5.5“基本”粒子（解析版）

5.5“基本”粒子學(xué)問點(diǎn)一、“基本”粒子1．人們認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不行再分的最基本的粒子，把它們叫作“基本粒子”．2．隨著科學(xué)的進(jìn)展，科學(xué)家們發(fā)覺很多新粒子不能看作由質(zhì)子、中子、電子組成，并發(fā)覺質(zhì)子、中子等本身也有自己的簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)．3、發(fā)覺新粒子1932年發(fā)覺了正電子，1937年發(fā)覺了μ子,1947年發(fā)覺了K介子和π介子，后來發(fā)覺了超子等．學(xué)問點(diǎn)二、粒子的分類1．強(qiáng)子：是參與(填“參與”或“不參與”)強(qiáng)相互作用的粒子．質(zhì)子和中子都是強(qiáng)子．2．輕子：不參與(填“參與”或“不參與”)強(qiáng)相互作用．電子、電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已發(fā)覺的輕子．3．規(guī)范玻色子：是傳遞各種相互作用的粒子，如光子，中間玻色子(W和Z玻色子)、膠子．4．希格斯玻色子：是希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)．學(xué)問點(diǎn)三、夸克與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型1．夸克、夸克模型：1964年，美國(guó)科學(xué)家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子由更基本的成分組成，這種成分叫作夸克．2．粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型是一整套關(guān)于粒子的理論．其中，夸克、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子是組成物質(zhì)的幾類最基本的粒子．新粒子的發(fā)覺及分類1．新粒子的發(fā)覺發(fā)覺時(shí)間1932年1937年1947年20世紀(jì)60年月后新粒子反粒子μ子K介子與π介子超子基本特點(diǎn)質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與對(duì)應(yīng)粒子相同，而電荷等其他性質(zhì)相反比質(zhì)子的質(zhì)量小質(zhì)量介于電子與質(zhì)子之間質(zhì)量比質(zhì)子大2.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)覺的粒子備注強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用質(zhì)子、中子等強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成輕子不參與強(qiáng)相互作用電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未發(fā)覺內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)范玻色子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子等光子傳遞電磁相互作用，中間玻色子傳遞弱相互作用，膠子傳遞強(qiáng)相互作用希格斯玻色子是希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)（2023?嘉定區(qū)二模）現(xiàn)在科學(xué)家們正在設(shè)法探尋“反物質(zhì)”，所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對(duì)應(yīng)的正粒子有相同的質(zhì)量和相同的電荷量，但電荷符號(hào)相反。據(jù)此，若有反α粒子，它的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別為（）A．﹣4，﹣2 B．4，﹣2 C．﹣4，2 D．4，2【解答】解：α粒子是質(zhì)量數(shù)為4，帶2個(gè)單位正電荷，所以反α粒子，它的質(zhì)量數(shù)為4，電荷為﹣2，故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選：B。太陽放出的大量中微子向地球飛來，但試驗(yàn)測(cè)定的數(shù)目只有理論的三分之一，后來科學(xué)家發(fā)覺中微子在向地球傳播的過程中衰變成一個(gè)μ子和一個(gè)ξ子。若在衰變過程中μ子的速度方向與中微子的速度方向全都，則ξ子的運(yùn)動(dòng)方向（）A．肯定與μ子的方向相同 B．肯定與μ子的方向相反 C．肯定與μ子在同始終線上 D．不肯定與μ子在同始終線上【解答】解：中微子轉(zhuǎn)化為一個(gè)μ子和一個(gè)ξ子過程中動(dòng)量守恒，已知μ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子原來的方向全都，由于不知中微子和μ子的動(dòng)量大小，所以只能得出ξ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子方向在同始終線上，可能與中微子同向也可能反向，故C正確、ABD錯(cuò)誤。