(浙江選考)2021版新高考物理一輪復(fù)習(xí) 17 第十三章 近代物理 1 第1節(jié) 波粒二象性教學(xué)案

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1、第十三章 近代物理知識內(nèi)容考試要求真題統(tǒng)計2016.102017.42017.112018.42018.112019.42020.11.能量量子化b152.光的粒子性c15153.粒子的波動性c4.概率波b5.不確定性關(guān)系b146.電子的發(fā)現(xiàn)a7.原子的核式結(jié)構(gòu)模型b8.氫原子光譜b15149.玻爾的原子模型c1515151410.原子核的組成a411.放射性元素的衰變c1415412.探測射線的方法a13.放射性的應(yīng)用與防護(hù)a 14.核力與結(jié)合能c1614141515.核裂變c16161416.核聚變c417.粒子和宇宙a第1節(jié)波粒二象性【基礎(chǔ)梳理】提示:電子光電子大于增大hhW0干涉波動性

2、光電效應(yīng)粒子性波動粒子【自我診斷】 判一判(1)只要光照射的時間足夠長,任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)()(2)光電子就是光子()(3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大()(4)從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大,這種金屬的逸出功越小()(5)入射光的頻率越大,逸出功越大()提示:(1)(2)(3)(4)(5) 做一做在光電效應(yīng)實驗中,用頻率為的光照射光電管陰極,發(fā)生了光電效應(yīng),下列說法正確的是()A增大入射光的強(qiáng)度,光電流增大B減小入射光的強(qiáng)度,光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C改用頻率小于的光照射,一定不發(fā)生光電效應(yīng)D改用頻率大于的光照射,光電子的最大初動能變大提示:選AD.增大入射光強(qiáng)度,單位時間內(nèi)照射到

3、單位面積的光電子數(shù)增加,則光電流將增大,故選項A正確;光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于照射光的頻率,而與照射強(qiáng)度無關(guān),故選項B錯誤;用頻率為的光照射光電管陰極,發(fā)生光電效應(yīng),用頻率較小的光照射時,若光的頻率仍大于極限頻率,則仍會發(fā)生光電效應(yīng),選項C錯誤;根據(jù)hW逸mv2可知,增加照射光頻率,光電子的最大初動能增大,故選項D正確對光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解【典題例析】(2020杭州質(zhì)檢)現(xiàn)用一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實驗,當(dāng)用某一頻率的光入射時,有光電流產(chǎn)生下列說法正確的是()A保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,飽和光電流變大B入射光的頻率變高,飽和光電流變大C入射光的頻率變高,光電子的最大初動能變大D保持入射光

4、的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生解析根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律,保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,則飽和光電流變大,選項A正確由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知,入射光的頻率變高,產(chǎn)生的光電子最大初動能變大,而飽和光電流與入射光的頻率和光強(qiáng)都有關(guān),選項B錯誤,C正確保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時,就不能發(fā)生光電效應(yīng),沒有光電流產(chǎn)生,選項D錯誤答案AC1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年,這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時代意義的論文,其中關(guān)于光量子的理論成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象關(guān)于光電效應(yīng),下列說法正確的是 ()A當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時,不能發(fā)生光

5、電效應(yīng)B光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比C光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度成正比D某單色光照射一金屬時不發(fā)生光電效應(yīng),改用波長較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng)解析:選AD.根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗規(guī)律,只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng),A、D正確根據(jù)光電效應(yīng)方程,最大初動能與入射光頻率為線性關(guān)系,但非正比關(guān)系,B錯誤;根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗規(guī)律,光電子的最大初動能與入射光強(qiáng)度無關(guān),C錯誤對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對應(yīng)規(guī)律對規(guī)律的產(chǎn)生的解釋存在極限頻率0電子從金屬表面逸出,首先必須克服金屬原子核的引力做功W0,要使入射光子的能量不小于W0,對應(yīng)的頻率0,即極限頻率光電子的最大初動能隨著

