高中物理选择性必修第三册第5章 5

第五章5A组·基础达标1．(多选)下列说法中正确的是()A．目前还未发现玻色子、轻子和夸克这三类粒子的内部结构B．自然界存在着能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对基本粒子不适用C．反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象D．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子【答案】ACD【解析】玻色子、轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内部结构，故A正确．反粒子带等量异种电荷，反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象，故C正确．质子是最早发现的强子，故D正确．2．(多选)下列所述正确的是()A．强子是参与强相互作用的粒子B．轻子是不参与强相互作用的粒子C．目前发现的轻子只有8种D．夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)【答案】ABD【解析】由三类粒子的特性可知A、B正确；而目前发现的轻子只有6种，C错误；夸克模型经过几十年的发展，已知夸克有6种，它们带的电荷分别为元电荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)，D正确．3．阿尔法磁谱仪(简称AMS)，是人类送入太空的第一台磁谱仪，其核心部分是中国研制的一台用铷铁硼材料制成的大型永磁体．AMS将在太空中寻找反物质、暗物质等，回答有关宇宙起源的重要问题．反物质是指由质量相同但电荷符号相反的反电子(即正电子)、反质子和反中子组成的反原子构成的物质．AMS原理是利用这些物质的粒子在磁场中运动时表现出的不同特点来探测的．如图所示，是三种等速粒子在永磁体形成的磁场内的运动轨迹，下面对这三种粒子判断可能正确的是()A．a粒子是反质子，b粒子是反电子B．a粒子是反质子，c粒子是反电子C．b粒子是反质子，c粒子是反电子D．c粒子是反质子，b粒子是反电子【答案】C【解析】首先由左手定则可知，向左偏转的粒子带正电，向右偏转的粒子带负电，根据r＝eq\f(mv,qB)可知，等速的反质子比反电子的运动半径大；反质子带负电，反电子带正电，由此可得b可能为反质子，c可能为反电子．4.1956年，李政道和杨振宁提出在弱相互作用中动量不守恒，并由吴健雄用eq\o\al(60,27)Co放射进行了实验验证，1957年李、杨两人为此获得诺贝尔物理学奖.eq\o\al(60,27)Co的衰变方程是eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(A,Z)Ni＋eq\o\al(0,－1)e＋eq\x\to(νe)，eq\x\to(νe)是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零，则衰变产物eq\o\al(A,Z)Ni的质量数和核电荷数分别为()A．60,28 B．60,26C．59,26 D．59,28【答案】A【解析】根据核电荷数守恒得27＝Z－1，Z＝28，；根据质量数守恒得60＝A＋0，A＝60.故A正确．5．目前普遍认为，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．u夸克带电荷量为eq\f(2,3)e，d夸克的带电荷量为－eq\f(1,3)e，e为元电荷．下列论断中可能正确的是()A．质子由1个u夸克和2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2个u夸克和1个d夸克组成【答案】B【解析】质子eq\o\al(1,1)H带电荷量为2×eq\f(2,3)e＋(－eq\f(1,3)e)＝e，中子eq\o\al(1,0)n带电荷量为eq\f(2,3)e＋2×(－eq\f(1,3)e)＝0.可见B正确．6．正电子是电子的反粒子，它跟普通电子电荷量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子．这是人类探索反物质的一大进步，你推测反氢原子的结构是()A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成【答案】B【解析】氢原子是由质子和电子构成，那么反氢原子也应由它们的反粒子构成，即反质子和反电子，因此B正确，A、C、D错误．7．(多选)加拿大萨德伯里中微子观察站揭示了中微子失踪的原因，即观察到的中微子数目比理论值少是因为中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子．对上述研究有以下说法，正确的是()A．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相反B．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C．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D．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【答案】BC【解析】对微观粒子运用动量守恒定律，关键在于明确动量守恒定律的适用条件，它包括高速运动物体和低速运动物体，包括宏观物体和微观物体，因此由动量守恒定律可得B、C正确．8．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eq\o(u,\s\up6(－))或反夸克eq\o(d,\s\up6(－)))组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷.粒子π＋π－udeq\o(u,\s\up6(－))eq\o(d,\s\up6(－))带电荷量＋e－e＋eq\f(2e,3)－eq\f(e,3)－eq\f(2e,3)＋eq\f(e,3)由此可知π＋由______和______组成，π－由______和______组成．【答案】ueq\o(d,\s\up6(－))deq\o(u,\s\up6(－))【解析】因π＋介子带有＋e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，则夸克u带＋eq\f(2,3)e和反夸克eq\o(d,\s\up6(－))带＋eq\f(1,3)e合成电荷量为e，那么π＋介子就是由夸克u和反夸克eq\o(d,\s\up6(－))组成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克eq\o(u,\s\up6(－))组成．B组·能力提升9．K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0.其中K－介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电．如图所示的1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，π0介子的轨迹未画出．由此可知π－的动量大小与π0的动量的大小之比为()A．1∶1 B．1∶2C．1∶3 D．1∶6【答案】C【解析】带电粒子K－与π－在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力Bqv＝eq\f(mv2,R)，得R＝eq\f(mv,Bq)＝eq\f(p,Bq).K－介子与π－介子带电量相同，故运动的半径之比等于动量之比pK－∶pπ－＝Rπ－∶Rπ0＝2∶1，在衰变后π－介子与π0介子动量方向相反，设K－介子的动量为正，则π－介子动量为负值，由动量守恒pK－＝－pπ－＋pπ0，则pπ－∶pπ0＝1∶3，故A、B、D错误；C正确．10．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．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ν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．(1)中微子与水中的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ν＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,1)e，可以判定，中微子ν的质量数和电荷数分别是________．(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子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为9.1×10－31kg，反应中产生的每个光子的能量约为______J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是什么？【答案】(1)0和0(2)8.2×10－14原因略【解析】(1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0.(2)产生能量是由于质量亏损．两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则E＝Δmc2，故一个光子的能量为eq\f(E,2)，代入数据得eq\f(E,2)＝8.2×10－14J．正电子与水中的电子相遇，两电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故只有产生2个光子，此过程才遵循动量守恒定律．11．下面一系列核反应是恒星内部发生的．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为一种中微子．已知质子的质量mp＝1.672648×10－27kg，α粒子的质量mα＝6.644929×10－27kg，正电子的质量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，试计算该系列反应完成后释放的能量．解：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的各核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为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.A．夸克/电子、原子核、质子/中子、原子、分子、物质B．夸克/电子、质子/中子、原子核、原子、分子、物质C．夸克/电子、原子核、原子、质子/中子、分子、物质D．物质、分子、原子、原子核、质子/中子、夸克/电子答案：C课后篇素养形成必备知识基础练1.(多选)下列核反应方程中,正确的是()A.510B+(α粒子)B.1327Al+0C.49Be+24HeD.714N+2答案BC解析由核反应质量数守恒和电荷数守恒知:A选项中质量数10+4≠14+1,D选项中质量数14+4≠17+2,所以A、D错误,B、C正确。2.(多选)2017年1月9日,大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生反应的过程中都伴随着中微子的产生,例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法正确的是()A.90234Th衰变为