故選：C。1953年萊尼斯和柯文建筑了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的試驗(yàn)系統(tǒng)，利用在β衰變中產(chǎn)生的中微子與水中11H的核反應(yīng)，間接證明白幾乎沒有質(zhì)量且不帶電的中微子的存在。中微子與水中的11H發(fā)生核反應(yīng)的方程式為：中微子+A．-10e B．01n C．11【解答】解：依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，可知中微子的質(zhì)量數(shù)為：1+0＝1，電荷數(shù)為1+（﹣1）＝0，故10n，故B正確，故選：B。目前普遍認(rèn)為，原子核中的質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的，u夸克帶電荷量為+23e，d夸克帶電荷量為-A．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成 B．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成 C．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成 D．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成【解答】解：由質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷，中子不帶電，設(shè)質(zhì)子中u夸克、d夸克個(gè)數(shù)分別是x、y，x、y取正整數(shù)，則x×23e+y×（-解得x＝2、y＝1；設(shè)中子中u夸克d夸克個(gè)數(shù)分別是m、n，m、n取正整數(shù)。m×（23e）+n×（-1解得m＝1、n＝2，故選：B。氚核發(fā)生β衰變除了產(chǎn)生β粒子和新核外，還會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都是0的反中微子Ve．若氚核在云室中發(fā)生β衰變后，產(chǎn)生的反中微子和β粒子的運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上，設(shè)反中微子的動(dòng)量為P1，β粒子動(dòng)量為P2，則。（）A．上述核反應(yīng)方程為13H+01n→B．β粒子在云室中穿過會(huì)留下清楚的路徑，此體現(xiàn)了粒子的波動(dòng)性 C．氚核內(nèi)部某個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)，會(huì)向外放射β粒子 D．新核的動(dòng)量為P1﹣P2【解答】解：A、依據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒，則氚發(fā)生β衰變的衰變方程：13H→-10B、β粒子在云室中穿過會(huì)留下清楚的徑跡，體現(xiàn)出實(shí)物粒子的粒子性，故B錯(cuò)誤；C、β衰變中生成的電子是一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子同時(shí)生成一個(gè)電子，這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子放射到核外，就是β粒子，故C正確；D、衰變過程中動(dòng)量守恒，0＝P1+P2+P；所以新核的動(dòng)量大小為P＝﹣P1﹣P2，故D錯(cuò)誤；故選：C。（2022?天津模擬）依據(jù)夸克模型，質(zhì)子、中子都是由上夸克和下夸克這兩種夸克組成，上夸克帶電荷量為+23e，下夸克帶電荷量為-13e，e為電子所帶電荷量的大小。假如質(zhì)子是由三個(gè)夸克組成的，且各個(gè)夸克之間的距離都是1.5×10【解答】解：依據(jù)質(zhì)子帶電量為+e，且有三個(gè)夸克組成，所以一個(gè)質(zhì)子內(nèi)部包含兩個(gè)上夸克，一個(gè)下夸克。相鄰兩個(gè)上夸克之間的靜電力為F1＝k(23e)2r2=相鄰上夸克和下夸克之間的靜電力F2＝k23e×13er2=答：相鄰兩個(gè)上夸克之間的靜電力為46N；相鄰上夸克和下夸克之間的靜電力為23N。如圖所示，中子內(nèi)有一個(gè)電荷量為+23e的上夸克和兩個(gè)電荷量為-13e的下夸克，A．ker2 B．ke3r2 C．【解答】解：由點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)打算式可知，B、C處兩個(gè)下夸克在O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小均為E=kQr2，方向夾角120°，合場(chǎng)強(qiáng)沿AO方向，大小為E=kQr2，A處的上夸克在O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度同樣沿AO方向，大小為13mg，所以三個(gè)夸克O處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為同向的E=kQ故選：A。