6、入射光頻率的增大而增大,與入射光強(qiáng)度無關(guān)電子吸收光子能量后,一部分克服阻礙作用做功,剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動能,只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能,對于確定的金屬,W0是一定的,故光電子的最大初動能只隨入射光的頻率增大而增大效應(yīng)具有瞬時性光照射金屬時,電子吸收一個光子的能量后,動能立即增大,不需要積累能量的過程光較強(qiáng)時飽和電流大光較強(qiáng)時,包含的光子數(shù)較多,照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多,因而飽和電流較大光電效應(yīng)方程【知識提煉】1愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0h:光電子的能量W0:逸出功,即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功Ek:光電子的最大初動能2圖象分析圖象名稱圖線形

7、狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖線(1)極限頻率:0(2)逸出功:W0|E|E(3)普朗克常量:圖線的斜率kh遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系圖線(1)截止(極限)頻率:0(2)遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大(3)普朗克常量:hke(k為斜率,e為電子電量)頻率相同、光強(qiáng)不同時,光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓:Uc(2)飽和光電流:Im(電流的最大值)(3)最大初動能:EkmeUc頻率不同、光強(qiáng)相同時,光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓:Uc1、Uc2(2)飽和光電流:電流最大值(3)最大初動能:Ek1eUc1,Ek2eUc2【典題例析】以往我們認(rèn)識的光

8、電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng),即一個電子在極短時間內(nèi)只能吸收到一個光子而從金屬表面逸出強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識,用強(qiáng)激光照射金屬,由于其光子密度極大,一個電子在極短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能,從而形成多光子光電效應(yīng),這已被實驗證實光電效應(yīng)實驗裝置示意圖如圖所示用頻率為的普通光源照射陰極K,沒有發(fā)生光電效應(yīng),換用同樣頻率為的強(qiáng)激光照射陰極K,則發(fā)生了光電效應(yīng);此時,若加上反向電壓U,即將陰極K接電源正極,陽極A接電源負(fù)極,在KA之間就形成了使光電子減速的電場逐漸增大U,光電流會逐漸減??;當(dāng)光電流恰好減小到零時,所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功,h為普朗克常量,e為電子電量)(

9、)AUBUCU2hW DU審題指導(dǎo)光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件是光子的頻率大于金屬的極限頻率,遏止電壓是光電流恰好為零時的反向電壓,利用動能定理和光電效應(yīng)方程聯(lián)立求解即可解析以從陰極K逸出的且具有最大初動能的光電子為研究對象,由動能定理得:Ue0mv由光電效應(yīng)方程得:nhmvW(n2,3,4,)由式解得:U(n2,3,4,),故選項B正確答案B【題組過關(guān)】 考向1Ek圖象的理解與應(yīng)用1.(2020嘉興檢測)在做光電效應(yīng)的實驗時,某金屬被光照射時發(fā)生了光電效應(yīng),實驗測得光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率的關(guān)系如圖所示(圖線上各點對應(yīng)的坐標(biāo)已知,只是未標(biāo)出),由實驗圖線可求出()A該金屬的極限頻率B普朗克

10、常量C該金屬的逸出功D單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)解析:選ABC.依據(jù)光電效應(yīng)方程EkhW0可知,當(dāng)Ek0時,c,即圖線的橫截距在數(shù)值上等于該金屬的極限頻率圖線的斜率kh,即圖線的斜率在數(shù)值上等于普朗克常量0時,EkW0,即圖線的縱截距的絕對值等于該金屬的逸出功,故A、B、C正確 考向2對IU圖象的理解2在光電效應(yīng)實驗中,某同學(xué)用同一光電管在不同實驗條件下得到三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示則可判斷出()A甲光的頻率大于乙光的頻率B乙光的波長大于丙光的波長C乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能解析:選B.由圖象知,甲

11、、乙光對應(yīng)的遏止電壓相等,由eUcEk和hW0Ek得甲、乙光頻率相等,A錯誤;丙光的頻率大于乙光的頻率,則丙光的波長小于乙光的波長,B正確;由hcW0得甲、乙、丙光對應(yīng)的截止頻率相同,C錯誤;由光電效應(yīng)方程知,甲光對應(yīng)的光電子最大初動能小于丙光對應(yīng)的光電子最大初動能,D錯誤 考向3Uc圖象與光電效應(yīng)方程的應(yīng)用3在某次光電效應(yīng)實驗中,得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率的關(guān)系如圖所示若該直線的斜率和截距分別為k和b,電子電荷量的絕對值為e,則普朗克常量可表示為_,所用材料的逸出功可表示為_解析:根據(jù)光電效應(yīng)方程EkmhW0及EkmeUc得Uc,故k,b,得hek,W0eb.答案:ekeb1應(yīng)用光電效

