鲁科版选修35 5.4 “基本粒子”与恒星演化 作业.doc

5.4 “基本粒子”与恒星演化 作业1关于粒子，下列说法中正确的是()a光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子b质量比核子大的粒子都参与强相互作用c强子、轻子、媒介子都由更基本的粒子夸克组成d许多粒子都存在反粒子解析：质子、中子本身有复杂结构，a错误，子的质量比核子的质量大，但它属于轻子，不参与强相互作用，b错误；现代实验还没有发现轻子的内部结构，c错误。答案：d2已知介子、介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克u或反夸克d)组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。ud带电量eeeeee下列说法正确的是()a由u和组成b由d和组成c由u和组成 d由d和组成解析：根据电荷量关系可知，由于介子带有e的电量，又由于介子是由u夸克和d夸克组成，根据题意可知介子(e)应由一个u夸克和反d夸克合成，同理介子由d夸克和反u夸克构成。答案：a、d3根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是()a夸克、轻子、胶子等粒子b质子和中子等强子c光子、中微子和电子等轻子d氦核、氚核、氦子等轻核答案：a4正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电荷量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质反物质。1997年，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子。这是人类探索反物质的一大进步，你推测反氢原子的结构是()a一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子构成b一个带负电荷的质子和一个带正电荷的中子构成c由一个不带电荷的中子和一个带负电荷的电子构成d由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成解析：氢原子由质子和电子组成，它们的反粒子分别是反质子和正电子，d正确。答案：d5宇宙诞生过程中，产生如下粒子：光子、中微子、电子等大量轻子；氘核、氚核、氦3、氦核等轻核；夸克、轻子、胶子等粒子；质子和中子等强子；电子、质子、氦核的混合电离气体；电子、质子复合成为中性氢原子。根据宇宙大爆炸理论，以上粒子形成的先后顺序是()a bc d解析：根据大爆炸理论，宇宙形成之初是粒子家族，其后产生了夸克、轻子、胶子等粒子，然后按强子时代、轻子时代、核合成时代、混合电离气体、中性氢原子的顺序演化，故c正确。答案：c6美国科学杂志评出的“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子和一个子。在上述研究中有以下说法：若发现子和中微子的运动方向一致，则子的运动方向与中微子的运动方向一定相反若发现子和中微子的运动方向一致，则子的运动方向与中微子的运动方向可能一致若发现子和中微子的运动方向相反，则子的运动方向与中微子的运动方向一定一致若发现子和中微子的运动方向相反，则子的运动方向与中微子的运动方向可能相反其中正确的是()a bc d解析：中微子转化过程中动量守恒，ppp，若p、p同向，且p0，否则p0，正确。答案：b7.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，一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图所示。下面给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是()解析：本题考查的是库仑力的大小方向及力的合成，明确每个夸克皆受两个力的作用。电荷量为e的上夸克受两个下夸克的吸引力，合力的方向一定向下，对其中一个夸克，受力如右图所示，由于f1的水平分力与f2大小相等，方向相反，故f1与f2的合力竖直向上。答案：b8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的质量和相同的电荷数，但电荷的符号相反。据此，若有反粒子，则它的质量数为_，电荷数为_。解析：由于“正粒子”为he，质量数为4，电荷数为2，根据题中对“反粒子”的定义，反粒子，质量数也为4，而电荷数则应为2。答案：429已经证实，质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为e，下夸克带电为e，e为电子所带电量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为l，l1.51015 m。试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力(库仑力)。解析：质子带电为e，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的。按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为fuukk。代入数值，得fuu46 n，为斥力。上夸克与下夸克之间的静电力为fudkk。代入数值，得fud23 n，为吸力。答案：上夸克间静电力f46 n，为斥力。上、下夸克间静电力f23 n，为吸力。10.k介子衰变的方程为k0，其中k介子和介子带负的基元电荷，0介子不带电。一个k介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧ap，衰变后产生的介子的轨迹为圆弧pb，两轨迹在p点相切，它们的半径rk与r之比为21，如图所示，0介子的轨迹未画出。由此可知介子的动量大小与0介子的动量大小之比是多少？解析：由题意及图示可知，k介子在p点处动量方向向下，衰变后生成的介子动量方向向上。由在匀强磁场中带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的半径公式r知，在q、b相同的情况下，动量和半径成正比，所以|p|p|rkr21。若选向下方向为正，则由k介子衰变过程中动量守恒，得|p|p|p|，整理得|p|p|13。答案：1311天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大；也就是说，宇宙在膨胀。为同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即vhr。式中h为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定。为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的。假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观测一致。(1)由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄t，其计算式是什么？(2)根据观测，哈勃常数h3102 m/s光年，其中光年是光在一年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为多少年？解析：由于爆炸后各星体做的是匀速运动，令宇宙年龄为t，则星球现距我们的距离为rvthrt，得：t。t年11010年。答案：(1)t(2)11010年12太阳内部的核聚变可以释放出大量的能量，这些能量以电磁辐射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达p3.81026 w。(1)估算一下太阳每秒钟损失的质量；(2)设太阳内部的核反应都是4hhe2e2e25.8 mev这种形式的反应(e是中微子，其质量远小于电子质量，是穿透能力极强的中性粒子)，地日距离l1.51011 m，试估算每秒钟太阳垂直照射在地球表面上每平方米有多少中微子到达？(3)假设原始太阳全部由质子和电子组成，并且只有10%的质子可供“燃烧”，试估算太阳的寿命。(太阳质量约为2.01030 kg，质子质量为1.671027 kg)解析：(1)太阳每秒钟放出的能量ept3.81026 j，由质能方程emc2可得，m kg4.2109 kg4.2106 t。(2)每秒钟聚变反应的次数n次9.21037次，每秒钟产生的中微子数n12n1.841038个，距太阳l1.51011 m的球面面积s4l243.14(1.51011)2 m22.8261023 m2，设每平方米有n2个中微子，则n2个6.5