高考一轮复习：原子核

试卷更新日期：2025-08-25 类型：一轮复习

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一、选择题

1. 下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（）

A、 $_{92}^{235} U +_{0}^{1} n \to_{56}^{144} Ba +_{36}^{89} Kr + ()$ B、 $_{92}^{238} U \to_{90}^{234} Th + ()$ C、 $_{7}^{14} N +_{2}^{4} He \to_{8}^{17} O + ()$ D、 $_{6}^{14} C \to_{7}^{14} N + ()$

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2. 据诺贝尔奖官方消息：“居里夫人的笔记仍具放射性，还将持续1500年。”关于放射性元素的衰变和半衰期，下列说法正确的是（　　）

A、 $α$ 射线比 $β$ 射线穿透本领更强 B、笔记中放射性元素的半衰期为1500年 C、 $β$ 衰变时， $β$ 粒子来自于核外电子 D、 ${}_{92}^{238}U$ 衰变成 ${}_{82}^{206}P b$ 经过8次 $α$ 衰变和6次 $β$ 衰变

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3. 2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为 $_{6}^{14} C \to_{7}^{14} N + X$ ，则（）

A、X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的 B、X为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的 C、X为质子，是由核内中子转化而来的 D、X为中子，是由核内质子转化而来的

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4. 发现中子的核反应方程为 ${}_{2}^{4}H e + {}_{4}^{9}B e \to X + {}_{0}^{1}n$ ， “玉免二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为型 ${}_{94}^{238}P u \to {}_{92}^{234}U + Y$ 正确的是（）

A、核反应方程中的X为 ${}_{6}^{12}C$ B、衰变方程中的Y为 ${}_{2}^{3}{He}$ C、中子 ${}_{0}^{1}n$ 的质量数为零 D、钚238的衰变吸收能量

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5. 2024年2月，中国科学院近代物理研究所与合作单位组成的科研团队首次合成了新核素钱 $_{76}^{160} Os$ 和钨 $_{74}^{156} W$ ，其中 $_{74}^{156} W$ 可由 $_{76}^{160} Os$ 发生衰变获得，下列说法正确的是（　　）

A、 $_{76}^{160} Os$ 比 $_{74}^{156} W$ 多了4个质子 B、 $_{76}^{160} Os$ 比 $_{74}^{156} W$ 多了2个中子 C、 $_{76}^{160} Os$ 转变为 $_{74}^{156} W$ 的反应为 $β$ 衰变 D、不同温度环境下， $_{76}^{160} Os$ 的半衰期不同

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6. PET（正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素（如： $_{9}^{18} F$ ）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。 $_{9}^{18} F$ 的衰变方程为 $_{9}^{18} F \to X +_{1}^{0} e +_{0}^{0} ν$ ，其中 $_{0}^{0} ν$ 是中微子。已知 $_{9}^{18} F$ 的半衰期是110分钟。下列说法正确的是（）

A、X为 $_{8}^{17} O$
B、该反应为核聚变反应 C、1克 $_{9}^{18} F$ 经110分钟剩下0.5克 $_{9}^{18} F$ D、该反应产生的 $_{0}^{0} ν$ 磁场中会发生偏转

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7. 人工核反应 $_{14}^{30} S i +_{1}^{1} H \to X +_{15}^{30} P$ 中的X是（　　）

A、中子 B、质子 C、电子 D、α粒子

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8. 硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一， ${}_{5}^{10}B + {}_{0}^{1}n \to {}_{3}^{a}X + {}_{b}^{4}Y$ 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（　　）

A、a=7，b=1 B、a=7，b=2 C、a=6，b=1 D、a=6，b=2

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9. 在下列两个核反应方程中
X+ $_{7}^{14} N$ →Y+ $_{8}^{17} O$ ，