12、應(yīng)方程時的注意事項(1)每種金屬都有一個截止頻率,光頻率大于這個截止頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)(2)截止頻率是發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率,對應(yīng)著光的極限波長和金屬的逸出功,即h0hW0.(3)應(yīng)用光電效應(yīng)方程EkhW0時,注意能量單位電子伏和焦耳的換算(1 eV1.61019 J)(4)作為能量守恒的一種表達(dá)式可以定性理解方程hW0mv2的意義:即入射光子的能量一部分相當(dāng)于轉(zhuǎn)換在金屬的逸出功上,剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的動能對某種金屬來說W0為定值,因而光子頻率決定了能否發(fā)生光電效應(yīng)及光電子的初動能大小每個光子的一份能量h與一個光電子的動能mv2對應(yīng)2光電效應(yīng)中有關(guān)圖象問題的解題方法(1)明確圖象中縱坐標(biāo)和

13、橫坐標(biāo)所表示的物理量(2)明確圖象所表示的物理意義及所對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系,同時還要知道截距、交點等特殊點的意義例如:Ekm圖象,表示了光電子的最大初動能Ekm隨入射光頻率的變化曲線,圖甲中橫軸上的截距是陰極金屬的極限頻率,縱軸上的截距表示了陰極金屬的逸出功負(fù)值,直線的斜率為普朗克常量,圖象的函數(shù)式:EkhW0.光電效應(yīng)中的IU圖象,是光電流強(qiáng)度I隨兩極板間電壓U的變化曲線,圖乙中的Im是飽和光電流,Uc為遏止電壓 光的波粒二象性物質(zhì)波【知識提煉】光既具有波動性,又具有粒子性,兩者不是孤立的,而是有機(jī)的統(tǒng)一體,其表現(xiàn)規(guī)律為:1從數(shù)量上看:個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性;大量光子的作用效果往往表現(xiàn)

14、為波動性2從頻率上看:頻率越低波動性越顯著,越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象;頻率越高粒子性越顯著,越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象,貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)3從傳播與作用上看:光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性;在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性4波動性與粒子性的統(tǒng)一:由光子的能量Eh,光子的動量p表達(dá)式也可以看出,光的波動性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長.5理解光的波粒二象性時不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波,也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子【典題例析】(2020杭州質(zhì)檢)實物粒子和光都具有波粒二象性下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是()A電子束通過雙縫實驗裝置后可

15、以形成干涉圖樣B射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D光電效應(yīng)實驗中,光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無關(guān)解析電子束具有波動性,通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣,選項A正確射線在云室中高速運動時,徑跡又細(xì)又直,表現(xiàn)出粒子性,選項B錯誤人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu),體現(xiàn)出波動性,選項C正確光電效應(yīng)實驗,體現(xiàn)的是波的粒子性,選項D錯誤答案AC【題組過關(guān)】 考向1對光的波粒二象性的理解1物理學(xué)家做了一個有趣的實驗:在雙縫干涉實驗中,在光屏處放上照相底片,若減弱光的強(qiáng)度,使光子只能一個一個地通過狹縫實驗結(jié)果表明,如果曝光時間不太長,底片上只能

16、出現(xiàn)一些不規(guī)則的點;如果曝光時間足夠長,底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋對這個實驗結(jié)果下列認(rèn)識正確的是()A曝光時間不長時,光的能量太小,底片上的條紋看不清楚,故出現(xiàn)不規(guī)則的點B單個光子的運動沒有確定的軌道C干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會較多的地方D只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動性解析:選BCD.單個光子通過雙縫后的落點無法預(yù)測,大量光子的落點出現(xiàn)一定的規(guī)律性,落在某些區(qū)域的可能性較大,這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強(qiáng)的區(qū)域光具有波粒二象性,少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動性所以正確選項為BCD. 考向2對物質(zhì)波的考查2德布羅意認(rèn)為,任何一個運動著的物體,都有一種

