軌道半徑為R。以m、q分別表示粒子的質(zhì)量和電荷量,生成的新核用Y表示。求:(1)新核Y在磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)的半徑?(2)粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流,求該電流的大???(3)若衰變過(guò)程中釋放的核能都轉(zhuǎn)化為粒子和新核的動(dòng)能,求該衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損?35.我國(guó)首艘攻擊核潛艇,代號(hào)091型,西方稱其為漢級(jí)攻擊核潛艇,其核反應(yīng)堆采用的燃料是鈾235,一個(gè)鈾235裂變時(shí)釋放的能量為200MeV。在核反應(yīng)堆中一般用石墨做慢化劑使快中子減速成為慢中子,達(dá)到有效裂變。已知碳核的質(zhì)量是中子的12倍,假設(shè)中子與碳核的每次碰撞都是彈性正碰,而且認(rèn)為碰撞前碳核都是靜止的。求:(1)一個(gè)鈾235裂變對(duì)應(yīng)的質(zhì)量虧損;(2)要想將動(dòng)能為的快中子減小到的慢中子,至少經(jīng)過(guò)多少次碰撞。36.氦是宇宙中豐度第二高的元素,氦核是受控核聚變研究過(guò)程中的主要產(chǎn)物之一,如2個(gè)聚變生成1個(gè)和兩個(gè)X,研究氦核對(duì)于核物理發(fā)展有很高的價(jià)值。如圖甲為一回旋加速器的示意圖,其核心部分為兩個(gè)D形盒,D形盒中有勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為,兩D形盒之間接高頻交流電源,電壓如圖丙所示。兩D形盒之間為勻強(qiáng)電場(chǎng).兩D形盒的距離為d=1cm,D形盒的半徑為1.2m,在盒的邊緣放有位置可左右調(diào)節(jié)的粒子源A。粒子為氦核,初速度很小,可忽略不計(jì).在盒的左側(cè)有一個(gè)粒子引出裝置EFHG(局部圖如圖乙)。氦核比荷,取,整個(gè)裝置在真空中,不考慮粒子間的相互作用及相對(duì)論效應(yīng)等因素。(1)已知的質(zhì)量為3.0150u,的質(zhì)量為4.0026u,副產(chǎn)物X的質(zhì)量為1.0079u,1u相當(dāng)于931MeV的能量,試寫出生成的核反應(yīng)方程并計(jì)算反應(yīng)中釋放的核能(結(jié)果保留三位有效數(shù)字);(2)在時(shí)間內(nèi),粒子源隨時(shí)間均勻地放出N個(gè)粒子,t=0時(shí)刻的粒子恰好在電場(chǎng)中加速40次到達(dá)EF處被引出,粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不可忽略,只有每次通過(guò)電場(chǎng)時(shí)都一直加速的粒子才能到達(dá)引出裝置并被引出,求被引出粒子的個(gè)數(shù);(3)A到F的距離可調(diào)節(jié),但粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑不能大于1.0m.只有每次通過(guò)電場(chǎng)時(shí)都一直加速的粒子才能到達(dá)引出裝置,且粒子在最后兩次從電場(chǎng)回到下邊界時(shí)的距離要不小于1cm才能順利引出(取),求被引出的粒子能夠獲得的最大動(dòng)能為多少?參考答案:1.C【解析】【詳解】AB.根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,X的質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為0,為中子,該反應(yīng)為輕核聚變反應(yīng),不屬于衰變,AB錯(cuò)誤;C.該反應(yīng)過(guò)程中有質(zhì)量虧損,根據(jù)質(zhì)能方程,反應(yīng)會(huì)放出能量,C正確;D.目前核電站主要是利用重核裂變,則該反應(yīng)不是目前核電站的工作原理,D錯(cuò)誤。故選C。2.D【解析】【詳解】A.根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知,的質(zhì)量數(shù)為電荷數(shù)為所以中子數(shù)故A錯(cuò)誤;B.半衰期是由放射性元素本身決定的,與原子所處的物理狀態(tài)無(wú)關(guān)、與化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān),故B錯(cuò)誤;C.該核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為故C錯(cuò)誤;D.钚238衰變時(shí)動(dòng)量守恒,能量守恒,總動(dòng)量為零,衰變后射線動(dòng)能不為零,因此釋放的核能只有一部分以光子的形式輻射出去,則有又因此故D正確。故選D。3.C【解析】【詳解】β衰變的轉(zhuǎn)化方程為根據(jù)質(zhì)能方程,可知該核反應(yīng)過(guò)程釋放出的核能為。故選C。4.C【解析】【詳解】A.由題意可知衰變產(chǎn)生的衰變產(chǎn)生的和粒子帶電性不同,故兩粒子垂直射入同一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)方向不同,粒子逆時(shí)針運(yùn)動(dòng),順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。A錯(cuò)誤;B.由洛倫茲力充當(dāng)向心力可知所以由動(dòng)量守恒可知,二者動(dòng)量大小相等,所以兩粒子軌跡半徑之比為B錯(cuò)誤;C.由能量守恒可知由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知解得C正確;D.由動(dòng)量守恒可知并且有綜上可得D錯(cuò)誤。故選C。5.B【解析】【詳解】A.