Y+ $_{3}^{7} L i$ →2X

X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数则（）

A、Z=1，A=1 B、Z=1，A=2 C、Z=2，A=3 D、Z=2，A=4

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10. 下列说法正确的是（　　）

A、 $_{92}^{235} U$ 的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，其半衰期可能变短 B、结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定 C、核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要吸收核能 D、诊断甲状腺疾病时，给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子

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11. 有关下列四幅图的描述，正确的是（　　）

A、图甲中，线圈顺时针匀速转动，电路中A、B发光二极管不会交替发光 B、图乙中，强相互作用可以存在于各种核子之间，作用范围只有约10⁻¹⁰ m C、图丙中，磁电式仪表中的铝框可使指针较快停止摆动，是利用了电磁驱动的原理 D、图丁中，自由电荷为负电荷的霍尔元件（电流和磁场方向如图所示）的N侧电势高

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12. 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 ${}_{38}^{90}S r$ 衰变为 ${}_{39}^{90}Y$ 的半衰期约为29年； ${}_{94}^{238}P u$ 衰变为 ${}_{92}^{234}U$ 的半衰期约87年。现用相同数目的 ${}_{38}^{90}S r$ 和 ${}_{94}^{238}P u$ 各做一块核电池，下列说法正确的是( )

A、 ${}_{38}^{90}S r$ 衰变为 ${}_{39}^{90}Y$ 时产生α粒子 B、 ${}_{94}^{238}P u$ 衰变为 ${}_{92}^{234}U$ 时产生β粒子 C、50年后，剩余的 ${}_{38}^{90}S r$ 数目大于 ${}_{94}^{238}P u$ 的数目 D、87年后，剩余的 ${}_{38}^{90}S r$ 数目小于 ${}_{94}^{238}P u$ 的数目

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13. 具有完全自主知识产权的国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程商运投产，成为世界首个实现模块化第四代核电技术商业化运行的核电站，标志着我国在高温气冷堆核电技术领域实现了全球领先。关于高温气冷堆核电站说法正确的是（　　）

A、利用核聚变发电，所以需要高温 B、通过改变温度控制核反应速度 C、利用核裂变时发生“质量亏损”而提供能量 D、核反应堆中镉棒插入是提高核反应速度

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14. 如图所示，“核反应堆”通过可控的链式反应实现核能的释放，核燃料是铀棒，在铀棒周围放“慢化剂”，快中子与慢化剂中的原子核碰撞后，中子速度减小变为慢中子。下列说法正确的是（）

A、“慢化剂”使快中子变慢中子，慢中子更难被铀核俘获 B、当核反应过于缓慢时，可以适当的插入镉棒，达到加快核反应速度的目的 C、铀块体积越小，越容易发生链式反应，能发生链式反应的铀块最大体积叫作它的临界体积 D、链式反应是指让一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去的反应

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15. 2024年距离我国第一颗原子弹爆炸成功已经六十周年，“两弹一星”精神，激励和鼓舞了几代人，是中华民族的宝贵精神财富。下列关于氢弹和原子弹的说法正确的是（　　）

A、氢弹是利用大量氢气快速燃烧产生的爆炸 B、氢弹爆炸时发生的聚变必须在高温下才能进行 C、原子弹的能量来源和太阳的能量来源相同 D、原子弹的单个轴块可以制成任意大小的体积

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16. 氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用 $6_{1}^{2} H \to 2_{2}^{4} H e + x_{0}^{1} n + y_{1}^{1} p + 43.15 M e V$ 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、 $x = 3$ ， $y = 1$

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17. 下列说法正确的是（　　）

A、强子是参与强相互作用的粒子。质子、中子和电子都是强子 B、在惯性约束下，可以用高能量密度的激光照射参加反应物质从而引发核聚变 C、常见的金属没有规则的形状，但具有确定的熔点，故金属是晶体 D、取分子间距离r为无穷远时的分子势能为0，则当r<r₀时，分子势能一定小于0

