教科版高中物理选择性必修三5.5粒子物理学发展概况练习1

5.5粒子物理学发展概况同步练习1一．选择题（共10小题）1．关于恒星下列说法中正确的是（）A．恒星的寿命与它的质量有关，质量越大，恒星的寿命就越长 B．太阳是宇宙中最大的恒星 C．恒星最终一定会变成黑洞 D．太阳是离地球最近的恒星2．介子有两个夸克构成，而夸克之间的相互作用相当复杂。研究介子可通过用高能电子与之作非弹性碰撞来进行。由于碰撞过程难于分析，为掌握其主要内涵，人们发展了一种简化了的“分粒子”模型。其主要内容为：电子只和介子的某部分（比如其中一个夸克）作弹性碰撞。碰撞后的夸克再经过介子内的相互作用把能量和动量传给整个介子。该物理现象可用下面的典型模型来描述如图所示：一个质量为M及动能为E的电子，与介子的一个质量为m1的夸克作弹性碰撞，介子里另一个夸克的质量为m2（m1≠m2），夸克间以一无质量的弹簧相连。碰撞前夸克处于静止状态，弹簧处于静止状态，弹簧处于自然长度L．所有运动都是一维的，忽略一切相对论效应。则碰撞后运动过程中夸克m2可能具有的动能为（）A． B．Ek＝E C．Ek＝ D．Ek＝3．一颗恒星的寿命取决于它的（）A．光度 B．质量 C．直径 D．温度4．如图所示，中子内有一个电荷量为的上夸克和两个电荷量为的下夸克，3个夸克都分布在半径为r的同一圆周上，则3个夸克在其圆心处产生的电场强度为（）A． B． C． D．5．除了氦以外，恒星中最常见的化学元素是（）A．氢 B．铁 C．碳 D．钠6．质子和中子是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的．两个强作用电荷相反（类似于正负电荷）的夸克在距离很近时几乎没有相互作用（称为“渐近自由”）；在距离较远时，它们之间就会出现很强的引力（导致所谓“夸克禁闭”）．作为一个简单的模型，设这样的两夸克之间的相互作用力F与它们之间的距离r的关系为：式中F0为大于零的常量，负号表示引力．用U表示夸克间的势能，令U0＝F0（r2﹣r1），取无穷远为势能零点．下列U﹣r图示中正确的是（）A． B． C． D．7．近代物理学研究表明，质子是由2个上夸克和一个下夸克组成，中子是由1个上夸克和2个下夸克组成，质子与中子间发生的转变实质就是上、下夸克发生了转变．已知上夸克电荷量为，下夸克电荷量为，e为元电荷．当发生衰变时（）A．原子核内的一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子 B．原子核内的一个质子转变为一个中子，同时放出一个电子 C．从夸克模型看，使质子内的一个上夸克转变为一个下夸克 D．从夸克模型看，使中子内的一个上夸克转变为一个上夸克8．类地行星有（）A．水星、火星、木星、土星 B．水星、金星、地球、火星 C．地球、火星、木星、土星 D．水星、金星、火星、木星9．已经证实，质子、中子都是由上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为，下夸克带电为，e为电子所带电量的大小，如果中子是有由一个上夸克和两个下夸克组成的，且各个夸克之间的距离相等，能正确表示出中子内各夸克所受静电作用力的是（）A． B． C． D．10．下列说法中正确的是（）A．原子核由质子和中子组成 B．原子核由质子和电子组成 C．质子和中子都带正电 D．原子核的质量数一定等于电荷数二．多选题（共3小题）（多选）11．太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和H、He组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2x+4H→He+释放的核能△E，这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的H核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化，假定目前太阳全部由电子和H核组成。已知质子质量mp×10﹣27kg，He质量ma×10﹣27kg，电子质量me×10﹣30kg，光速c＝3×108m/s，太阳质量M＝2×1030kg，太阳辐射功率为P＝4×1026×10﹣34J•s。下列结论正确的是（）A．核反应中的x是电子 B．释放的核能△×10﹣12J C．若释放的核能全由波长为300nm的光子组成，一﹣×108个 D．太阳继续保持在主序星阶段的时间约为1010年（多选）12．已知π+、π﹣介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，质子、中子都是由三个夸克组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。π+π﹣ud带电量+e﹣e+e﹣e﹣e+e下列说法正确的是（）A．