2024-2025学年人教高中物理同步讲义练习选择性必修三5.5“基本”粒子（含答案） （人教2019选择性必修三）

2024-2025学年人教高中物理同步讲义练习选择性必修三5.5“基本”粒子（含答案）（人教2019选择性必修三）5.5“基本”粒子基础导学要点一、基本粒子与粒子的分类一、“基本”粒子1．人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”。2．随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。二、发现新粒子1932年发现了正电子，1937年发现了μ子,1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子等。三、粒子的分类1．强子：是参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子，质子和中子都是强子。2．轻子：不参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用。电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子。3．规范玻色子：是传递各种相互作用的粒子，如光子，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。4．希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。要点二、夸克与粒子物理标准模型1．夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。2．粒子物理标准模型是一整套关于粒子的理论．其中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。要点突破突破一：基本粒子与粒子的分类1．新粒子的发现发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后新粒子反粒子μ子K介子与π介子超子基本特点质量、寿命、自旋等物理性质与对应粒子相同，而电荷等其他性质相反比质子的质量小质量介于电子与质子之间质量比质子大2.粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子备注强子参与强相互作用质子、中子等强子有内部结构，由“夸克”构成轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未发现内部结构规范玻色子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子等光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用希格斯玻色子是希格斯场的量子激发突破二：夸克与粒子物理标准模型1．夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由夸克构成的。2．夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。3．夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)。4．意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。新粒子的发现及特点发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后新粒子正电子μ子K介子与π介子超子基本特点质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反比质子的质量小质量介于电子与核子之间其质量比质子的质量大很多粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子备注强子参与强相互作用质子、中子强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又分为介子和重子两类轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未发现内部结构规范玻色子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用希格斯玻色子希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。2012年，欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子典例精析题型一：基本粒子与粒子的分类例一．下列说法正确的是（）A．聚变是裂变的逆反应B．核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量C．轻核聚变比裂变更为安全、清洁D．强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子变式迁移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基本粒子B．强子都是带电粒子C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位题型二：夸克与粒子物理标准模型例二．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（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。ud带电荷量下列说法正确的是（）A．由u和组成 B．由和d组成C．由u和组成 D．由和d组成变式迁移2：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．氢核、氘核、氦核等轻核强化训练选择题1、关于粒子，下列说法正确的是()A.质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷B.强子都是带电的粒子C.目前发现的轻子只有8种D.光子属于轻子2、原子核裂变一般生成两个中等质量的原子核，我国科学家钱三强和何泽慧夫妇研究铀核裂变时，发现了铀核也可能分裂成三部分或四部分。关于原子核的裂变下面表述正确的是（）A．裂变过程存在质量亏损，但不一定释放能量B．U裂变成两个中等质量的原子核，产物可能是Xe和SrC．U容易俘获快中子而发生裂变释放核能D．U的纯度越高，其裂变的链式反应越难进行3、月球储藏大量可控核聚变理想燃料氦－3（），2020年12月1日，我国“嫦娥五号探测器”成功着陆月面后开始“挖土”并成功带回地面供科学研究。可控核聚变可以采用＋→＋x或＋→＋y下列说法正确的是()A．x是质子B．y是正电子C．核聚变过程发生质量亏损，释放核能D．比的原子核更稳定4、关于恒星的描述，下列说法中正确的是（）A．质量越大的恒星，寿命越短B．质量越大的恒星，寿命越长C．表面温度比太阳高的恒星呈现出比太阳稍红的颜色D．表面温度比太阳低的恒星呈现出比太阳稍蓝的颜色5、为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪（AMS）在太空中寻找“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量，但电荷的符号相反，则反氢原子是（）A．由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成6、以下说法正确的是（）A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子B．质子、中子、介子和超子都属于强子C．现代实验发现强子、轻子都有内部结构D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子7、中国大科学装置“东方超环”（EAST）近期实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破．由于其内部核反应原理与太阳类似，因此“东方超环”也被称为“人造太阳”“人造太阳”采用的核反应方程可能是（）A． B．C． D．8、关于宇宙，下列说法中正确的是（）A．当恒星变为红色的巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星正处于壮年B．恒星的寿命取决于亮度C．太阳能够发光、放热，主要是因为太阳内部不断发生化学反应D．银河系是一种旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上9、“嫦娥五号”返回器于2020年12月带回1731克月球土壤，月球土壤富含的氦元素是理想的热核反应原料，其核反应方程为，则（）A．该核反应类型为重核裂变 B．X为质子C．该核反应可在常温下发生 D．X为中子10、关于近代物理知识下列说法中正确的是（）A．核反应方程中，生成物X的中子数为128B．铀235吸收慢中子裂变成中等质量原子核的过程中，核子的平均质量变大C．一个中子可转化成一个质子和一个电子，同时释放出能量D．在辐射防护中，可以用电磁场来加速、减速以及束缚中子5.5“基本”粒子基础导学要点一、基本粒子与粒子的分类一、“基本”粒子1．人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”。2．随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。二、发现新粒子1932年发现了正电子，1937年发现了μ子,1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子等。三、粒子的分类1．强子：是参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子，质子和中子都是强子。2．轻子：不参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用。电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子。3．规范玻色子：是传递各种相互作用的粒子，如光子，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。4．