《粒子物理學(xué)簡(jiǎn)介（選學(xué)）》學(xué)案

1/43.7《粒子物理學(xué)簡(jiǎn)介（選學(xué)）》學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解構(gòu)成物質(zhì)的“基本粒子”及粒子物理的發(fā)展史2．初步了解加速器的發(fā)展學(xué)習(xí)重點(diǎn)了解構(gòu)成物質(zhì)的粒子和加速器預(yù)習(xí)鞏固1.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3-6、7-3所示的1個(gè)K－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(huà)出.由此可知π－的動(dòng)量大小與π0的動(dòng)量的大小之比為（）圖3-6、7-3A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.1∶6解析帶電粒子K－與π－在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力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(dòng)的半徑之比等于動(dòng)量之比pK－∶pπ－＝RK－∶Rπ－＝2∶1在衰變后π－介子與π0介子動(dòng)量方向相反，設(shè)K－介子的動(dòng)量為正，則π－介子動(dòng)量為負(fù)值，由動(dòng)量守恒pK－＝－pπ－＋pπ0則pπ－∶pπ0＝1∶3故A、B、D錯(cuò)，C對(duì).答案C2.根據(jù)宇宙大爆炸的理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時(shí)期，那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是（）A.夸克、輕子、膠子等粒子B.質(zhì)子和中子等強(qiáng)子C.光子、中微子和電子等輕子D.氫核、氘核、氦核等輕核解析宇宙形成之初產(chǎn)生了夸克、輕子和膠子等粒子，之后又經(jīng)歷了質(zhì)子和中子等強(qiáng)子時(shí)代，再之后是自由光子、中微子、電子大量存在的輕子時(shí)代，再之后是中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核，并形成氦核的核時(shí)代，之后電子和質(zhì)子復(fù)合成氫原子，最后形成恒星和星系，因此A正確，B、C、D的產(chǎn)生都在A之后，故B、C、D錯(cuò).答案A3.現(xiàn)在，科學(xué)家們正在設(shè)法尋找“反物質(zhì)”，所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對(duì)應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電量，但電荷的符號(hào)相反.據(jù)此，反α粒子為（）.A.eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(－4,2)HeC.eq\o\al(－4,－2)HeD.eq\o\al(4,－2)He解析這類(lèi)問(wèn)題在前兩年的高考中經(jīng)常出現(xiàn).根據(jù)題目中的描述，結(jié)合α粒子的特點(diǎn)很容易選出正確選項(xiàng)為D.答案D4.1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖圖3-6、7-4所示，這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說(shuō)法正確的是（）圖3-6、7-4A.離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B.離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C.離子從磁場(chǎng)中獲得能量D.離子從電場(chǎng)中獲得能量解析回旋加速器的工作原理是使離子在兩個(gè)D形盒的縫隙中受電場(chǎng)力加速，在D形盒的內(nèi)部受洛倫茲力作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力不做功因此選項(xiàng)C錯(cuò)、D正確.隨著加速次數(shù)的增加，離子的能量越來(lái)越大，速度越來(lái)越大，由r＝eq\f(mv,qB)可知離子的圓周運(yùn)動(dòng)半徑越來(lái)越大，最后從加速器的邊緣飛出加速器，因此選項(xiàng)B錯(cuò)、A正確.答案AD5.1989年初，我國(guó)投入運(yùn)行的高能粒子回旋加速器可以把電子的能量加速到2.8GeV；若改用直線加速器加速，設(shè)每級(jí)的加速電壓為U＝2.0×105V，則需要幾級(jí)加速？解析設(shè)經(jīng)n級(jí)加速，由neU＝Ek有n＝eq\f(Ek,eU)＝1.4×104(級(jí)).答案1.4×104(級(jí))6.正電子是電子的反粒子，它跟普通電子的電量相等，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).1000秒并不太長(zhǎng)，但對(duì)于歐洲核子研究中心(CERN)反氫激光物理裝置(ALPHA)項(xiàng)目的物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，卻是4個(gè)數(shù)量級(jí)的重大突破.據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)2011年5月4日?qǐng)?bào)道，CERN此前的記錄是捕獲了38個(gè)反氫原子并保持了172毫秒，而本次實(shí)驗(yàn)捕獲了309個(gè)反氫原子并保持了1000秒，如圖3-6、7-1所示，為進(jìn)一步證明反物質(zhì)屬性鋪平了道路，這是人類(lèi)探索反物質(zhì)的一大進(jìn)步.你推測(cè)反氫原子的結(jié)構(gòu)是（）圖3-6、7-1A.由一個(gè)帶正電荷的質(zhì)子與一個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成B.由一個(gè)帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個(gè)帶正電荷的電子構(gòu)成C.由一個(gè)不帶電的中子與一個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成D.由一個(gè)帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成解析由題目中所給的信息知，物質(zhì)與反物質(zhì)的質(zhì)量相同，電荷量相同，而電性相反，所以選B.答案B7.美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)出的《2001年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大薩德伯里中微子觀測(cè)站的結(jié)果如圖3-6、72所示，該站揭示了中微子失蹤的原因，即觀測(cè)到的中微子數(shù)目比理論值少是因?yàn)椴糠种形⒆釉谶\(yùn)動(dòng)中轉(zhuǎn)化為一個(gè)μ子和一個(gè)τ子.在上述研究中有以下說(shuō)法，正確的是（）圖3-6、72A.若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向相反B.若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向可能一致C.若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向一定相反D.若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向可能相反解析中微子在轉(zhuǎn)化為μ子和τ子的前后過(guò)程中滿足動(dòng)量守恒定律.若發(fā)現(xiàn)μ子和中