該反應(yīng)過(guò)程中,釋放能量,反應(yīng)物質(zhì)量減少,故A錯(cuò)誤;B.根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知,X粒子為電子,生成的核電荷數(shù)多一,而質(zhì)量數(shù)不變,是衰變,故這個(gè)核反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子,故B正確;C.根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知,Y粒子為氦核,該反應(yīng)為α衰變,故C錯(cuò)誤;D.放射性元素半衰期與外界環(huán)境無(wú)關(guān),月球夜晚溫度低至?xí)r,的半衰期不變,故D錯(cuò)誤。故選B。6.C【解析】【詳解】AB.該反應(yīng)為重核裂變,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可得的質(zhì)量數(shù)為根據(jù)電荷數(shù)守恒可得的電荷數(shù)為所以為中子,AB錯(cuò)誤。CD.比結(jié)合能是指原子核結(jié)合能對(duì)其所有核子的平均值,也就是把原子核全部拆成自由核子,平均對(duì)每個(gè)核子所要添加的能量,用于表示原子核結(jié)合松緊程度。該反應(yīng)為放能反應(yīng),產(chǎn)物的比結(jié)合能大于反應(yīng)物的比結(jié)合能,產(chǎn)物的結(jié)合能之和大于反應(yīng)物的結(jié)合能之和,D錯(cuò)誤,C正確。故選C。7.A【解析】【詳解】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可得,粒子的質(zhì)量數(shù)為根據(jù)質(zhì)子數(shù)守恒可得,粒子的質(zhì)子數(shù)為可知,粒子是,即中子;由題意可知,該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為核反應(yīng)中釋放的能量為故BCD錯(cuò)誤A正確。故選A。8.C【解析】【詳解】A.核反應(yīng)中,質(zhì)量數(shù)守恒,但質(zhì)量不守恒,釋放核能時(shí)會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量虧損,故A錯(cuò)誤;B.華龍一號(hào)的原理是核裂變,不是熱核反應(yīng)(核聚變),故B錯(cuò)誤;C.原子核比結(jié)合能越大,核子平均質(zhì)量越小,原子核越穩(wěn)定,故C正確;D.核裂變反應(yīng)過(guò)程中,釋放的核能等于生成物的結(jié)合能之和減反應(yīng)物的結(jié)合能之和,所以反應(yīng)物的結(jié)合能之和小于生成物的結(jié)合能之和,故D錯(cuò)誤。故選C。9.C【解析】【詳解】A.根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,X元素的電荷數(shù)(質(zhì)子數(shù))為p=56,質(zhì)量數(shù)q=144,則含有144-56=88個(gè)中子,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;B.該反應(yīng)放出核能,則生成物的比結(jié)合能(平均結(jié)合能)大于的比結(jié)合能,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;C.根據(jù)E=mc2,裂變后釋放核能,裂變過(guò)程質(zhì)量發(fā)生虧損,選項(xiàng)C正確;D.要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),鈾塊的體積應(yīng)大于臨界體積,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選C。10.B【解析】【詳解】A.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能否發(fā)生跟鈾原料的臨界體積有關(guān),故A錯(cuò)誤;B.裂變產(chǎn)物Ba的比結(jié)合能大于U的比結(jié)合能,從而產(chǎn)生質(zhì)量虧損,放出能量,故B正確;C.該核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量由虧損,故C錯(cuò)誤;D.該核反應(yīng)中放出的核能為,故D錯(cuò)誤。故選B。11.A【解析】【詳解】A.根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知,解得,所以該過(guò)程發(fā)生了衰變,中子數(shù)少了2,A正確;B.選項(xiàng)中的方程為核聚變方程,B錯(cuò)誤;C.射線穿透能力較弱,電離能力強(qiáng),C錯(cuò)誤;D.半衰期與環(huán)境條件無(wú)關(guān),D錯(cuò)誤;故選A。12.B【解析】【詳解】根據(jù)核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒得:X的質(zhì)量數(shù)為1,核電荷數(shù)為0。所以X是中子。反應(yīng)前質(zhì)量為2.0141u+3.0160u=5.0301u反應(yīng)后質(zhì)量為4.0026u+1.0087u=5.0113u反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量虧損為故該核反應(yīng)方程釋放能量,故B正確,ACD錯(cuò)誤。故選B。13.C【解析】【詳解】A.設(shè)X原子核中有x個(gè)質(zhì)子,質(zhì)量數(shù)為y,則有92=x+38235+1=y+95+1×2解得x=54y=139則X原子核中含有中子數(shù)為y-x=85A錯(cuò)誤;B.