課后作業(yè)5一“基本”粒子(2019人教版選擇性必修第三冊(cè))

課后作業(yè)(五)“基本”粒子1．“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對(duì)應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電荷量，但電荷符號(hào)相反，則反氫原子是()A．由1個(gè)帶正電荷的質(zhì)子和1個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成B．由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成C．由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成D．由1個(gè)不帶電荷的中子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成解析根據(jù)反粒子定義，“反粒子”與“正粒子”具有相同質(zhì)量，但帶有等量的異種電荷，因此反氫原子是由1－1H核和0＋1e構(gòu)成的．答案B2．關(guān)于粒子下列說(shuō)法正確的是()A．電子、質(zhì)子、中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本粒子B．強(qiáng)子都是帶電的粒子C．夸克模型是探索三大類(lèi)粒子結(jié)構(gòu)的理論D．夸克模型說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位解析由于質(zhì)子、中子是由不同夸克組成的，它們不是最基本的粒子，不同夸克構(gòu)成不同的強(qiáng)子，有的強(qiáng)子帶電，有的強(qiáng)子不帶電，故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤；夸克模型是研究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的理論，不同夸克帶電不同，分別為±eq\f(2,3)e和±eq\f(e,3)，說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位，故C錯(cuò)誤，D正確．答案D3．K－介子衰變的方程為：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子帶負(fù)的基元電荷，π0介子不帶電．一個(gè)K－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的π－介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點(diǎn)相切如圖所示，它們的半徑RK－與Rπ－之比為2:1.π0介子的軌跡未畫(huà)出．由此可知π－的動(dòng)量大小與π0的動(dòng)量大小之比為()A．1:1B．1:2C．1:3D．1：6解析由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律知：軌道半徑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－.又由動(dòng)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．關(guān)于粒子，下列說(shuō)法正確的是()A．質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子B．質(zhì)子、中子本身也是復(fù)合粒子，它們擁有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)C．質(zhì)子是帶電的強(qiáng)子D．夸克模型說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位解析質(zhì)子和中子是由不同夸克組成的，它們不是最基本的粒子，故A錯(cuò)，B對(duì)；不同的夸克組成強(qiáng)子，有的強(qiáng)子帶電，有的強(qiáng)子不帶電，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子，故C正確；夸克模型是研究強(qiáng)子的理論，不同夸克帶電不同，分別為＋eq\f(2,3)e或－eq\f(1,3)e，這說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位，故D正確。答案BCD5．根據(jù)宇宙大爆炸的理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時(shí)期，那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是()A．夸克、輕子、膠子等粒子B．質(zhì)子和中子等強(qiáng)子C．光子、中微子和電子等輕子D．氫核、氘核、氦核等輕核解析宇宙形成之初產(chǎn)生了夸克、輕子和膠子等粒子，之后又經(jīng)歷了質(zhì)子和中子等強(qiáng)子時(shí)代，再之后是自由光子、中微子、電子大量存在的輕子時(shí)代，再之后是中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核，并形成氦核的核時(shí)代，之后電子和質(zhì)子復(fù)合成氫原子，最后形成恒星和星系，因此A正確，B、C、D的產(chǎn)生都在A之后，故B、C、D錯(cuò)。答案A6．加拿大薩德伯里中微子觀測(cè)站對(duì)中微子觀測(cè)得出結(jié)果，該站揭示了中微子失蹤的部分中微子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)化為一個(gè)μ子和一個(gè)τ子。在上述研究中有以下說(shuō)法，正確的是()①若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向一定相反②若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向可能一致③若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向一定一致④若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向可能相反A．①③B．②③C．③④D．①②解析中微子在轉(zhuǎn)化為μ子和τ子的前后過(guò)程中滿足動(dòng)量守恒定律。答案B7．在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出，但中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測(cè)。