5.5“基本”粒子（解析版）-2024年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第三册）

5.5“基本”粒子知识点一、“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．3、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．知识点二、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．知识点三、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．新粒子的发现及分类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（2023•嘉定区二模）现在科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反。据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数分别为（）A．﹣4，﹣2 B．4，﹣2 C．﹣4，2 D．4，2【解答】解：α粒子是质量数为4，带2个单位正电荷，所以反α粒子，它的质量数为4，电荷为﹣2，故B正确，ACD错误。故选：B。太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播的过程中衰变成一个μ子和一个ξ子。若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子的速度方向一致，则ξ子的运动方向（）A．一定与μ子的方向相同 B．一定与μ子的方向相反 C．一定与μ子在同一直线上 D．不一定与μ子在同一直线上【解答】解：中微子转化为一个μ子和一个ξ子过程中动量守恒，已知μ子的运动方向与中微子原来的方向一致，由于不知中微子和μ子的动量大小，所以只能得出ξ子的运动方向与中微子方向在同一直线上，可能与中微子同向也可能反向，故C正确、ABD错误。故选：C。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，利用在β衰变中产生的中微子与水中11H的核反应，间接证实了几乎没有质量且不带电的中微子的存在。中微子与水中的11H发生核反应的方程式为：中微子A．−10e B．01n C．1【解答】解：根据质量数守恒、电荷数守恒，可知中微子的质量数为：1+0＝1，电荷数为1+（﹣1）＝0，故10故选：B。目前普遍认为，原子核中的质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的，u夸克带电荷量为+23eA．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成 D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成【解答】解：由质子带一个单位正电荷，中子不带电，设质子中u夸克、d夸克个数分别是x、y，x、y取正整数，则x×23e+解得x＝2、y＝1；设中子中u夸克d夸克个数分别是m、n，m、n取正整数。m×（23e）+n×（解得m＝1、n＝2，故选：B。氚核发生β衰变除了产生β粒子和新核外，还会产生质量数和电荷数都是0的反中微子Ve．若氚核在云室中发生β衰变后，产生的反中微子和β粒子的运动方向在同一条直线上，设反中微子的动量为P1，β粒子动量为P2，则。（）A．上述核反应方程为13H+01n→B．β粒子在云室中穿过会留下清晰的路径，此体现了粒子的波动性 C．氚核内部某个中子转变为质子时，会向外发射β粒子 D．新核的动量为P1﹣P2【解答】解：A、根据质量数与质子数守恒，则氚发生β衰变的衰变方程：13H→B、β粒子在云室中穿过会留下清晰的径迹，体现出实物粒子的粒子性，故B错误；C、β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，故C正确；D、衰变过程中动量守恒，0＝P1+P2+P；所以新核的动量大小为P＝﹣P1﹣P2，故D错误；故选：C。（2022•天津模拟）按照夸克模型，质子、中子都是由上夸克和下夸克这两种夸克组成，上夸克带电荷量为+23e，下夸克带电荷量为−1【解答】解：根据质子带电量为+e，且有三个夸克组成，所以一个质子内部包含两个上夸克，一个下夸克。相邻两个上夸克之间的静电力为F1＝k(23e)相邻上夸克和下夸克之间的静电力F2＝k23e×13答：相邻两个上夸克之间的静电力为46N；相邻上夸克和下夸克之间的静电力为23N。如图所示，中子内有一个电荷量为+23eA．ker2 B．ke3r2 【解答】解：由点电荷的场强决定式可知，B、C处两个下夸克在O点的电场强度大小均为E=kQr2，方向夹角120°，合场强沿AO方向，大小为E=kQr2，A处的上夸克在O点的电场强度同样沿AO方向，大小为13故选：A。（多选）按照现代的粒子理论，可以将粒子分为三大类：媒介子、轻子和强子，质子和中子属于强子。强子是由更基本的粒子﹣﹣夸克组成。根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇夸克、璨夸克、底夸克和顶夸克．它们的带电量分别为±13e或±2A．上夸克的电荷量为+23B．下夸克的电荷量为−13C．上夸克的电荷量为−23D．下夸克的电荷量为+2【解答】解：由题意可知，质子带电量为+e，且一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，即为2×（+23e同理，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成，即为2×（−13e本题选择错误的，故选：CD。质子和中子是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的．两个强作用电荷相反（类似于正负电荷）的夸克在距离很近时几乎没有相互作用（称为“渐近自由”）；在距离较远时，它们之间就会出现很强的引力（导致所谓“夸克禁闭”）．作为一个简单的模型，设这样的两夸克之间的相互作用力F与它们之间的距离r的关系为：F=0，0＜r＜r1−F0，r1≤r≤rA． B． C． D．【解答】解：从无穷远处电势为零开始到r＝r2位置，由F的表达式可知，两夸克之间的相互作用力F＝0，则知势能恒定为零；在r＝r2到r＝r1过程中，恒定引力做正功，势能逐渐均匀减小，即势能为负值且越来越小，此部分图象为A、B选项中所示；r＜r1之后，F＝0，势能不变，恒定为﹣U0，由引力做功等于势能将少量，故U0＝F0（r2﹣r1）。故B正确。故选：B。放射性物质已经广泛应用于工农业生产中，对放射性的应用，下列说法不正确的是（）A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，所以人体可以经常照射 B．对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理 C．射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置 D．对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的【解答】解：A、在大剂量的照射下，放射性对人体和动物存在着某种损害作用。放射性也能损伤剂量单位遗传物质，主要在于引起基因突变和染色体畸变，使一代甚至几代受害，故A错误；B、放射性的废料仍然有放射性，故对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理，故B正确；C、放射性会向各个方向放射射线，故射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置，故C正确；D、放射性废物中的放射性物质，采用一般的物理、化学及生物学的方法都不能将其消灭或破坏，只有通过放射性核素的自身衰变才能使放射性衰减到一定的水平。而许多放射性元素的半衰期十分长，并且衰变的产物又是新的放射性元素，所以放射性废物与其它废物相比在处理和处置上有许多不同之处；故对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的，故D正确；本题选错误的，故选：A。一个质子由两个u夸克和一个d夸克组成。一个夸克的质量是7.1×10﹣30kg，求两个夸克相距1.0×10﹣16m时的万有引力约为（）已知万有引力常量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：两夸克间的万有引力为：F＝Gm1m2r2=6.67×10﹣11×7.1×10−30故选：B。一个质子由两个u夸克和一个d夸克组成。一个夸克的质量是7.1×10﹣30kg，则两个夸克相距1.0×10﹣16m时的万有引力约为（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：两夸克间的万有引力：F＝Gm1m2r2=6.67×10﹣11×7.1×10−30×7.1×1故选：C。已经证实质子、中子都是由上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为23e，下夸克带电为−13e，e为电子所带