太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生的是輕核聚變,B錯(cuò)誤;C.裂變釋放核能是因?yàn)樾潞说谋冉Y(jié)合能大于原來(lái)重核的比結(jié)合能,C正確;D.經(jīng)過(guò)56年鍶90剩下原來(lái)的四分之一,D錯(cuò)誤。故選C。14.B【解析】【詳解】A.由反應(yīng)方程可知,該反應(yīng)不是聚變反應(yīng),是人工核反應(yīng),A錯(cuò)誤;B.核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核,比結(jié)合能都比較小,所以的比結(jié)合能比的比結(jié)合能小,B正確;C.根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得:Y的質(zhì)子數(shù)為Z=94?92=2質(zhì)量數(shù)為A=238?234=4由此可知Y為α粒子,C錯(cuò)誤;D.半衰期與溫度、環(huán)境無(wú)關(guān),故D錯(cuò)誤。故選B。15.C【解析】【詳解】A.根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知,X為中子,核反應(yīng)是核聚變反應(yīng),故A錯(cuò)誤;B.盡管核聚變?cè)诟邷馗邏合虏拍馨l(fā)生,但聚變過(guò)程會(huì)放出能量,故B錯(cuò)誤;C.由于核聚變過(guò)程放出能量,有質(zhì)量虧損,因此中一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量比;中一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量小,故C正確;D.核能的大小根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程來(lái)計(jì)算,故D錯(cuò)誤。故選C。16.D【解析】【詳解】設(shè)經(jīng)過(guò)x次衰變和y次衰變變?yōu)?則有衰變過(guò)程質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒,所以解得所以衰變過(guò)程共釋放的能量為計(jì)算結(jié)果不計(jì),所以有故選D。17.A【解析】【詳解】A.該核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為所以釋放的能量為故A正確;B.放射性元素的半衰期與其化學(xué)性質(zhì)無(wú)關(guān),故B錯(cuò)誤;C.經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期有一半數(shù)量的發(fā)生衰變,剩余原子核的總質(zhì)量是原來(lái)的一半,即為75毫克,新核由于質(zhì)量數(shù)小于,所以新核的總質(zhì)量小于75毫克,故C錯(cuò)誤;D.由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知新核X的質(zhì)量數(shù)為234,電荷數(shù)為92,則中子數(shù)為234-92=142故D錯(cuò)誤。故選A。18.C【解析】【詳解】A.根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量守恒可推知衰變方程中的X是α粒子,故A錯(cuò)誤;B.半衰期與溫度無(wú)關(guān),降低溫度不能減緩Pu的衰變,故B錯(cuò)誤;C.Pu衰變過(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)量虧損等于Pu的質(zhì)量減去U與X的質(zhì)量,故C正確;D.U吸收一個(gè)中子后生成Pu的核反應(yīng)過(guò)程中核電荷數(shù)增加了2,所以該過(guò)程是兩個(gè)β衰變過(guò)程,故D錯(cuò)誤。故選C。19.B【解析】【詳解】A.根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知解得的衰變方程為易知發(fā)生的是衰變,比的中子數(shù)少2個(gè)。故A錯(cuò)誤;B.半衰期與環(huán)境條件無(wú)關(guān),不會(huì)受到陽(yáng)光、溫度、電磁場(chǎng)等環(huán)境因素的影響,所以在月球上和在地球上半衰期相同。故B正確;C.此核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損等于反應(yīng)前后質(zhì)量的差,為釋放的核能為故C錯(cuò)誤;D.α射線的穿透能力較差,不能用于金屬探傷,故D錯(cuò)誤。故選B。20.C【解析】【詳解】A.根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知X的質(zhì)量數(shù)為4,電荷數(shù)為2,則X是,故A錯(cuò)誤;B.根據(jù)質(zhì)能方程知該核反應(yīng)釋放的核能為故B錯(cuò)誤;CD.核反應(yīng)方程式中生成物比反應(yīng)物穩(wěn)定,則生成物的比結(jié)合能大于反應(yīng)物的比結(jié)合能,即核反應(yīng)中比結(jié)合能較小的原子核變成了比結(jié)合能較大的原子核,故C正確,D錯(cuò)誤。故選C。21.C【解析】【詳解】A.根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知該核反應(yīng)放出的核能為故A錯(cuò)誤;B.γ光子是原子核由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)放出的,故B錯(cuò)誤;C.光電子的動(dòng)量光電子的德布羅意波長(zhǎng)故C正確;D.