5.5“基本”粒子（解析版）-2024年高二物理同步培優(yōu)講練（人教版選擇性必修第三冊）

5.5“基本”粒子知識點一、“基本”粒子1．人們認為光子、電子、質子和中子是組成物質的不可再分的最基本的粒子，把它們叫作“基本粒子”．2．隨著科學的發(fā)展，科學家們發(fā)現(xiàn)很多新粒子不能看作由質子、中子、電子組成，并發(fā)現(xiàn)質子、中子等本身也有自己的復雜的結構．3、發(fā)現(xiàn)新粒子1932年發(fā)現(xiàn)了正電子，1937年發(fā)現(xiàn)了μ子,1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和π介子，后來發(fā)現(xiàn)了超子等．知識點二、粒子的分類1．強子：是參與(填“參與”或“不參與”)強相互作用的粒子．質子和中子都是強子．2．輕子：不參與(填“參與”或“不參與”)強相互作用．電子、電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已發(fā)現(xiàn)的輕子．3．規(guī)范玻色子：是傳遞各種相互作用的粒子，如光子，中間玻色子(W和Z玻色子)、膠子．4．希格斯玻色子：是希格斯場的量子激發(fā)．知識點三、夸克與粒子物理標準模型1．夸克、夸克模型：1964年，美國科學家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認為強子由更基本的成分組成，這種成分叫作夸克．2．粒子物理標準模型是一整套關于粒子的理論．其中，夸克、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子是組成物質的幾類最基本的粒子．新粒子的發(fā)現(xiàn)及分類1．新粒子的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)時間1932年1937年1947年20世紀60年代后新粒子反粒子μ子K介子與π介子超子基本特點質量、壽命、自旋等物理性質與對應粒子相同，而電荷等其他性質相反比質子的質量小質量介于電子與質子之間質量比質子大2.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強子參與強相互作用質子、中子等強子有內部結構，由“夸克”構成輕子不參與強相互作用電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未發(fā)現(xiàn)內部結構規(guī)范玻色子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子等光子傳遞電磁相互作用，中間玻色子傳遞弱相互作用，膠子傳遞強相互作用希格斯玻色子是希格斯場的量子激發(fā)（2023?嘉定區(qū)二模）現(xiàn)在科學家們正在設法探尋“反物質”，所謂“反物質”是由“反粒子”構成的，“反粒子”與其對應的正粒子有相同的質量和相同的電荷量，但電荷符號相反。據(jù)此，若有反α粒子，它的質量數(shù)和電荷數(shù)分別為（）A．﹣4，﹣2 B．4，﹣2 C．﹣4，2 D．4，2【解答】解：α粒子是質量數(shù)為4，帶2個單位正電荷，所以反α粒子，它的質量數(shù)為4，電荷為﹣2，故B正確，ACD錯誤。故選：B。太陽放出的大量中微子向地球飛來，但實驗測定的數(shù)目只有理論的三分之一，后來科學家發(fā)現(xiàn)中微子在向地球傳播的過程中衰變成一個μ子和一個ξ子。若在衰變過程中μ子的速度方向與中微子的速度方向一致，則ξ子的運動方向（）A．一定與μ子的方向相同 B．一定與μ子的方向相反 C．一定與μ子在同一直線上 D．不一定與μ子在同一直線上【解答】解：中微子轉化為一個μ子和一個ξ子過程中動量守恒，已知μ子的運動方向與中微子原來的方向一致，由于不知中微子和μ子的動量大小，所以只能得出ξ子的運動方向與中微子方向在同一直線上，可能與中微子同向也可能反向，故C正確、ABD錯誤。故選：C。1953年萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用在β衰變中產生的中微子與水中11H的核反應，間接證實了幾乎沒有質量且不帶電的中微子的存在。中微子與水中的11H發(fā)生核反應的方程式為：中微子A．?10e B．01n C．1【解答】解：根據(jù)質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，可知中微子的質量數(shù)為：1+0＝1，電荷數(shù)為1+（﹣1）＝0，故10故選：B。目前普遍認為，原子核中的質子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的，u夸克帶電荷量為+23eA．質子由1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 B．質子由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．質子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和1個d夸克組成【解答】解：由質子帶一個單位正電荷，中子不帶電，設質子中u夸克、d夸克個數(shù)分別是x、y，x、y取正整數(shù)，則x×23e+解得x＝2、y＝1；設中子中u夸克d夸克個數(shù)分別是m、n，m、n取正整數(shù)。m×（23e）+n×（解得m＝1、n＝2，故選：B。氚核發(fā)生β衰變除了產生β粒子和新核外，還會產生質量數(shù)和電荷數(shù)都是0的反中微子Ve．若氚核在云室中發(fā)生β衰變后，產生的反中微子和β粒子的運動方向在同一條直線上，設反中微子的動量為P1，β粒子動量為P2，則。