2024-2025学年高中物理第三章7粒子物理学简介选学练习含解析教科版选修3-5

PAGEPAGE47粒子物理学简介(选学)1.(多选)关于人们发觉的新粒子,下列说法正确的是()A.每个粒子都有自己的反粒子B.把粒子分为强子、轻子、媒介子,依据的是粒子与各种相互作用的关系C.质子属于强子D.光子属于轻子解析:光子是传递电磁相互作用的媒介子,而不是轻子,电子、中微子属于轻子.轻子都不参加强相互作用,都有自己的反粒子,但并不是全部粒子都有自己的反粒子.质子和中子是最早发觉的强子.答案:BC2.(多选)下列所述正确的是()A.原子是组成物质的不行再分的最小微粒B.原子是最大的微粒C.原子由原子核和核外电子构成,质子和中子组成了原子核D.质子、中子本身也是复合粒子,它们也有着自己困难的结构解析:质子、中子本身也是复合粒子.由此可知,质子、中子不是构成物质的最小微粒.故只有C、D选项正确.答案:CD3.(多选)下列关于夸克的说法正确的是()A.试验已经证明了夸克的存在B.夸克所带的电荷是分数电荷C.试验中人们已经将夸克从强子中打出来了D.夸克所带电荷量是元电荷的整数倍答案:AB4.在正负电子对撞机中,一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子.设正负电子的质量在对撞前均为m,对撞前的动能均为E,光在真空中的传播速度为c,普朗克常量为h,则对撞后转化成的光子的波长等于()A.hcE B.C.hcmc2解析:由爱因斯坦质能方程和能量守恒定律可得:2mc2+2E=2hcλ,所以λ=hc答案:C5.在肯定条件下,让质子获得足够大的速度,当两个质子p以相等的速率对心正碰,将发生下列反应:p+p→p+p+p+p.其中p是p的反质子(反质子与质子质量相等,均为mp,且带一个单位负电荷),则以下关于该反应的说法正确的是()A.反应前后系统总动量皆为0B.反应过程系统能量守恒C.依据爱因斯坦质能方程可知,反应前每个质子的能量最小为2mpc2D.依据爱因斯坦质能方程可知,反应前单个质子的能量可能小于mpc2解析:核反应过程中动量守恒,因此反应前后总动量皆为0;反应过程中系统的能量削减,转化为p和p;由爱因斯坦质能方程可知,反应前每个质子的能量最小为mpc2.答案:A6.(多选)已知π+介子、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u或反夸克d)组成的,它们所带电荷量如下表所示,e为元电荷.粒子种类π+π-udud带电荷量+e-e+23-13-23+13下列说法正确的是()A.π+由u和d组成 B.π+由d和u组成C.π-由u和d组成 D.π-由d和u组成解析:依据电荷量关系可知,由于π+介子带有+e的电荷量,又由于π+介子是由u夸克和d夸克组成的,依据题意可知π+介子(+e)应由一个u夸克+23e和反d夸克+13e组成答案:AD7.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,它们的半径RK-与Rπ-之比为2∶1,如图所示.π0介子的轨迹未画出.由此可知π-的动量大小与A.1∶1 B.1∶2C.1∶3 D.1∶6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π-介子动量方向向上.由带电粒子在匀强磁场中,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的半径公式R=mvqB知,在q、B相同的状况下动量和半径成正比,所以|pK-|∶|pπ-|=RK-∶Rπ-=2∶1.若选向下的方向为正,则由K-介子衰变过程中动量守恒,得:|pK-|=-|pπ-|+|答案:C8.已经证明,质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的,上夸克带电荷量为23e,下夸克带电荷量为-13e,e为电子所带电荷量的大小,假如质子是由三个夸克组成的,且各个夸克之间的距离都为l,l=1.5×10-15m.试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力(库仑力)解析:质子带电荷量为+e,所以它是由两个上夸克和一个下夸克组成的.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Fuu=k23e·2代入数值,得Fuu=46N,为斥力;上夸克与下夸克之间的静电力为Fud=k13e·2代入数值,得Fud=23N,为引力.答案:上夸克间静电力46N,为斥力.上、下夸克间静电力23N,为引力.9.回旋加速器D形盒中心为质子源,D形盒间的沟通电压为U=2×104V,静止质子经电场加速后,进入D形盒,其最大轨道半径R=1m,磁场的磁感应强度B=0.5T,质子的质量为1.67×10-27kg,电荷量为1.6×10-19C,问:(1)质子最初进入D形盒的动能多大?(2)质子经回旋加速器最终得到的动能多大?(3)沟通电源的频率是多少?解析:(1)质子由静止起先做匀加速直线运动,由动能定理得qU=12mv2,所以动能Ek=qU=3.2×10-15J(2)粒子以半径R飞出磁场时动能最大,R=mvqB,所以v=qBRm,动能