該核反應(yīng)釋放核能,存在質(zhì)量虧損,反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)合能之和大于反應(yīng)前鈾核的結(jié)合能,故D錯(cuò)誤。故選C。22.AC【解析】【詳解】A.比結(jié)合能的大小反映原子核的穩(wěn)定程度,比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定,U原子核的比結(jié)合能小于Ba原子核的比結(jié)合能,因此Ba原子核比U原子核更穩(wěn)定,故A正確;B.根據(jù)原子核的特點(diǎn)可知,Ba原子核含有56個(gè)質(zhì)子,中子數(shù)為144-56=88個(gè),故B錯(cuò)誤;C.根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可得故C正確;D.放射性元素的半衰期由原子核本身決定,與周圍的環(huán)境溫度、濕度、壓強(qiáng)等外界因素?zé)o關(guān),故D錯(cuò)誤。故選AC。23.BD【解析】【詳解】A.太陽(yáng)中的能量主要來(lái)源于氫核的聚變,聚變發(fā)生的過(guò)程中釋放巨大的能量,可知產(chǎn)生的新核的比結(jié)合能比反應(yīng)前原子核的比結(jié)合能大,故A正確;B.大多數(shù)核電站的能量來(lái)源于重核裂變,重核裂變過(guò)程中釋放巨大的能量,可知發(fā)生裂變后產(chǎn)生的新核的比結(jié)合能增大,故B錯(cuò)誤;C.核聚變與核裂變都伴隨著能量的釋放,所以核聚變與核裂變都發(fā)生了質(zhì)量的虧損,故C正確;D.原子核的結(jié)合能是組成原子核的所有核子結(jié)合成原子核時(shí)釋放出來(lái)的能量,故D錯(cuò)誤。故選BD。24.BC【解析】【詳解】A.半衰期具有統(tǒng)計(jì)意義,對(duì)個(gè)別粒子沒(méi)有意義,A錯(cuò)誤;B.根據(jù)核反應(yīng)方程中核電荷數(shù)(左下角數(shù)字,也表示質(zhì)子數(shù))守恒及質(zhì)量數(shù)(左上角數(shù)字)守恒,中質(zhì)子數(shù)為27,中子數(shù)為故質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)少6個(gè),B正確;C.根據(jù)質(zhì)能方程可知核反應(yīng)中釋放的能量為,C正確;D.根據(jù)三種射線的特點(diǎn)與穿透性,可知射線的穿透本領(lǐng)比β射線強(qiáng),D錯(cuò)誤。故選BC。25.AB【解析】【詳解】A.根據(jù)核反應(yīng)的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知,釷233變成鈾233的核反應(yīng)方程式是選項(xiàng)A正確;B.中間產(chǎn)生的新核鏷233()從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),放出能量,會(huì)伴隨輻射,選項(xiàng)B正確;C.整個(gè)過(guò)程中釋放能量,則生成的新核鈾233()更加穩(wěn)定,則新核鈾233()的結(jié)合能大于釷233(),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;D.在核電站的核反應(yīng)堆內(nèi)部,核燃料具有的核能通過(guò)核裂變反應(yīng)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,然后通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能,故D錯(cuò)誤。故選AB。26.BD【解析】【詳解】A.根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒,可得A錯(cuò)誤;B.根據(jù)電荷數(shù)守恒,可得B正確;C.反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為C錯(cuò)誤;D.該裂變反應(yīng)釋放總能量為D正確;故選BD。27.AC【解析】【詳解】A.根據(jù)甲圖氫原子的電子云示意圖可知,電子并非在一個(gè)特定的圓軌道上運(yùn)動(dòng),電子在玻爾理論中的某一軌道上穩(wěn)定運(yùn)動(dòng),應(yīng)該是一個(gè)概率問(wèn)題,故A正確;B.比結(jié)合能越大,平均核子質(zhì)量就越小,越穩(wěn)定,故原子核中的平均核子質(zhì)量比O的要大,故B錯(cuò)誤;C.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行要達(dá)到臨界體積,所以丙圖中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)要能持續(xù),裂變物質(zhì)必須要具有一定的體積或質(zhì)量,故C正確;D.氡的半衰期是3.8天,1g氡經(jīng)過(guò)38天后還剩故D錯(cuò)誤;故選AC。28.BC【解析】【詳解】A.根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒,可知X表示粒子,A項(xiàng)錯(cuò)誤;B.比結(jié)合能為原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比,因此,B項(xiàng)正確;C.由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程解得由于,故C項(xiàng)正確;D.若把X粒子射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,如果速度方向與磁場(chǎng)方向平行,則粒子不受洛倫茲力作用,D項(xiàng)
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