17、波與它對應(yīng),波長是,式中p是運動物體的動量,h是普朗克常量已知某種紫光的波長是440 nm,若將電子加速,使它的德布羅意波長是這種紫光波長的1104 倍求:(1)電子的動量大小(2)試推導(dǎo)加速電壓跟德布羅意波長的關(guān)系,并計算加速電壓的大小(電子質(zhì)量m9.11031 kg,電子電荷量e1.61019 C,普朗克常量h6.61034 Js,加速電壓的計算結(jié)果取一位有效數(shù)字)解析:(1)由得p kgm/s1.51023 kgm/s.(2)eUEk,又聯(lián)立解得U,代入數(shù)據(jù)解得U8102 V.答案:(1)1.51023 kgm/s(2)U8102 V隨堂檢測1如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等,

18、則它們相等的物理量是()A速度 B動能 C動量 D總能量解析:選C.根據(jù),知電子和中子的動量相等,選項C正確2(2020溫州月考)用綠光照射一個光電管,能產(chǎn)生光電效應(yīng)欲使光電子從陰極逸出時最大初動能增大,可以()A改用紅光照射 B改用紫光照射C改用藍(lán)光照射 D增加綠光照射時間解析:選BC.光電子的最大初動能與照射時間或照射強(qiáng)度無關(guān),而與入射光子的能量有關(guān),入射光子的能量越大,光電子從陰極逸出時最大初動能越大,所以本題中可以改用比綠光光子能量更大的紫光、藍(lán)光照射,以增大光電子從陰極逸出時的最大初動能3波粒二象性是微觀世界的基本特征,以下說法正確的有()A光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B熱中子束射到

19、晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性C黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋D動能相等的質(zhì)子和電子,它們的德布羅意波長也相等解析:選AB.光電效應(yīng)現(xiàn)象、黑體輻射的實驗規(guī)律都可以用光的粒子性解釋,選項A正確,選項C錯誤;熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性,選項B正確;由德布羅意波長公式和p22mEk知動能相等的質(zhì)子和電子動量不同,德布羅意波長不相等,選項D錯誤4(多選) (20201月浙江選考)如圖所示,波長為a和b的兩種單色光射入三棱鏡,經(jīng)折射后射出兩束單色光a和b,則這兩束光()A照射同一種金屬均有光電子逸出,光電子最大初動能EkaEkbB射向同一雙縫干涉裝置,其干涉條紋間距xa

20、xbC在水中的傳播速度vavbD光子動量paW鉀,所以鈣逸出的光電子的最大初動能較小根據(jù)p及p和c知,鈣逸出的光電子的特點是:動量較小、波長較長、頻率較小選項A正確,選項B、C、D錯誤6(2020浙江省稽陽聯(lián)誼學(xué)校高三聯(lián)考選考)用強(qiáng)度相同的紅光和藍(lán)光分別照射同一種金屬,均能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)下列判斷正確的是()A用紅光照射時,該金屬的逸出功小,用藍(lán)光照射時,該金屬的逸出功大B用紅光照射時,該金屬的截止頻率低,用藍(lán)光照射時,該金屬的截止頻率高C用紅光照射時,逸出光電子所需時間長,用藍(lán)光照射時,逸出光電子所需時間短D用紅光照射時,逸出的光電子最大初動能小,用藍(lán)光照射時,逸出的光電子最大初動能大解

21、析:選D.由hWEkm,紅Ekm紅,D正確;金屬的逸出功和截止頻率與入射光頻率無關(guān),A、B均錯誤;只要能發(fā)生光電效應(yīng),逸出光電子所需時間與光的頻率無關(guān),C錯誤7(2020寧波調(diào)研)如圖甲,合上開關(guān),用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極K,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零調(diào)節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時,電流表讀數(shù)仍不為零,當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時,電流表讀數(shù)為零把電路改為圖乙,當(dāng)電壓表讀數(shù)為2 V時,逸出功及電子到達(dá)陽極時的最大動能為()A1.5 eV0.6 eV B1.7 eV1.9 eVC1.9 eV2.6 eV D3.1 eV4.5 eV解析:選C.由圖甲,用光子能