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18. 2023年8月24日13时，日本福岛第一核电站启动核污染水排海。核污染水含高达64种放射性元素，其中氚（ ${}_{1}^{3}H$ ）衰变过程中产生的电离辐射可损害DNA，是致癌的高危因素之一，半衰期为12.5年。其衰变方程为 $_{1}^{3} H \to_{x}^{y} {He+}_{-1}^{0} e+ γ$ ，下列说法正确的是（　　）

A、衰变方程中x=2，y=4 B、 $_{x}^{y} He$ 的比结合能大于 $_{1}^{3} H$ 的比结合能 C、秋冬气温逐渐变低时，氚的衰变速度会变慢 D、经过25年，氚将全部衰变结束

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19. ${}_{61}^{147}P m$ 发生β衰变时可用于制测厚仪、放射性同位素电池，已知 ${}_{61}^{147}P m$ 的半衰期为2.64年，则下列说法正确的是（　　）

A、 ${}_{61}^{147}P m$ 用作测厚仪是利用β射线的电离本领 B、 ${}_{61}^{147}P m$ 发生β衰变后新核的电荷数为62 C、100个 ${}_{61}^{147}P m$ 原子核经过2.64年剩下50个 D、当温度降低时，可增加同位素电池的使用时间

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20. 甲、乙、丙、丁四幅图分别是回旋加速器、磁流体发电机、泊松亮斑、重核裂变的结构示意图，下列说法中正确的是（　　）

A、图甲中增大交变电压场的电压可增大粒子的最大动能 B、图乙中磁流体发电机产生的电动势大小与等离子体的浓度无关 C、图丙中的泊松亮斑支持了光的波动说，它是菲涅尔通过实验观察到的 D、图丁所示的核反应属于重核裂变，钡141的平均核子质量、比结合能都比铀235的小

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21. 原子核的比结合能曲线如图所示，其中 $Δ E$ 为结合能，A为核子数。根据该曲线，下列判断中正确的是（　　）

A、 ${}_{2}^{4}H e$ 核比 ${}_{8}^{16}O$ 核更稳定 B、 ${}_{3}^{6}L i$ 核的结合能约为5.4MeV C、两个 ${}_{1}^{2}H$ 核结合成 ${}_{2}^{4}H e$ 核时释放能量 D、 ${}_{47}^{107}A g$ 核中核子的结合能比 ${}_{92}^{238}U$ 核中的大

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22. 已知氘核质量为 $2.0141 u$ ，氚核质量为 $3.0161 u$ ，氦核质量为 $4.0026 u$ ，中子质量为 $1.0087 u$ ，阿伏加德罗常数 $N_{A}$ 取 $6.0 \times 1 0^{23} m o l^{- 1}$ ，氘核摩尔质量为 $2 g \cdot m o l^{- 1}$ ， $1 u$ 相当于 $931.5 M e V$ 。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　）

A、核反应方程式为 $_{1}^{2} H +_{1}^{3} H \to_{2}^{3} H e +_{0}^{1} n$ B、氘核的比结合能比氦核的大 C、氘核与氚核的间距达到 $1 0^{- 10} m$ 就能发生核聚变 D、 $4 g$ 氘完全参与聚变释放出能量的数量级为 $1 0^{25} M e V$

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23. 钍基熔盐反应堆主要采用钍232（ $_{90}^{232} Th$ ）和铀238（ $_{92}^{238} U$ ）作为燃料。反应堆工作时， $_{92}^{238} U$ 吸收中子转化为钚239（ $_{94}^{239} Pu$ ），核反应方程为 $_{92}^{238} U +_{0}^{1} n \to_{94}^{239} Pu + 2 X$ ，则（　　）

A、核反应方程式中的X为 $_{1}^{1} H$ B、铀238的比结合能较钚239小 C、钚239的中子数比铀238多一个 D、核反应前后原子的质量数守恒，不存在质量亏损