（多選）依據(jù)現(xiàn)代的粒子理論，可以將粒子分為三大類：媒介子、輕子和強(qiáng)子，質(zhì)子和中子屬于強(qiáng)子。強(qiáng)子是由更基本的粒子﹣﹣夸克組成。依據(jù)夸克理論，夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇夸克、璨夸克、底夸克和頂夸克．它們的帶電量分別為±13e或±23e，電荷量A．上夸克的電荷量為+23B．下夸克的電荷量為-13C．上夸克的電荷量為-23D．下夸克的電荷量為+2【解答】解：由題意可知，質(zhì)子帶電量為+e，且一個(gè)質(zhì)子由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成，即為2×（+23e）同理，一個(gè)中子由兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克組成，即為2×（-13e）+23e=本題選擇錯(cuò)誤的，故選：CD。質(zhì)子和中子是由更基本的粒子即所謂“夸克”組成的．兩個(gè)強(qiáng)作用電荷相反（類似于正負(fù)電荷）的夸克在距離很近時(shí)幾乎沒有相互作用（稱為“漸近自由”）；在距離較遠(yuǎn)時(shí)，它們之間就會(huì)消滅很強(qiáng)的引力（導(dǎo)致所謂“夸克禁閉”）．作為一個(gè)簡(jiǎn)潔的模型，設(shè)這樣的兩夸克之間的相互作用力F與它們之間的距離r的關(guān)系為：F=0，0＜r＜r1-F0，r1≤r≤r20，r＞rA． B． C． D．【解答】解：從無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零開頭到r＝r2位置，由F的表達(dá)式可知，兩夸克之間的相互作用力F＝0，則知?jiǎng)菽芎愣榱?；在r＝r2到r＝r1過程中，恒定引力做正功，勢(shì)能漸漸均勻減小，即勢(shì)能為負(fù)值且越來越小，此部分圖象為A、B選項(xiàng)中所示；r＜r1之后，F(xiàn)＝0，勢(shì)能不變，恒定為﹣U0，由引力做功等于勢(shì)能將少量，故U0＝F0（r2﹣r1）。故B正確。故選：B。放射性物質(zhì)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)放射性的應(yīng)用，下列說法不正確的是（）A．放射線能殺傷癌細(xì)胞或阻擋癌細(xì)胞分裂，所以人體可以經(jīng)常照射 B．對(duì)放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進(jìn)行處理 C．射線探傷儀中的放射源必需存放在特制容器里，而不能任憑放置 D．對(duì)可能產(chǎn)生放射性污染的場(chǎng)所或物品進(jìn)行檢測(cè)是很有必要的【解答】解：A、在大劑量的照射下，放射性對(duì)人體和動(dòng)物存在著某種損害作用。放射性也能損傷劑量單位遺傳物質(zhì)，主要在于引起基因突變和染色體畸變，使一代甚至幾代受害，故A錯(cuò)誤；B、放射性的廢料仍舊有放射性，故對(duì)放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進(jìn)行處理，故B正確；C、放射性會(huì)向各個(gè)方向放射射線，故射線探傷儀中的放射源必需存放在特制容器里，而不能任憑放置，故C正確；D、放射性廢物中的放射性物質(zhì)，接受一般的物理、化學(xué)及生物學(xué)的方法都不能將其毀滅或破壞，只有通過放射性核素的自身衰變才能使放射性衰減到肯定的水平。而很多放射性元素的半衰期格外長(zhǎng)，并且衰變的產(chǎn)物又是新的放射性元素，所以放射性廢物與其它廢物相比在處理和處置上有很多不同之處；故對(duì)可能產(chǎn)生放射性污染的場(chǎng)所或物品進(jìn)行檢測(cè)是很有必要的，故D正確；本題選錯(cuò)誤的，故選：A。一個(gè)質(zhì)子由兩個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克組成。一個(gè)夸克的質(zhì)量是7.1×10﹣30kg，求兩個(gè)夸克相距1.0×10﹣16m時(shí)的萬有引力約為（）已知萬有引力常量G＝6.67×10﹣11N?m2/kg2A．3.4×10﹣39N B．3.4×10﹣37N C．3.5×10﹣39N D．3.5×10﹣37N【解答】解：兩夸克間的萬有引力為：F＝Gm1m2r2=6.67×10﹣11×7.1×10-30×7.1×10-30(1.0×10-16故選：B。一個(gè)質(zhì)子由兩個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克組成。一個(gè)夸克的質(zhì)量是7.1×10﹣30kg，則兩個(gè)夸克相距1.0×10﹣16m時(shí)的萬有引力約為（引力常量G＝6.67×10﹣11N．m2/kg2）（）A．3.4×10﹣9N B．1.7×10﹣35N C．3.4×10﹣37N D．4.9×10﹣39N【解答】解：兩夸克間的萬有引力：F＝Gm1m2r2=6.67×10﹣11×7.1×10-30×7.1×10-30(1.0×10故選：C。已經(jīng)證明質(zhì)子、中子都是由上夸克和下夸克的兩種夸克組成的，上夸克帶電為23e，下夸克帶電為-13e，e為電子所帶電荷量