高中物理 第4章 从原子核到夸克 4_4 粒子物理与宇宙的起源学业分层测评 沪科版选修3-5

4.4 粒子物理与宇宙的起源 (建议用时：45分钟)学业达标1.关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是 ()A.许多粒子都有自己的反粒子B.把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各种相互作用的关系C.质子属于强子D.光子属于轻子E.子的质量比核子的质量大，因此它属于强子【解析】根据粒子的分类、粒子与反粒子描述知A、B、C正确；光子属媒介子，子属于轻子.【答案】ABC2.下列说法中正确的是()A.至今人们还无法获得自由的夸克B.自然界存在的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对基本粒子不适用C.反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象D.强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子E.强子都是带电的粒子【解析】虽然夸克模型在解释强子的构成方面获得成功，但人们还没有获取自由的夸克，A正确.反粒子带等量异种电荷，反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象，故C正确.质子是最早发现的强子，故D正确.有的强子带电，有的强子不带电，E错误.【答案】ACD3.太阳放出的大量中微子向地球飞来，科学家发现中微子在向地球传播的过程中衰变为一个子和一个子，若在衰变中发现子速度方向与中微子原来的方向一致，则子的运动方向()A.可能与子同方向B.可能与子反方向C.不一定与子在同一条直线上D.一定与子在同一条直线上E.可能与子的方向垂直【解析】在衰变中动量守恒，发现子速度方向与中微子原来的方向一致，则子的运动方向一定与子在同一条直线上，可能与子同方向也可能与子反方向.【答案】ABD4.下列所述正确的是()A.强子是参与强相互作用的粒子B.轻子是不参与强相互作用的粒子C.目前发现的轻子只有8种D.夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的或E.光子是传递弱相互作用的粒子【解析】由三类粒子的特性可知A、B正确，E错误；而目前发现的轻子只有6种，C错误；夸克模型经过几十年的发展，已知夸克有6种，它们带的电荷分别为元电荷的或，D正确.【答案】ABD5.下列说法中正确的是()A.夸克模型说明电子电荷量是最小的电荷单元B.目前已经发现了自由态的夸克 C.目前发现的夸克有6种 D.每种夸克都有对应的反夸克E.夸克模型说明电子电荷量已不再是最小的电荷单元【解析】夸克模型指出目前发现了6种夸克，每种夸克都有对应的反夸克，所以C、D正确；夸克所带电荷量小于电子电荷量，但还没有发现自由态的夸克，这就是夸克的“禁闭”，所以A、B错，E正确.【答案】CDE6.“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反，则反氢原子是由1个带负电荷的_和1个带正电荷的_构成.【解析】根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同质量，但带有等量的异种电荷.因此反氢原子是由H核和e构成的.【答案】反质子正电子7.已知介子、介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷.粒子ud带电荷量ee由此可知由_和_组成，由_和_组成.【解析】因介子带有e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，则夸克u带e和反夸克带e合成电荷量为e，那么介子就是由夸克u和反夸克组成的；同理，介子由夸克d和反夸克组成.【答案】ud8.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的，u夸克带电荷量为e，d夸克的带电荷量为e，e为元电荷，那么质子是由_个u夸克和_个d夸克组成的，中子是由_个u夸克和_个d夸克组成的.【解析】质子带电量为e，应由2个u夸克和1个d夸克组成，中子带电量为0，应由1个u夸克和2个d夸克组成.【答案】2112能力提升9.恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”.(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He_Be.(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.61016 s.一定质量的Be，经7.81016 s后所剩Be占开始时的_.【解析】(1)根据核反应方程和电荷数、质量数守恒可知，HeHeBe.(2)Be的半衰期为2.61016 s，经过7.81016 s后，也就是经过3个半衰期后剩余的质量为mnm3m，所剩Be占开始时的.【答案】(1)He(2)或12.5%10.K介子衰变的方程为K0，其中K介子和介子所带负电的电荷量为元电荷，0介子不带电.如图441所示的1个K介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它的半径RK与R之比为21，0介子的轨迹未画出，由此可知，的动量大小与0的动量大小之比为_.图441【解析】根据洛伦兹力提供向心力知，qvBmv2/R，故有pmvqBR，所以K与的动量大小之比为21，规定K的方向为正方向，由动量守恒定律得：pKpp0，所以p03p.【答案】1311.已经证实质子，中子都是由上夸克和下夸克两种夸克组成的，上夸克带电荷量为e.下夸克带电荷量为e，e为电子所带电荷量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克间的距离都为l，l1.51015 m，试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力(库仑力).【解析】质子带电荷量为e，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的.按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为F上上kk.代入数值，得F上上46 N，为斥力.上夸克与下夸克之间的静电力为F上下kk.代入数值，得F上下23 N，为引力.【答案】见解析12.在天体演变过程中，红色巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星(电子被迫同原子核中的质子结合而形成中子)，中子星具有极高的密度.若已知某中子星的密度为1017 kg/m3，该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期.(引力常量G6.671011 Nm2/kg2)【解析】设中子星的卫星圆轨道半径为R，质量为m，由万有引力提供向心力，可得m2R.又当Rr(中子星的半径)时，卫星运行周期最小，注意到M，由此可得Tmin1.2103 s.【答案】1.2103 s