新教材同步系列2024春高中物理第五章原子核5“基本”粒子課后提升訓(xùn)練新人教版選擇性必修第三冊

第五章5A組·基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1．(多選)關(guān)于粒子，下列說法正確的是()A．質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不行再分的最基本的粒子B．質(zhì)子、中子本身也是復(fù)合粒子，它們具有困難的結(jié)構(gòu)C．質(zhì)子是帶電的強(qiáng)子D．光子是希格斯玻色子【答案】BC【解析】質(zhì)子和中子是由不同的夸克組成的，它們不是最基本的粒子，A錯誤，B正確；不同的夸克組成的強(qiáng)子，有的帶電，有的不帶電，質(zhì)子是帶正電的強(qiáng)子，C正確；光子是規(guī)范玻色子，D錯誤．2．(多選)下列說法中正確的是()A．質(zhì)量相等且電荷等值，但電性相反的粒子是反粒子B．光子是傳遞電磁相互作用的，屬于規(guī)范玻色子C．輕子是質(zhì)量很輕的粒子D．強(qiáng)子是參加強(qiáng)相互作用的粒子【答案】ABD【解析】反粒子與其對應(yīng)的粒子具有相同的質(zhì)量和電量，但它們電性相反，A正確；光子是傳遞電磁相互作用的媒介子，屬于規(guī)范玻色子，B正確；輕子是不參加強(qiáng)相互作用的粒子，強(qiáng)子是參加強(qiáng)相互作用的粒子，C錯誤，D正確．3．(多選)由中國供應(yīng)永磁體的阿爾法磁譜儀的原理如圖所示，其主要使命是探究宇宙中的反物質(zhì)，所謂反物質(zhì)，即質(zhì)量與正粒子相等，帶電量與正粒子相等但符號相反．假設(shè)使一束質(zhì)子、反質(zhì)子、α粒子、反α粒子組成的射線OO′通過進(jìn)入勻強(qiáng)磁場B2中形成四條徑跡，則()A．1和2是反粒子徑跡 B．3和4是反粒子徑跡C．2為反質(zhì)子徑跡 D．4為α粒子徑跡【答案】AD【解析】在磁場中，粒子做勻速圓周運(yùn)動，正離子受力向右偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子向左偏轉(zhuǎn)，故1、2是反粒子徑跡，A正確，B錯誤；依據(jù)洛倫茲力供應(yīng)向心力，有qvB＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(m,q)，故質(zhì)子與α粒子的半徑之比為1∶2，即α粒子轉(zhuǎn)彎半徑大，故徑跡1是反質(zhì)子,2是反α粒子,3是質(zhì)子，4是α粒子，D正確，C錯誤．4．1932年，查德威克用eq\o\al(4,2)He轟擊eq\o\al(9,4)Be發(fā)覺了中子，自由中子是不穩(wěn)定的，其衰變產(chǎn)物為質(zhì)子、電子和反中微子，平均壽命不到15分鐘．這被稱為β衰變．下列說法正確的是()A．中子由質(zhì)子和電子組成B．自由中子的衰變屬于強(qiáng)相互作用過程C．發(fā)覺中子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)nD．中子的存在有效地調(diào)整了質(zhì)子間庫侖斥力對原子核穩(wěn)定的影響，故中子越多原子核確定越穩(wěn)定【答案】C【解析】中子由夸克組成，A錯誤；自由中子的衰變屬于弱相互作用過程，B錯誤；發(fā)覺中子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n，C正確；中子的存在有效地調(diào)整了質(zhì)子間庫侖斥力對原子核穩(wěn)定的影響，但中子過多會造成原子核不穩(wěn)定，D錯誤．5．目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成．u夸克帶電荷量為eq\f(2,3)e，d夸克的帶電荷量為－eq\f(1,3)e，e為元電荷．下列論斷中可能正確的是()A．質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成B．質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成C．質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成D．質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成【答案】B【解析】質(zhì)子eq\o\al(1,1)H帶電荷量為2×eq\f(2,3)e＋(－eq\f(1,3)e)＝e，中子eq\o\al(1,0)n帶電荷量為eq\f(2,3)e＋2×(－eq\f(1,3)e)＝0，B正確．6．正電子是電子的反粒子，它跟一般電子電荷量相等，而電性相反，科學(xué)家設(shè)想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)——反物質(zhì)．1997年初和年底，歐洲和美國的科學(xué)探討機(jī)構(gòu)先后宣布：他們分別制造出9個和7個反氫原子．這是人類探究反物質(zhì)的一大進(jìn)步，你推想反氫原子的結(jié)構(gòu)是()A．由一個帶正電荷的質(zhì)子與一個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成B．由一個帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個帶正電荷的電子構(gòu)成C．由一個不帶電的中子與一個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成D．由一個帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成【答案】B【解析】氫原子是由質(zhì)子和電子構(gòu)成，那么反氫原子也應(yīng)由它們的反粒子構(gòu)成，即反質(zhì)子和反電子，B正確，A、C、D錯誤．7．(多選)加拿大薩德伯里中微子視察站揭示了中微子失蹤的緣由，即視察到的中微子數(shù)目比理論值少是因?yàn)橹形⒆釉谶\(yùn)動過程中轉(zhuǎn)化為一個μ子和一個τ子．對上述探討有以下說法，正確的是()A．若發(fā)覺μ子和中微子的運(yùn)動方向一樣，則τ子的運(yùn)動方向與中微子的運(yùn)動方向相反B．若發(fā)覺μ子和中微子的運(yùn)動方向一樣，則τ子的運(yùn)動方向與中微子的運(yùn)動方向可能一樣C．