π+由u和组成 B．π﹣由d和组成 C．质子由2个d和1个u组成 D．中子由2个d和1个u组成（多选）13．关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有（）A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 C．黑体辐射的强度与波长无关 D．黑体辐射无任何实验规律三．填空题（共3小题）14．如图为恒星的寿命与其质量的关系图，由图可知，恒星质量越大，其寿命越（选填“长”或“短”），若一恒星的质量为太阳质量的1.8倍，则它的寿命约为×109年。15．恒星的显示了它的温度，温度较低的恒星，在天空中呈现。恒星的亮度取决于它的体积、以及离地球的距离。恒星的寿命取决于恒星的。16．根据气体吸收谱线的红移现象推算，有一类星体远离我们的速度高达到光速c的80%，即每秒24万公里．则在该类星体上测得它发出光的速度是，我们观测到它的体积比它实际体积（填“大”或“小“），该类星体上的π介子平均寿命比在地球上（填“长，或“短”）．5.5粒子物理学发展概况同步练习1参考答案与试题解析一．选择题（共10小题）1．关于恒星下列说法中正确的是（）A．恒星的寿命与它的质量有关，质量越大，恒星的寿命就越长 B．太阳是宇宙中最大的恒星 C．恒星最终一定会变成黑洞 D．太阳是离地球最近的恒星【考点】宇宙起源与恒星的演化．【分析】了解有关恒星的知识，如恒星的形成、演化、特征、质量、分类、数量、命名等即可作答．【解答】解：A、恒星质量越大，内部压力越大，核反应越快，质量亏损越快，寿命越短，A错误；B、现在的天文学只探索到了宇宙很小的一部分，很多恒星未知，太阳并不是宇宙中最大的恒星，现在探索到的恒星也有的比太阳大得多，B错误；C、恒星最终会变成中子星、白矮星、黑洞等，因此，恒星最终并不一定会变成黑洞，变成黑洞的恒星至少要超出太阳质量的10倍以上，才有可能形成黑洞，C错误；D、太阳是离地球最近的恒星，也是太阳系唯一的恒星，D正确。故选：D。2．介子有两个夸克构成，而夸克之间的相互作用相当复杂。研究介子可通过用高能电子与之作非弹性碰撞来进行。由于碰撞过程难于分析，为掌握其主要内涵，人们发展了一种简化了的“分粒子”模型。其主要内容为：电子只和介子的某部分（比如其中一个夸克）作弹性碰撞。碰撞后的夸克再经过介子内的相互作用把能量和动量传给整个介子。该物理现象可用下面的典型模型来描述如图所示：一个质量为M及动能为E的电子，与介子的一个质量为m1的夸克作弹性碰撞，介子里另一个夸克的质量为m2（m1≠m2），夸克间以一无质量的弹簧相连。碰撞前夸克处于静止状态，弹簧处于静止状态，弹簧处于自然长度L．所有运动都是一维的，忽略一切相对论效应。则碰撞后运动过程中夸克m2可能具有的动能为（）A． B．Ek＝E C．Ek＝ D．Ek＝【考点】基本粒子；动量守恒定律．【分析】以电子和夸克m1组成的系统为研究对象，由动量守恒定律和能量守恒定律列出等式表示出m1的速度。m1和m2作用过程中，弹簧第一次恢复原长时m2的动能最大，由动量守恒定律和能量守恒定律列出等式求解。【解答】解：以电子和夸克m1组成的系统为研究对象。设碰撞前电子的速度为V0，碰撞后电子的速度为V1，夸克m1的速度为V2由动量守恒定律可知：Mv0＝Mv+m1v1由于发生弹性碰撞，碰撞前后系统动能不变M＝Mv2+m1M＝Ev1＝m1和m2作用过程中，弹簧第一次恢复原长时m2的动能最大，由动量守恒定律可知：m1v1＝m1v′1+m2v2，根据能量守恒得：m1＝m1+m2解得：v2＝所以m1的夸克的动能是Ek＝m2解得：Ek＝E，故B正确，ACD错误故选：B。3．一颗恒星的寿命取决于它的（）A．光度 B．质量 C．直径 D．温度【考点】宇宙起源与恒星的演化．【分析】恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的恒星寿命越短；【解答】解：恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧烈，故选：B。4．如图所示，中子内有一个电荷量为的上夸克和两个电荷量为的下夸克，3个夸克都分布在半径为r的同一圆周上，则3个夸克在其圆心处产生的电场强度为（）A． B． C． D．【考点】基本粒子；电场强度与电场力；电场的叠加．【分析】先将两个电荷量为的下夸克在圆心处产生的电场强度进行合成，再与电荷量为的上夸克在圆心处产生的电场强度合成，求出3个夸克在其圆心处产生的电场强度。【解答】解：一个下夸克在圆心处产生的电场强度大小为E1＝＝，两个电荷量为的下夸克在圆心处产生的合场强大小为E2＝E1＝，方向沿A→O．电荷量为的上夸克在圆心处产生的电场强度大小为E3＝＝，方向沿A→O，所以3个夸克在其圆心处产生的电场强度大小E＝E2+E3＝，方向沿A→O。故选：A。5．除了氦以外，恒星中最常见的化学元素是（）A．