课后作业5一“基本”粒子(2019人教版选择性必修第三册)

课后作业(五)“基本”粒子1．“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个带负电荷的电子构成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解析根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同质量，但带有等量的异种电荷，因此反氢原子是由1－1H核和0＋1e构成的．答案B2．关于粒子下列说法正确的是()A．电子、质子、中子是组成物质的不可再分的最基本粒子B．强子都是带电的粒子C．夸克模型是探索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选项错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为±eq\f(2,3)e和±eq\f(e,3)，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故C错误，D正确．答案D3．K－介子衰变的方程为：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负的基元电荷，π0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π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切如图所示，它们的半径RK－与Rπ－之比为2:1.π0介子的轨迹未画出．由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为()A．1:1B．1:2C．1:3D．1：6解析由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知：轨道半径R＝eq\f(mv,Bq)＝eq\f(p,Bq)∝p，所以eq\f(pK－,pπ－)＝eq\f(RK－,Rπ－)＝eq\f(2,1)即pπ－＝eq\f(1,2)pK－.又由动量守恒定律pK－＝pπ0－pπ－.得pπ0＝pK－＋pπ＝eq\f(3,2)pK－所以eq\f(pπ－,pπ0)＝eq\f(1,3).答案C4．关于粒子，下列说法正确的是()A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B．质子、中子本身也是复合粒子，它们拥有复杂的结构C．质子是带电的强子D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位解析质子和中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故A错，B对；不同的夸克组成强子，有的强子带电，有的强子不带电，质子是最早发现的强子，故C正确；夸克模型是研究强子的理论，不同夸克带电不同，分别为＋eq\f(2,3)e或－eq\f(1,3)e，这说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故D正确。答案BCD5．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。答案A6．加拿大萨德伯里中微子观测站对中微子观测得出结果，该站揭示了中微子失踪的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()①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②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③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④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A．①③B．②③C．③④D．①②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。答案B7．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出，但中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中eq\o\al(1,1)H的核反应，间接地证实了中微子的存在，中微子与水中eq\o\al(1,1)H发生核反应，产生中子eq\o\al(1,0)n和正电子(eq\o\al(0,＋1)e)，即：中微子＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,＋1)e，由此可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________(填入正确选项前的字母)。A．0和0 B．0和1C．1和0 D．1和1上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，可以转变为两个能量相同的光子(γ)，即eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ。已知正电子和电子的质量都是9.1×10－31kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J。(c＝3.0×108m/s)解析由核反应方程：中微子＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,＋1)e，满足质量数守恒和电荷数守恒可得中微子的质量数和电荷数都是0，选项A正确；由爱因斯坦质能方程可得每个光子的能量ΔE＝Δmc2＝9.1×10－31kg×(3.0×108m/s)2＝8.19×10－14J。答案A8.19×10－148．现有的核电站常用的核反应之一是：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→14360Nd＋Zr＋3eq\o\al(1,0)n＋80－1e＋eq\x\to(ν)(1)核反应方程中的eq\x\to(ν)是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数．(2)已知铀核的质量为235.0439u，中子的质量为1.0087u，钕(Nd)核的质量为142.9098u，锆核的质量为89.9047u，试计算1kg铀235裂变释放的能量为多少焦耳？(已知1u质量相当于931.5MeV的能量，且1u＝1.6606×10－27kg)解析(1)锆的电荷数Z＝92－60＋8＝40，质量数A＝236－146＝90.(2)1kg铀235中铀核的个数为n＝eq\f(1,235.0439×1.6606×10－27)≈2.56×1024(个)不考虑核反应中生成的电子质量，1个铀235核裂变产生的质量亏损为Δm＝0.212u，释放的能量为ΔE＝0.212×931.5MeV≈197.5MeV则1kg铀235完全裂变释放的能量为E＝nΔE＝2.56×1024×197.5MeV＝5.056×1026MeV≈8.1×1013J.答案(1)4090(2)8.1×1013J9．如下一系列核反应是在恒星内部发生的。p＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)Neq\o\al(13,7)N→eq\o\al(13,6)C＋e＋＋νp＋eq\o\al(13,6)C→eq\o\al(14,7)Np＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(15,8)Oeq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋e＋＋νP＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋α其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为中微子，已知质子的质量为mp＝1.672648×10－27kg，α粒子的质量为mα＝6.644929×10－27kg,正电子的质量为me＝9.11×10－31kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c＝3.00×108m/s，试计算该系列核反应完成后释放的能量。解析为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系统反应最终等效为4p→α＋2e＋＋2ν设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q代入数值可得Q＝3.95×10－12J答案3.95×10－12J10．太阳内部的核聚变反应可以释放出大量的能量，这些能量以电磁波辐射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达P＝3.8×1026W.(1)估算太阳每秒钟的质量亏损．(2)设太阳上的核反应都是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2ν＋28MeV这种形式的反应(ν是中微子，其质量远小于电子质量，是穿透力极强的中性粒子)，地日距离L＝1.5×1011m，试估算每秒钟太阳垂直照射地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(太阳的质量为2.0×1030kg，质子的质量为1.67×10－27kg)．解析(1)太阳每秒钟释放的能量为ΔE＝Pt＝3.8×1026J，由质能方程ΔE＝Δmc2可得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(3.8×1026,3×1082)kg＝4.2×109kg.(2)设E0＝28MeV，每秒钟的核反应的次数为：n＝eq\f(ΔE,E0)＝eq\f(3.8×1026,28×106×1.6×10－19)＝8.48×1037次每秒钟产生的中微子为n1＝2n＝1.696×1038个建一个以L为半径的球模型，球的表面积为S＝4πL2＝2.826×1023m2则每平方米上有中微子的个数为：n2＝eq\f(n1,S)＝eq\f(1.696×1038,2.826×1023)＝6×1014个．(3)能发生反应的总质量为