希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。要点二、夸克与粒子物理标准模型1．夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。2．粒子物理标准模型是一整套关于粒子的理论．其中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。要点突破突破一：基本粒子与粒子的分类1．新粒子的发现发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后新粒子反粒子μ子K介子与π介子超子基本特点质量、寿命、自旋等物理性质与对应粒子相同，而电荷等其他性质相反比质子的质量小质量介于电子与质子之间质量比质子大2.粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子备注强子参与强相互作用质子、中子等强子有内部结构，由“夸克”构成轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未发现内部结构规范玻色子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子等光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用希格斯玻色子是希格斯场的量子激发突破二：夸克与粒子物理标准模型1．夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由夸克构成的。2．夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。3．夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)。4．意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。新粒子的发现及特点发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后新粒子正电子μ子K介子与π介子超子基本特点质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反比质子的质量小质量介于电子与核子之间其质量比质子的质量大很多粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子备注强子参与强相互作用质子、中子强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又分为介子和重子两类轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未发现内部结构规范玻色子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用希格斯玻色子希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。2012年，欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子典例精析题型一：基本粒子与粒子的分类例一．下列说法正确的是（）A．聚变是裂变的逆反应B．核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量C．轻核聚变比裂变更为安全、清洁D．强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子【答案】C【解析】A．聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A错误；B．实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，故B错误；C．实现聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外，聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处理，故C正确；D．质子是最早发现的强子，故D错误。故选C。变式迁移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基本粒子B．强子都是带电粒子C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位【答案】D【解析】由于中子、质子是由不同的夸克组成的，它们不再是基本粒子，夸克模型是探究强子结构的理论，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的不带电，不同夸克带电不同，可能为或，说明电子电荷不再是电荷的最小单位.A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子，与结论不相符，选项A错误；B.强子都是带电粒子，与结论不相符，选项B错误；C.夸克模型是探究三大类粒子结构的理论，与结论不相符，选项C错误；D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位，与结论相符，选项D正确；题型二：夸克与粒子物理标准模型例二．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（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。ud带电荷量下列说法正确的是（）A．由u和组成 B．由和d组成C．由u和组成 D．由和d组成【答案】D【解析】根据各种粒子带电情况，的带电荷量为，故由u和组成；的带电荷量为，故由和d组成。故选D。变式迁移2：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．氢核、氘核、氦核等轻核【答案】A【解析】宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错．强化训练选择题1、关于粒子，下列说法正确的是()A.质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷B.强子都是带电的粒子C.目前发现的轻子只有8种D.光子属于轻子答案：A解析：有的强子带电，有的强子不带电，B项错误；目前发现的轻子只有6种，C项错误；光子属于规范玻色子，D项错误。2、原子核裂变一般生成两个中等质量的原子核，我国科学家钱三强和何泽慧夫妇研究铀核裂变时，发现了铀核也可能分裂成三部分或四部分。关于原子核的裂变下面表述正确的是（）A．裂变过程存在质量亏损，但不一定释放能量B．U裂变成两个中等质量的原子核，产物可能是Xe和SrC．U容易俘获快中子而发生裂变释放核能D．U的纯度越高，其裂变的链式反应越难进行【答案】B【解析】A．裂变过程存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，一定释放能量。故A错误；B．U裂变成两个中等质量的原子核的裂变反应有许多种，产物有可能是Xe和Sr，故B正确；C．U容易俘获慢中子而发生裂变释放核能，故C错误；D．U的纯度越高，其裂变的链式反应越容易进行，故D错误。故选B。3、月球储藏大量可控核聚变理想燃料氦－3（），2020年12月1日，我国“嫦娥五号探测器”成功着陆月面后开始“挖土”并成功带回地面供科学研究。可控核聚变可以采用＋→＋x或＋→＋y下列说法正确的是()A．x是质子B．y是正电子C．核聚变过程发生质量亏损，释放核能D．比的原子核更稳定【答案】C【解析】AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，x的质量数为1，电荷数为0，则x为中子；y的质量数为1，电荷数为1，则y为质子，故AB错误；C．核聚变过程发生质量亏损，释放核能，故C正确；D．质量数越接近中等核的原子核比结合能越大，则He比He的原子核更稳定，故D错误。故选C。4、关于恒星的描述，下列说法中正确的是（）A．质量越大的恒星，寿命越短B．质量越大的恒星，寿命越长C．表面温度比太阳高的恒星呈现出比太阳稍红的颜色D．表面温度比太阳低的恒星呈现出比太阳稍蓝的颜色【答案】A【解析】AB．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A正确，B错误；CD．恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝。恒星表面颜色主要有四种，分别是红、黄、白、蓝。太阳的表面颜色是黄色，属于温度中等偏低的恒星，故CD错误。故选A。5、为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪（AMS）在太空中寻找“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量，但电荷的符号相反，则反氢原子是（）A．由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成【答案】B【解析】反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成。故选B。6、以下说法正确的是（）A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子B．质子、中子、介子和超子都属于强子C．现代实验发现强子、轻子都有内部结构D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子【答案】B【解析】A．最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，A错误；C．强子有内部结构，由夸克组成，现代实验还没有发现轻子的内部结构，C错误；BD．质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，D错误，B正确。故选B。7、中国大科学装置“东方超环”（EAST）近期实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破．由于其内部核反应原理与太阳类似，因此“东方超环”也被称为“人造太阳”“人造太阳”采用的核反应方程可能是（）A． B．C