氢 B．铁 C．碳 D．钠【考点】宇宙起源与恒星的演化．【分析】恒星的成分都差不多．氢元素H，氦He，有同位素存在．二次恒星，类日恒星会有少量的C和N．【解答】解：正常恒星大气的化学组成与太阳大气差不多。按质量计算，氢最多，氦次之，其余按含量依次大致是氧、碳、氮、氖、硅、镁、铁、硫等。除了氦以外，恒星中最常见的化学元素是氢。故选：A。6．质子和中子是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的．两个强作用电荷相反（类似于正负电荷）的夸克在距离很近时几乎没有相互作用（称为“渐近自由”）；在距离较远时，它们之间就会出现很强的引力（导致所谓“夸克禁闭”）．作为一个简单的模型，设这样的两夸克之间的相互作用力F与它们之间的距离r的关系为：式中F0为大于零的常量，负号表示引力．用U表示夸克间的势能，令U0＝F0（r2﹣r1），取无穷远为势能零点．下列U﹣r图示中正确的是（）A． B． C． D．【考点】基本粒子．【分析】本题通过分析两夸克之间的相互作用力F做功情况判断势能的变化情况，即可进行选择．无穷远处电势为零，从无穷远开始到r＝r2位置，势能恒定为零，在r＝r2到r＝r1过程中，两夸克之间的相互作用力F为引力，恒定引力做正功，势能逐渐均匀减小，r＜r1之后势能不变，恒定为﹣U0．【解答】解：从无穷远处电势为零开始到r＝r2位置，由F的表达式可知，两夸克之间的相互作用力F＝0，则知势能恒定为零；在r＝r2到r＝r1过程中，恒定引力做正功，势能逐渐均匀减小，即势能为负值且越来越小，此部分图象为A、B选项中所示；r＜r1之后，F＝0，势能不变，恒定为﹣U0，由引力做功等于势能减少量，故U0＝F0（r2﹣r1）。故B正确。故选：B。7．近代物理学研究表明，质子是由2个上夸克和一个下夸克组成，中子是由1个上夸克和2个下夸克组成，质子与中子间发生的转变实质就是上、下夸克发生了转变．已知上夸克电荷量为，下夸克电荷量为，e为元电荷．当发生衰变时（）A．原子核内的一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子 B．原子核内的一个质子转变为一个中子，同时放出一个电子 C．从夸克模型看，使质子内的一个上夸克转变为一个下夸克 D．从夸克模型看，使中子内的一个上夸克转变为一个上夸克【考点】基本粒子．【分析】根据电荷数守恒质量数守恒判断其正误．【解答】解：A、发生β衰变时，一个中子转变为一个质子时，有：→．故A正确，B错误。C、中子是由1个上夸克和2个下夸克组成，质子是由2个上夸克和一个下夸克组成，中子转变为质子，中子内一个下夸克转变为一个上夸克。故C、D错误。故选：A。8．类地行星有（）A．水星、火星、木星、土星 B．水星、金星、地球、火星 C．地球、火星、木星、土星 D．水星、金星、火星、木星【考点】宇宙起源与恒星的演化．【分析】类地行星是以硅酸盐石作为主要成分的行星．它们跟类木行星有很大的分别，因为那些气体行星主要是有氢、氦、和水等组成，而不一定有固体的表面．【解答】解：类地行星是以硅酸盐石作为主要成分的行星。地球所在的太阳系有四颗类地行星：水星、金星、地球和火星。故选：B。9．已经证实，质子、中子都是由上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为，下夸克带电为，e为电子所带电量的大小，如果中子是有由一个上夸克和两个下夸克组成的，且各个夸克之间的距离相等，能正确表示出中子内各夸克所受静电作用力的是（）A． B． C． D．【考点】基本粒子；库仑定律．【分析】每一个夸克都受到其他两个夸克的库仑力作用，根据库仑定律和力的合成求解。【解答】解：三个夸克都在半径为r的同一圆周，形成了等边三角形，电荷量为的下夸克受到另一个电荷量为的下夸克的库仑斥力F1和电荷量为的上夸克库仑引力F2。根据库仑定律得F1＝F2根据力的合成得F1和F2的合力方向竖直向上，据对称性另一个下夸克受静电作用力的方向也是竖直向上。故A、C、D错误，B正确。故选：B。10．下列说法中正确的是（）A．原子核由质子和中子组成 B．原子核由质子和电子组成 C．质子和中子都带正电 D．原子核的质量数一定等于电荷数【考点】基本粒子．【分析】物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核和电子组成，原子核由质子和中子组成，质子和中子都是由夸克组成，夸克能不能再分人们正在研究．质子带正电，中子不带电，电子带负电．【解答】解：A、物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核和电子组成，原子核由质子和中子组成，故A正确，B错误；B、质子带正电，中子不带电，故C错误；D、原子核的质量数等于质子数加中子数，而电荷数等于质子数，所以D错误故选：A。二．