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24. 2021年12月秦山核电站迎来安全发电30周年。核电站利用铀核裂变释放的能量每年发电约 $5 \times 10^{10} kW \cdot h$ ，相当于减排二氧化碳五千万吨。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、裂变反应产物 $_{36}^{92} Kr$ 的比结合能比 $_{92}^{235} U$ 大 B、秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为2kg C、反应堆中存在 $_{92}^{235} U \to_{56}^{141} {Ba+}_{36}^{92} {Kr+2}_{0}^{1} n$ 的核反应 D、核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，可以减慢链式反应

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25. 关于下列四幅图的说法正确的是（　　）

A、图甲是 $α$ 粒子散射实验，汤姆孙据此提出了原子的核式结构模型 B、图乙是光电效应实验，张开的验电器指针和锌板都带负电 C、图丙是放射源放出三种射线在磁场中的运动轨迹，1为 $α$ 射线 D、图丁是核反应堆示意图，它是利用铀核裂变反应释放能量

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二、多项选择题

26. 量子论使人们认识了微观世界的运动规律，并发展了一系列对原子、分子等微观粒子进行有效操控和测量的技术。图为利用扫描隧道显微镜将48个铁原子排成的“原子围栏”，围栏内电子的量子行为，出现一系列圆形的“纹路”。则（　　）

A、纹路是电子运动的轨迹 B、纹路是电子干涉的结果 C、电子在中心点出现的概率最大 D、围栏内的电子不可能穿越围栏出来

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27. 对于原子、原子核，人们无法直接观察到其内部结构，只能通过对各种实验事实提供的信息进行分析、猜想、提出微观模型，并进一步接受实验事实的检验，进而再对模型进行修正。下列实验事实支持相应观点的是（　　）

A、电子的发现，说明原子是可以再分的 B、康普顿散射现象及规律，说明原子具有核式结构 C、玻尔依据氢原子光谱的实验规律，将量子观念引入原子领域 D、天然放射现象，说明原子核内部是有结构的

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28. 在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。对下列各示意图，解读正确的是（　　）

A、英国物理学家汤姆孙利用图甲所示的气体放电管证实阴极射线是带电粒子流 B、英国物理学家卢瑟福利用图乙所示的α粒子散射实验发现了质子 C、法国物理学家贝克勒尔通过图丙所示的实验发现了天然放射现象 D、意大利物理学家伽利略根据气体压强随温度的变化制造出图丁所示的气体温度计

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29. 如图所示，我国首次使用核电池随“嫦娥三号”软着陆月球，该核电池是将放射性同位素衰变过程中释放出来的核能转变为电能。“嫦娥三号”采用放射性同位素钚核 $_{94}^{239} Pu$ ，静止的 $_{94}^{239} Pu$ 衰变为铀核 $_{92}^{235} U$ 和 $α$ 粒子，并放出 $γ$ 光子。已知 $_{94}^{239} Pu$ 、 $_{92}^{235} U$ 和 $α$ 粒子的质量分别为 $m_{Pu}$ 、 $m_{U}$ 和 $m_{α}$ ， $_{94}^{239} Pu$ 和 $_{92}^{235} U$ 的比结合能分别为 $E_{1}$ 和 $E_{2}$ ，光在真空中的传播速度为 $c$ 。下列说法正确的是（　　）

A、 $γ$ 光子是由钚原子的内层电子跃迁产生的 B、 $_{94}^{239} Pu$ 的衰变方程为 $_{94}^{239} Pu \to _{92}^{235} U + _{2}^{4} He$ C、衰变产生的 $_{92}^{235} U$ 和 $_{2}^{4} He$ 的动能之比为 $235 : 4$ D、 $α$ 粒子的结合能为 $(m_{Pu} - m_{U} - m_{α}) c^{2} + 239 E_{1} - 235 E_{2}$

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30. 氢原子的能级图如图1所示，大量处于某激发态的氢原子跃迁时，会产生四种频率的可见光。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用两种光分别照射如图2所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（　　）