（）A．上述核反應方程為13H+01n→B．β粒子在云室中穿過會留下清晰的路徑，此體現(xiàn)了粒子的波動性 C．氚核內部某個中子轉變?yōu)橘|子時，會向外發(fā)射β粒子 D．新核的動量為P1﹣P2【解答】解：A、根據(jù)質量數(shù)與質子數(shù)守恒，則氚發(fā)生β衰變的衰變方程：13H→B、β粒子在云室中穿過會留下清晰的徑跡，體現(xiàn)出實物粒子的粒子性，故B錯誤；C、β衰變中生成的電子是一個中子轉化為一個質子同時生成一個電子，這種轉化產生的電子發(fā)射到核外，就是β粒子，故C正確；D、衰變過程中動量守恒，0＝P1+P2+P；所以新核的動量大小為P＝﹣P1﹣P2，故D錯誤；故選：C。（2022?天津模擬）按照夸克模型，質子、中子都是由上夸克和下夸克這兩種夸克組成，上夸克帶電荷量為+23e，下夸克帶電荷量為?1【解答】解：根據(jù)質子帶電量為+e，且有三個夸克組成，所以一個質子內部包含兩個上夸克，一個下夸克。相鄰兩個上夸克之間的靜電力為F1＝k(23e)相鄰上夸克和下夸克之間的靜電力F2＝k23e×13答：相鄰兩個上夸克之間的靜電力為46N；相鄰上夸克和下夸克之間的靜電力為23N。如圖所示，中子內有一個電荷量為+23eA．ker2 B．ke3r2 【解答】解：由點電荷的場強決定式可知，B、C處兩個下夸克在O點的電場強度大小均為E=kQr2，方向夾角120°，合場強沿AO方向，大小為E=kQr2，A處的上夸克在O點的電場強度同樣沿AO方向，大小為13故選：A。（多選）按照現(xiàn)代的粒子理論，可以將粒子分為三大類：媒介子、輕子和強子，質子和中子屬于強子。強子是由更基本的粒子﹣﹣夸克組成。根據(jù)夸克理論，夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇夸克、璨夸克、底夸克和頂夸克．它們的帶電量分別為±13e或±2A．上夸克的電荷量為+23B．下夸克的電荷量為?13C．上夸克的電荷量為?23D．下夸克的電荷量為+2【解答】解：由題意可知，質子帶電量為+e，且一個質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，即為2×（+23e同理，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成，即為2×（?13e本題選擇錯誤的，故選：CD。質子和中子是由更基本的粒子即所謂“夸克”組成的．兩個強作用電荷相反（類似于正負電荷）的夸克在距離很近時幾乎沒有相互作用（稱為“漸近自由”）；在距離較遠時，它們之間就會出現(xiàn)很強的引力（導致所謂“夸克禁閉”）．作為一個簡單的模型，設這樣的兩夸克之間的相互作用力F與它們之間的距離r的關系為：F=0，0＜r＜r1?F0，r1≤r≤rA． B． C． D．【解答】解：從無窮遠處電勢為零開始到r＝r2位置，由F的表達式可知，兩夸克之間的相互作用力F＝0，則知勢能恒定為零；在r＝r2到r＝r1過程中，恒定引力做正功，勢能逐漸均勻減小，即勢能為負值且越來越小，此部分圖象為A、B選項中所示；r＜r1之后，F(xiàn)＝0，勢能不變，恒定為﹣U0，由引力做功等于勢能將少量，故U0＝F0（r2﹣r1）。故B正確。故選：B。放射性物質已經(jīng)廣泛應用于工農業(yè)生產中，對放射性的應用，下列說法不正確的是（）A．放射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，所以人體可以經(jīng)常照射 B．對放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進行處理 C．射線探傷儀中的放射源必須存放在特制容器里，而不能隨意放置 D．對可能產生放射性污染的場所或物品進行檢測是很有必要的【解答】解：A、在大劑量的照射下，放射性對人體和動物存在著某種損害作用。放射性也能損傷劑量單位遺傳物質，主要在于引起基因突變和染色體畸變，使一代甚至幾代受害，故A錯誤；B、放射性的廢料仍然有放射性，故對放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進行處理，故B正確；C、放射性會向各個方向放射射線，故射線探傷儀中的放射源必須存放在特制容器里，而不能隨意放置，故C正確；D、放射性廢物中的放射性物質，采用一般的物理、化學及生物學的方法都不能將其消滅或破壞，只有通過放射性核素的自身衰變才能使放射性衰減到一定的水平。而許多放射性元素的半衰期十分長，并且衰變的產物又是新的放射性元素，所以放射性廢物與其它廢物相比在處理和處置上有許多不同之處；故對可能產生放射性污染的場所或物品進行檢測是很有必要的，故D正確；本題選錯誤的，故選：A。一個質子由兩個u夸克和一個d夸克組成。一個夸克的質量是7.1×10﹣30kg，求兩個夸克相距1.0×10﹣16m時的萬有引力約為（）已知萬有引力常量G＝6.67×10﹣11N?m2/kg2A．3.4×10﹣39N B．3.4×10﹣37N C．3.5×10﹣39N D．3.5×10﹣37N【解答】解：兩夸克間的萬有引力為：F＝Gm1m2r2=6.67×10﹣11×7.1×10?30故選：B。一個質子由兩個u夸克和一個d夸克組成。一個夸克的質量是7.1×10﹣30kg，則兩個夸克相距1.0×10﹣16m時的萬有引力約為（引力常量G＝6.67×10﹣11N．m2/kg2）（）A．3.4×10﹣9N B．1.7×10﹣35N C．3.4×10﹣37N D．4.9×10﹣39N【解答】解：兩夸克間的萬有引力：F＝Gm1m2r2=6.67×10﹣11×7.1×10?30×7.1×1故選：C。已經(jīng)證實質子、中子都是由上夸克和下夸克的兩種夸克組成的，上夸克帶電為23e，下夸克帶電為?13e，e為電子所帶