22、量h2.5 eV的光照射陰極,電流表讀數(shù)不為零,則說明能發(fā)生光電效應(yīng),當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時,電流表讀數(shù)為零,則說明電子不能到達(dá)陽極由動能定理eUmv知,最大初動能EkeU0.6 eV,由光電效應(yīng)方程hEkW0知W01.9 eV;對圖乙,當(dāng)電壓表讀數(shù)為2 V時,電子到達(dá)陽極的最大功能EkEkeU0.6 eV2 eV2.6 eV,故C正確8用波長為和2的光照射同一種金屬,分別產(chǎn)生的速度最快的光電子速度之比為21,普朗克常量和真空中光速分別用h和c表示,那么下列說法正確的有()A該種金屬的逸出功為B該種金屬的逸出功為C波長超過2的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)D波長超過4的光都不能使該

23、金屬發(fā)生光電效應(yīng)解析:選AD.由hWEk知hWmv,hWmv,又v12v2,所以W.光的波長小于或等于3時方能發(fā)生光電效應(yīng),故A、D項正確9(2020嘉興調(diào)研)如圖所示,用導(dǎo)線把驗電器與鋅板相連接,當(dāng)用紫外線照射鋅板時,發(fā)生的現(xiàn)象是()A有光子從鋅板逸出B有電子從鋅板逸出C驗電器指針張開一個角度D鋅板帶負(fù)電解析:選BC.用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應(yīng)的,鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出,稱之為光電子,故A錯誤,B正確;鋅板與驗電器相連,帶有相同電性的電荷,鋅板失去電子應(yīng)該帶正電,且失去電子越多,帶正電的電荷量越多,驗電器指針張角越大,故C正確,D錯誤10.研究光電效應(yīng)電路如圖所示

24、,用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K),鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收,在電路中形成光電流下列光電流I與AK之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中,正確的是()解析:選C.由于是強(qiáng)度不同的光照射同種鈉極板,則遏止電壓相同,強(qiáng)度不同,飽和光電流不同選項C正確11(2020紹興質(zhì)檢)根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知()A“光子說”本質(zhì)就是牛頓的“微粒說”B光的波長越長,光子的能量越小C一束單色光的能量可以連續(xù)變化D只有光子數(shù)很多時,光才具有粒子性解析:選B.“光子說”不同于牛頓的“微粒說”,A錯;光的波長越大,頻率越低,由Eh知能量越小,B對;因光子是一份一份的,其能量也是一份一份的,

25、不可連續(xù)變化,C錯;光具有波粒二象性,與光子的個數(shù)無關(guān),只是光子數(shù)越多,其波動性越顯著,光子數(shù)越少,其粒子性越顯著,D錯12在光電效應(yīng)實驗中,用同一種單色光,先后照射鋅和銀的表面,都能發(fā)生光電效應(yīng)對于這兩個過程,下列四個物理量中,一定不同的是()A遏止電壓B飽和光電流C光電子的最大初動能D逸出功解析:選ACD.同一種單色光照射不同的金屬,入射光的頻率和光子能量一定相同,金屬逸出功不同,根據(jù)光電效應(yīng)方程EkmhW0知,最大初動能不同,則遏止電壓不同;同一種單色光照射,入射光的強(qiáng)度相同,所以飽和光電流相同故選ACD.13(2020舟山質(zhì)檢)三種不同的入射光線甲、乙、丙分別照射在三種不同的金屬a、b、c上,均恰能使金屬中逸出光電子已知三種光線的波長甲乙丙,則()A用入射光甲照射金屬b,可能發(fā)生光電效應(yīng)B用入射光丙照射金屬b,一定發(fā)生光電效應(yīng)C用入射光甲和乙同時照射金屬c,可能發(fā)生光電效應(yīng)D用入射光乙和丙同時照射金屬a,一定發(fā)生光電效應(yīng)解析:選BD.由,甲乙丙可知,甲乙|E5E2|,故選項D正確16

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