若發(fā)覺μ子和中微子的運(yùn)動方向相反，則τ子的運(yùn)動方向與中微子的運(yùn)動方向確定一樣D．若發(fā)覺μ子和中微子的運(yùn)動方向相反，則τ子的運(yùn)動方向與中微子的運(yùn)動方向可能相反【答案】BC【解析】對微觀粒子運(yùn)用動量守恒定律，關(guān)鍵在于明確動量守恒定律的適用條件，它包括高速運(yùn)動物體和低速運(yùn)動物體，包括宏觀物體和微觀物體，因此由動量守恒定律可得B、C正確．8．已知π＋介子、π－介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克eq\o(u,\s\up6(－))或反夸克eq\o(d,\s\up6(－)))組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為元電荷．粒子π＋π－udeq\o(u,\s\up6(－))eq\o(d,\s\up6(－))帶電荷量＋e－e＋eq\f(2e,3)－eq\f(e,3)－eq\f(2e,3)＋eq\f(e,3)由此可知π＋由______和______組成，π－由______和______組成．【答案】ueq\o(d,\s\up6(－))deq\o(u,\s\up6(－))【解析】因π＋介子帶有＋e的電荷量，且是由一個夸克和一個反夸克組成的，則夸克u帶＋eq\f(2,3)e和反夸克eq\o(d,\s\up6(－))帶＋eq\f(1,3)e合成電荷量為e，那么π＋介子就是由夸克u和反夸克eq\o(d,\s\up6(－))組成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克eq\o(u,\s\up6(－))組成．B組·實(shí)力提升9．K－介子衰變的方程為K－→π－＋π0．其中K－介子和π－介子是帶負(fù)電的基元電荷，π0介子不帶電．如圖所示的1個K－介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的π－介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點(diǎn)相切，它們的半徑Rk－與Rπ－之比為2∶1，π0介子的軌跡未畫出．由此可知π－的動量大小與π0的動量的大小之比為()A．1∶1 B．1∶2C．1∶3 D．1∶6【答案】C【解析】帶電粒子K－與π－在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，洛倫茲力供應(yīng)向心力Bqv＝eq\f(mv2,R)，得R＝eq\f(mv,Bq)＝eq\f(p,Bq)．K－介子與π－介子帶電量相同，故運(yùn)動的半徑之比等于動量之比pK－∶pπ－＝Rπ－∶Rπ0＝2∶1，在衰變后π－介子與π0介子動量方向相反，設(shè)K－介子的動量為正，則π－介子動量為負(fù)值，由動量守恒pK－＝－pπ－＋pπ0，則pπ－∶pπ0＝1∶3，故A、B、D錯誤；C正確．10．在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出．中微子的性質(zhì)特殊特殊，因此在試驗(yàn)中很難探測．1953年，萊尼斯和柯文建立了一個由大水槽和探測器組成的試驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子ν與水中eq\o\al(1,1)H的核反應(yīng)，間接地證明白中微子的存在．(1)中微子與水中的eq\o\al(1,1)H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子(eq\o\al(1,0)n)和正電子(eq\o\al(0,1)e)，即ν＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,1)e，可以判定，中微子ν的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是________．(2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子γ，即eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ．已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×10－31kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個光子的能量約為______J．正電子與電子相遇不行能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€光子，緣由是什么？(1)0和0(2)8.2×10－14緣由略【解析】(1)發(fā)生核反應(yīng)前后，粒子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均不變，據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都是0．(2)產(chǎn)生能量是由于質(zhì)量虧損．兩個電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱?，則E＝Δmc2，故一個光子的能量為eq\f(E,2)，代入數(shù)據(jù)得eq\f(E,2)＝8.2×10－14J．正電子與水中的電子相遇，兩電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動量為零，故只有產(chǎn)生2個光子，此過程才遵循動量守恒定律．11．下面一系列核反應(yīng)是恒星內(nèi)部發(fā)生的．p＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)N eq\o\al(13,7)N→eq\o\al(13,6)C＋e＋＋νp＋eq\o\al(13,6)C→eq\o\al(14,7)N p＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(15,8)Oeq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋e＋＋ν p＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋α其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e＋為正電子，ν為一種中微子．已知質(zhì)子的質(zhì)量mp＝1.672648×10－27kg，α粒子的質(zhì)量mα＝6.644929