A、光Ⅰ比光Ⅱ有更显著的波动性 B、两种光分别照射阴极K产生的光电子到达阳极A的最大动能之差为1.13eV C、滑片P向a移动，电流表示数为零时I对应的电压表示数比Ⅱ的大 D、用Ⅰ光和Ⅱ光以相同入射角θ（0°<θ<90°）照射同一平行玻璃砖，Ⅰ光的侧移量小

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三、非选择题

31. 同位素 $_{6}^{14} C$ 相对含量的测量在考古学中有重要应用，其测量系统如图1所示。将少量古木样品碳化、电离后，产生的离子经过静电分析仪ESA-I、磁体-I和高电压清除器，让只含有三种碳同位素 $_{6}^{12} C$ 、 $_{6}^{13} C$ 、 $_{6}^{14} C$ 的 $C^{3 +}$ 离子束（初速度可忽略不计）进入磁体-Ⅱ．磁体-Ⅱ由电势差为U的加速电极P，磁感应强度为B、半径为R的四分之一圆弧细管道和离子接收器F构成。通过调节U，可分离 $_{6}^{12} C$ 、 $_{6}^{13} C$ 、 $_{6}^{14} C$ 三种同位素，其中 $_{6}^{12} C$ 、 $_{6}^{13} C$ 的 $C^{3 +}$ 离子被接收器F所接收并计数，它们的离子数百分比与U之间的关系曲线如图2所示，而 $_{6}^{14} C$ 离子可通过接收器F，进入静电分析仪ESA-Ⅱ，被接收器D接收并计算。

(1)、写出中子与 $_{7}^{14} N$ 发生核反应生成 $_{6}^{14} C$ ，以及 $_{6}^{14} C$ 发生 $β$ 衰变生成 $_{7}^{14} N$ 的核反应方程式：

(2)、根据图2写出 $_{6}^{12} C$ 的 $C^{3 +}$ 离子所对应的U值，并求磁感应强度B的大小（计算结果保留两位有效数字。已知 $R = 0.2 m$ ，原子质量单位 $u = 1.66 \times 10^{- 27} kg$ ，元电荷 $e = 1.6 \times 10^{- 19} C$ ）；

(3)、如图1所示，ESA-Ⅱ可简化为间距 $d = 5 cm$ 两平行极板，在下极板开有间距 $L = 10 cm$ 的两小孔，仅允许入射角 $φ = 45 °$ 的 $_{6}^{14} C$ 离子通过。求两极板之间的电势差U：

(4)、对古木样品，测得 $_{6}^{14} C$ 与 $_{6}^{12} C$ 离子数之比值为 $4 \times 10^{- 13}$ ；采用同样办法，测得活木头中 $_{6}^{14} C$ 与 $_{6}^{12} C$ 的比值为 $1.2 \times 10^{- 12}$ ，由于它与外部环境不断进行碳交换，该比例长期保持稳定。试计算古木被砍伐距今的时间（已知 $_{6}^{14} C$ 的半衰期约为5700年， $\ln 3 = 1.1, \ln 2 = 0.7$ ）

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32. 氢元素是宇宙中最简单的元素，有三种同位素。科学家利用电磁场操控并筛选这三种同位素，使其应用于核研究。

(1)、原子核之间由于相互作用会产生新核，这一过程具有多种形式。
①质量较小的原子核结合成质量较大原子核的过程称为。
A.链式反应
B.衰变
C.核聚变
D.核裂变
② $_{1}^{1} H$ 核的质是为m₁ $_{1}^{3} H$ 核的质量为m₂ ，它们通过核反应形成一个质是为m₃的氮原子核 $(_{2}^{3} H e)$ ，此过程释放的能量为。 (真空中光速为c)