多选题（共3小题）（多选）11．太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和H、He组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2x+4H→He+释放的核能△E，这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的H核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化，假定目前太阳全部由电子和H核组成。已知质子质量mp×10﹣27kg，He质量ma×10﹣27kg，电子质量me×10﹣30kg，光速c＝3×108m/s，太阳质量M＝2×1030kg，太阳辐射功率为P＝4×1026×10﹣34J•s。下列结论正确的是（）A．核反应中的x是电子 B．释放的核能△×10﹣12J C．若释放的核能全由波长为300nm的光子组成，一﹣×108个 D．太阳继续保持在主序星阶段的时间约为1010年【考点】宇宙起源与恒星的演化．【分析】根据核反应方程，质量数守恒，核电荷数守恒，推算x的质量数和电量数，从而断定种类。根据质能方程计算反应释放的能量。根据E＝hν先计算一个光子的能量，再算光子的个数。先计算太阳在主序星演化阶段能辐射的总能量，再计算辐射时间，即可得到答案。【解答】解：A.根据核反应方程式2x+4H→He质量数守恒，核电荷数守恒，可知x质量数为零，电荷数为﹣1，因此x是电子，故A正确B.按照质能方程，释放的核能△E＝△mc2＝（2××10﹣30+4××10﹣27﹣×10﹣27）×（3×108）2≈×10﹣12J故B正确C.光子能量为E＝hν＝h×10﹣19J光子数n＝≈×106个。故C错误D.根据题给假定，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为N＝×10%因此，太阳总共辐射出的能量为E总＝N•△E所以太阳继续保持在主序星的时间为t＝≈1010年。故D正确。故选：ABD。（多选）12．已知π+、π﹣介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，质子、中子都是由三个夸克组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。π+π﹣ud带电量+e﹣e+e﹣e﹣e+e下列说法正确的是（）A．π+由u和组成 B．π﹣由d和组成 C．质子由2个d和1个u组成 D．中子由2个d和1个u组成【考点】基本粒子．【分析】根据π+和π﹣介子的带电量，以及夸克的带电量情况，可以确定π+和π﹣介子组成。中子不带电，质子带元电荷的电量，据此分析。【解答】解：A、分析题中表格，由题意可知，π+介子带正电，电荷量为元电荷的电量，由u和组成，故A正确；B、π﹣介子带负电，电荷量为元电荷的电量，由d和组成，故B正确；C、质子带正电，电荷量为元电荷的电量，如果由2个d和1个u组成，则不带电，故C错误；D、中子不带电，由2个d和1个u组成，故D正确。故选：ABD。（多选）13．关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有（）A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 C．黑体辐射的强度与波长无关 D．黑体辐射无任何实验规律【考点】基本粒子；宇宙起源与恒星的演化；粒子的波动性德布罗意波．【分析】黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。在统计物理学中，把空腔内的辐射场看作光子气体，光子是玻色子，根据玻色分布可以导出处于平衡的黑体辐射场能量密度按频率的分布即普朗克公式。【解答】解：A、黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大。故A正确；B、随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故B正确；C、随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，黑体热辐射的强度与波长有关，故C错误；D、黑体辐射有实验依据。故D错误。故选：AB。三．填空题（共3小题）14．如图为恒星的寿命与其质量的关系图，由图可知，恒星质量越大，其寿命越短（选填“长”或“短”），若一恒星的质量为太阳质量的1.8倍，则它的寿命约为30×109年。【考点】宇宙起源与恒星的演化．【分析】本题中图象反映了恒星的寿命与太阳质量的比值与恒星寿命的关系，太阳质量作为定值，即可分析恒星的寿命与其质量的关系，太阳也是一颗卫星，当横坐标为1时，即可读出太阳的寿命。【解答】解：由图看出，恒星