2024-2025學(xué)年高中物理第三章7粒子物理學(xué)簡介選學(xué)練習(xí)含解析教科版選修3-5

PAGEPAGE47粒子物理學(xué)簡介(選學(xué))1.(多選)關(guān)于人們發(fā)覺的新粒子,下列說法正確的是()A.每個粒子都有自己的反粒子B.把粒子分為強子、輕子、媒介子,依據(jù)的是粒子與各種相互作用的關(guān)系C.質(zhì)子屬于強子D.光子屬于輕子解析:光子是傳遞電磁相互作用的媒介子,而不是輕子,電子、中微子屬于輕子.輕子都不參加強相互作用,都有自己的反粒子,但并不是全部粒子都有自己的反粒子.質(zhì)子和中子是最早發(fā)覺的強子.答案:BC2.(多選)下列所述正確的是()A.原子是組成物質(zhì)的不行再分的最小微粒B.原子是最大的微粒C.原子由原子核和核外電子構(gòu)成,質(zhì)子和中子組成了原子核D.質(zhì)子、中子本身也是復(fù)合粒子,它們也有著自己困難的結(jié)構(gòu)解析:質(zhì)子、中子本身也是復(fù)合粒子.由此可知,質(zhì)子、中子不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒.故只有C、D選項正確.答案:CD3.(多選)下列關(guān)于夸克的說法正確的是()A.試驗已經(jīng)證明了夸克的存在B.夸克所帶的電荷是分?jǐn)?shù)電荷C.試驗中人們已經(jīng)將夸克從強子中打出來了D.夸克所帶電荷量是元電荷的整數(shù)倍答案:AB4.在正負(fù)電子對撞機中,一個電子和一個正電子對撞發(fā)生湮滅而轉(zhuǎn)化為一對光子.設(shè)正負(fù)電子的質(zhì)量在對撞前均為m,對撞前的動能均為E,光在真空中的傳播速度為c,普朗克常量為h,則對撞后轉(zhuǎn)化成的光子的波長等于()A.hcE B.C.hcmc2解析:由愛因斯坦質(zhì)能方程和能量守恒定律可得:2mc2+2E=2hcλ,所以λ=hc答案:C5.在肯定條件下,讓質(zhì)子獲得足夠大的速度,當(dāng)兩個質(zhì)子p以相等的速率對心正碰,將發(fā)生下列反應(yīng):p+p→p+p+p+p.其中p是p的反質(zhì)子(反質(zhì)子與質(zhì)子質(zhì)量相等,均為mp,且?guī)б粋€單位負(fù)電荷),則以下關(guān)于該反應(yīng)的說法正確的是()A.反應(yīng)前后系統(tǒng)總動量皆為0B.反應(yīng)過程系統(tǒng)能量守恒C.依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知,反應(yīng)前每個質(zhì)子的能量最小為2mpc2D.依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知,反應(yīng)前單個質(zhì)子的能量可能小于mpc2解析:核反應(yīng)過程中動量守恒,因此反應(yīng)前后總動量皆為0;反應(yīng)過程中系統(tǒng)的能量削減,轉(zhuǎn)化為p和p;由愛因斯坦質(zhì)能方程可知,反應(yīng)前每個質(zhì)子的能量最小為mpc2.答案:A6.(多選)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u或反夸克d)組成的,它們所帶電荷量如下表所示,e為元電荷.粒子種類π+π-udud帶電荷量+e-e+23-13-23+13下列說法正確的是()A.π+由u和d組成 B.π+由d和u組成C.π-由u和d組成 D.π-由d和u組成解析:依據(jù)電荷量關(guān)系可知,由于π+介子帶有+e的電荷量,又由于π+介子是由u夸克和d夸克組成的,依據(jù)題意可知π+介子(+e)應(yīng)由一個u夸克+23e和反d夸克+13e組成答案:AD7.K-介子衰變的方程為K-→π-+π0,其中K-介子和π-介子帶負(fù)的基元電荷,π0介子不帶電.一個K-介子沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場中,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點相切,它們的半徑RK-與Rπ-之比為2∶1,如圖所示.π0介子的軌跡未畫出.由此可知π-的動量大小與A.1∶1 B.1∶2C.1∶3 D.1∶6解析:由題意及圖示可知K-介子在P點處動量方向向下,衰變后生成的π-介子動量方向向上.由帶電粒子在勻強磁場中,在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動的半徑公式R=mvqB知,在q、B相同的狀況下動量和半徑成正比,所以|pK-|∶|pπ-|=RK-∶Rπ-=2∶1.若選向下的方向為正,則由K-介子衰變過程中動量守恒,得:|pK-|=-|pπ-|+|答案:C8.已經(jīng)證明,質(zhì)子、中子都是由稱為上夸克和下夸克的兩種夸克組成的,上夸克帶電荷量為23e,下夸克帶電荷量為-13e,e為電子所帶電荷量的大小,假如質(zhì)子是由三個夸克組成的,且各個夸克之間的距離都為l,l=1.5×10-15m.試計算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個夸克之間的靜電力(庫侖力)解析:質(zhì)子帶電荷量為+e,所以它是由兩個上夸克和一個下夸克組成的.按題意,三個夸克必位于等邊三角形的三個頂點處,這時上夸克與上夸克之間的靜電力應(yīng)為Fuu=k23e·2代入數(shù)值,得Fuu=46N,為斥力;上夸克與下夸克之間的靜電力為Fud=k13e·2代入數(shù)值,得Fud=23N,為引力.答案:上夸克間靜電力46N,為斥力.上、下夸克間靜電力23N,為引力.9.回旋加速器D形盒中心為質(zhì)子源,D形盒間的溝通電壓為U=2×104V,靜止質(zhì)子經(jīng)電場加速后,進入D形盒,其最大軌道半徑R=1m,磁場的磁感應(yīng)強度B=0.5T,質(zhì)子的質(zhì)量為1.67×10-27kg,電荷量為1.6×10-19C,問:(1)質(zhì)子最初進入D形盒的動能多大?(2)質(zhì)子經(jīng)回旋加速器最終得到的動能多大?(3)溝通電源的頻率是多少?解析:(1)質(zhì)子由靜止起先做勻加速直線運動,由動能定理得qU=12mv2,所以動能Ek=qU=3.2×10-15J(2)粒子以半徑R飛出磁場時動能最大,R=mvqB,所以v=qBRm,動能