(2)、某回旋加速器的示意图如图1所示。磁感应强度大小为B的匀强磁场仅分布于两个相同且正对的半圆形中空金属盒D₁、D₂内，且与金属盒表面垂直。交变电源通过Ⅰ、Ⅱ分别与D₁、D₂相连，仅在D₁、D₂缝隙间的狭窄区域产生交变电场。初动能为零的带电粒子自缝隙中靠近D₂的圆心O处经缝隙间的电场加速后，以垂直磁场的速度进入D₁。
①粒子在D₁、D₂运动过程中，洛伦兹力对粒子做功为W、冲量为I，则
A.W=0，I=0
B.W≠0，I=0
C.W≠0，I≠0
D.W=0，I≠0
② $_{1}^{1} H$ 核和 $_{1}^{3} H$ 核自图中O处同时释放，I、Ⅱ间电势差绝对值始终为U，电场方向做周期性变化， $_{1}^{1} H$ 核在每次经过缝隙间时均被加速(假设粒子通过缝隙的时间和粒子间相互作用可忽略)。 $_{1}^{1} H$ 核完成3次加速时的动能与此时 $_{1}^{3} H$ 核的动能之比为。
A.1：3
B.1：9
C.1：1
D.9：1
E.3：1

(3)、如图，静电选择器由两块相互绝缘、半径很大的同心圆弧形电极组成。电极间所加电压为U。由于两电极间距d很小，可近似认为两电极半径均为r(r>>d)，且电极间的电场强度大小处处相等，方向沿径向垂直于电极。

①电极间电场强度大小为；
②由 $_{1}^{1} H$ 核、 $_{1}^{2} H$ 核和， $_{1}^{3} H$ 核组成的粒子流从狭缝进入选择器，若不计粒子间相互作用，部分粒子在电场力作用下能沿圆弧路径从选择器出射。
a.出射的粒子具有相同的。
A.速度
B.动能
C.动量
D.比荷
b.对上述a中的选择做出解释。

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33. 如图甲所示是托卡马克装置的结构示意图，其主要包括环形真空室、极向场线圈、环向场线圈等，在环形真空室内注入少量氢的同位素氘和氚，提高温度使其发生聚变反应。如图乙所示为环形真空室的示意图，它的轴线半径为r，横截面的圆半径为R，假设环形真空室内粒子质量为m、电荷量为+q，粒子碰到真空室的室壁立即被吸收。
【提示：空间角是三维空间中的角度度量，用于描述从一个点出发所能观察到的立体角，半顶角为θ的圆锥形发散空间角为 $2 π (1 - c o s θ)$ 】

(1)、写出氘和氚核聚变的核反应方程式；

(2)、若粒子以v₀速度沿真空室轴线做匀速圆周运动，求极向场线圈产生磁场的大小；

(3)、将装置中相邻环向场线圈简化为两个平行线圈，通电后在真空室内产生磁感应强度为B₀的匀强磁场，如图丙所示。位于两个线圈轴线中点的粒子源O向右侧各个方向均匀发射速度大小为 $v_{0} = \frac{5 q B_{0} R}{8 m}$ 的粒子。
①若某粒子发射时速度方向与x轴的夹角θ=37°，求该粒子做螺旋线运动的螺距；
②求粒子源发出的粒子没有被室壁吸收的百分比 $η_{1}$ ；

(4)、实际装置的环向场线圈产生类似“磁瓶”形状的非匀强磁场来约束粒子，如图丁所示。已知沿轴线方向的磁感应强度最大和最小的关系为： $B_{max} = k_{1} B_{min}$ ，在粒子运行过程中，垂直轴线方向速度的平方与沿轴线方向的磁感应强度的大小之比为一常数，即 $\frac{v_{⊥}^{2}}{B_{x}} = k_{2}$ 。位于轴线中点的粒子源O向右侧各个方向均匀发射粒子（所有粒子均没有碰到室壁），求粒子能被约束在“磁瓶”内的比例 $η_{2}$ 。

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