1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中eq\o\al(1,1)H的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在，中微子與水中eq\o\al(1,1)H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子eq\o\al(1,0)n和正電子(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，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是________(填入正確選項(xiàng)前的字母)。A．0和0 B．0和1C．1和0 D．1和1上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)能量相同的光子(γ)，即eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ。已知正電子和電子的質(zhì)量都是9.1×10－31kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為_(kāi)_______J。(c＝3.0×108m/s)解析由核反應(yīng)方程：中微子＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,＋1)e，滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都是0，選項(xiàng)A正確；由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可得每個(gè)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．現(xiàn)有的核電站常用的核反應(yīng)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)核反應(yīng)方程中的eq\x\to(ν)是反中微子，它不帶電，質(zhì)量數(shù)為零，試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)．(2)已知鈾核的質(zhì)量為235.0439u，中子的質(zhì)量為1.0087u，釹(Nd)核的質(zhì)量為142.9098u，鋯核的質(zhì)量為89.9047u，試計(jì)算1kg鈾235裂變釋放的能量為多少焦耳？(已知1u質(zhì)量相當(dāng)于931.5MeV的能量，且1u＝1.6606×10－27kg)解析(1)鋯的電荷數(shù)Z＝92－60＋8＝40，質(zhì)量數(shù)A＝236－146＝90.(2)1kg鈾235中鈾核的個(gè)數(shù)為n＝eq\f(1,235.0439×1.6606×10－27)≈2.56×1024(個(gè))不考慮核反應(yīng)中生成的電子質(zhì)量，1個(gè)鈾235核裂變產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為Δm＝0.212u，釋放的能量為ΔE＝0.212×931.5MeV≈197.5MeV則1kg鈾235完全裂變釋放的能量為E＝nΔE＝2.56×1024×197.5MeV＝5.056×1026MeV≈8.1×1013J.答案(1)4090(2)8.1×1013J9．如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)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為質(zhì)子，α為α粒子，e＋為正電子，ν為中微子，已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝1.672648×10－27kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝6.644929×10－27kg,正電子的質(zhì)量為me＝9.11×10－31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì)，真空中的光速c＝3.00×108m/s，試計(jì)算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量。解析為求出系列反應(yīng)后釋放的能量，將題中所給的諸核反應(yīng)方程左右兩側(cè)分別相加，消去兩側(cè)相同的項(xiàng)，系統(tǒng)反應(yīng)最終等效為4p→α＋2e＋＋2ν設(shè)反應(yīng)后釋放的能量為Q，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q代入數(shù)值可得Q＝3.95×10－12J答案3.95×10－12J10．太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)可以釋放出大量的能量，這些能量以電磁波輻射的形式向四面八方輻射出去，其總功率達(dá)P＝3.8×1026W.(1)估算太陽(yáng)每秒鐘的質(zhì)量虧損．(2)設(shè)太陽(yáng)上的核反應(yīng)都是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2ν＋28MeV這種形式的反應(yīng)(ν是中微子，其質(zhì)量遠(yuǎn)小于電子質(zhì)量，是穿透力極強(qiáng)的中性粒子)，地日距離L＝1.5×1011m，試估算每秒鐘太陽(yáng)垂直照射地面上每平方米有多少中微子到達(dá)．(3)假設(shè)原始太陽(yáng)全部由質(zhì)子和電子組成，并且只有10%的質(zhì)子可供“燃燒”，試估算太陽(yáng)的壽命(太陽(yáng)的質(zhì)量為2.0×1030kg，質(zhì)子的質(zhì)量為1.67×10－27kg)．解析(1)太陽(yáng)每秒鐘釋放的能量為ΔE＝Pt＝3.8×1026J，由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(3.8×1026,3×1082)kg＝4.2×109kg.(2)設(shè)E0＝28MeV，每秒鐘的核反應(yīng)的次數(shù)為：n＝eq\f(ΔE,E0)＝eq\f(3.8×1026,28×106×1.6×10－19)＝8.48×1037次每秒鐘產(chǎn)生的中微子為n1＝2n＝1.696×1038個(gè)建一個(gè)以L為半徑的球模型，球的表面積為S＝4πL2＝2.826×1023m2則每平方米上有中微子的個(gè)數(shù)為：n2＝eq\f(n1,S)＝eq\f(1.696×1038,2.826×1023)＝6×1014個(gè)．(3)能發(fā)生反應(yīng)的總質(zhì)量為