高中物理 第3章 原子核 7 粒子物理学简介自我小测 教科版选修3-5

粒子物理学简介

1关于粒子，下列说法正确的是( )

A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B．强子都是带电的粒子

C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论 D．夸克模型说明了电子电荷不再是电荷的最小单位 2关于微观粒子，下列说法正确的是( ) 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

21

D．夸克有6种，它们所带的电荷量为元电荷的或

33

3已知π和π介子都是由一个夸克(上夸克u或下夸克d)和一个反夸克(夸克u或夸克d)组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e表示元电荷．下列说法正确的是( )

粒子 带电量 π ＋e ＋＋

－

π －e －u 2＋e 3d 1－e 3u 2－e 3d 1＋e 3－－＋＋

A.π由u和d组成 B．π由d和u组成 －－－－

C．π由u和d组成 D．π由d和u组成

21

4中子内有一个电荷量为＋e的上夸克和两个电荷量为－e的下夸克，一简单模型是三

33个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图3－7－2所示，图3－7－3给出的四幅图中，能正确表示各夸克所受静电力作用的是( )

图3－7－2

- 1 -

图3－7－3

5在一定条件下，让质子获得足够大的速度，当两个质子p以相等的速率对心正碰，将发生下列反应：p＋p→p＋p＋p＋p.其中p是p反质子(反质子与质子质量相等，均为mp，且带一个单位负电荷)，则以下关于该反应的说法中正确的是( )

A．反应前后系统总动量皆为0 B．反应过程系统能量守恒

C．根据爱因斯坦质能方程可知，反应前每个质子的能量最小为2mpc D．根据爱因斯坦质能方程可知，反应前单个质子的能量可能小于mpc

6按照现代的粒子理论，可以将粒子分为三大类：媒介子、轻子和强子，质子和中子属于强子．强子是由更基本的粒子——夸克组成．根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、12

下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克，它们带的电荷分别为±e或±e，电荷量e为

33元电荷．已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成．则下列说法正确的为( )

21

A．上夸克带电荷量为＋e，下夸克带电荷量为－e 3321

B．上夸克带电荷量为－e，下夸克带电荷量为＋e 3312

C．上夸克带电荷量为＋e，下夸克带电荷量为－e 3312

D．上夸克带电荷量为－e，下夸克带电荷量为＋e 337经过回旋加速器加速后，带电粒子获得的动能( )

- 2 -

22

A．与D形盒的半径有关 B．与高频电源的电压有关 C．与两D形盒间的窄缝的宽度有关 D．与D形盒的磁感应强度有关

82002年，美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》中，有一个是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的原因，即观测到的中微子数目比理论值少是因为部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子．在上述研究中有以下说法，正确的是( )

A．若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反

B．若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致

C．若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致

D．若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能相反

9现在，科学家们正在设法寻找“反物质”，所谓“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质量和相同的电荷量，但电荷的电性相反．据此，若有反α粒子，则它的质量数为__________，电荷数为__________．

10回旋加速器D形盒中央为质子源，D形盒间的交变电压为U＝2×10V，静止质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径R＝1 m，磁场的磁感应强度B＝0.5 T，质子的质量为1.67×10

－27

4

kg，电量为1.6×10

－19

C，问：

(1)质子最初进入D形盒的动能多大？ (2)质子经回旋加速器最后得到的动能多大？ (3)交流电源的频率是多少？

- 3 -

参考答案

1解析：由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成不同的强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、B错．夸克模型是研究强子结构的理论，21

不同夸克带电不同，分别为e和－e等，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故C错、D

33正确．

答案：D

2解析：强子参与强相互作用，而轻子不参与强相互作用．目前发现的轻子有6种(加上它们的反粒子应该有12种)，夸克也有6种(各夸克都有相应的反夸克)，每个夸克的电荷量12

不是元电荷e的整数倍，而是e的或.故A、B、D正确．

33

答案：ABD

－＋－

3解析：π介子的电荷量为＋e，π介子的电荷量为－e，由题表可知u和d的总电荷量－

为＋e，d和u的总电荷量为＋e，故A、D正确．

答案：AD

11

4解析：电荷量为－e的下夸克所受到的另一个电荷量为的－e的下夸克给它的静电力

3321

为电荷量＋e的上夸克给它的静电力的，则由受力图找到相应的几何知识可得到它所受的静

3221

电力方向竖直向上，电荷量为＋e的上夸克所受到的两个电荷量为－e的下夸克给它的静电

33力方向竖直向下，故选项B正确．

答案：B

5解析：核反应过程中动量守恒，因此反应前后总动量皆为0；反应过程中系统的能量减少，转化为p和p；由爱因斯坦质能方程可知，反应前每个质子的能量最小为mpc.

答案：A

6解析：设上夸克、下夸克所带电量分别为xe、ye，由电荷守恒知2x＋y＝1，x＋2y＝0，21

解得x＝，y＝－，故选A.

33

答案：A

mvqBR

7解析：粒子以半径R飞出磁场时动能最大，由最大半径R＝得v＝，所以粒子飞出qBm12qBR

回旋加速器时的动能为Ek＝mv＝，故A、D正确．

22m

222

2

- 4 -

答案：AD

8解析：中微子在转化为μ子和τ子的前后过程中满足动量守恒定律．故B、C正确． 答案：BC

9解析：粒子和其反粒子的质量数相同，电荷量也相同，但电性相反． 答案：4 －2

12

10解析：(1)质子由静止开始做匀加速直线运动，由动能定理得qU＝mv，所以动能Ek

2＝qU＝3.2×10

－15

J.

222

mvqBR12qBR

(2)粒子以半径R飞出磁场时动能最大，R＝，所以v＝，动能Ek＝mv＝，得

qBm22mEk＝1.9×10

－12

J.

1qB6

(3)交流电压频率与粒子在磁场中的回旋加速器频率相等，f＝＝，所以f＝7.6×10

T2πmHz.

答案：(1)3.2×10

－15

J (2)1.9×10

－12

J (3)7.6×10 Hz

6

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