86222Rn,经过3次B.

12H+13H→24He+01C.92235U+01D.高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,其核反应方程为

24He答案AC解析

90234Th经过3次α衰变后质量数减少12、质子数减少6,经过2次β衰变后质子数增加2,衰变为

86222Rn,选项A正确;12H+13H→24He+01n是核聚变方程,90234Th→

91234Pa+-10e是β衰变方程,选项B错误;92235U3.(多选)一静止的铝原子核

1327Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后,变为处于激发态的硅原子核

1428SiA.核反应方程为p+1327Al→B.核反应过程中系统动量守恒C.核反应前后核子数相等,所以生成物的质量等于反应物的质量之和D.硅原子核速度的数量级为105m/s,方向与质子初速度的方向一致答案ABD解析核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒,核反应方程为p+1327Al→1428Si*,A正确;核反应过程中遵从动量守恒,B正确;核反应中发生质量亏损,生成物的质量小于反应物的质量之和,C错误;根据动量守恒定律有mpvp=mSivSi,碰撞后硅原子核速度的数量级为1054.实验观察到,静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意图如图所示,则()A.轨迹1是电子的,磁场方向垂直纸面向外B.轨迹2是电子的,磁场方向垂直纸面向外C.轨迹1是新核的,磁场方向垂直纸面向里D.轨迹2是新核的,磁场方向垂直纸面向里答案D解析β衰变方程:ZAX→-10e+Z+1AY,由动量守恒定律知两粒子动量大小相等。因电子电量较小,由r=mvqB,得r5.(多选)甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中,其中一个核放出一个α粒子,另一个核放出一个β粒子,得到如图所示的四条径迹,下列说法正确的是()A.磁场的方向一定垂直于纸面向里B.甲核放出的是α粒子,乙核放出的是β粒子C.a为α粒子的径迹,d为β粒子的径迹D.b为α粒子的径迹,c为β粒子的径迹答案BD解析衰变过程遵循动量守恒定律,粒子与新核的动量大小相等,方向相反,根据左手定则可知,若轨迹为外切圆,则为α衰变;若轨迹为内切圆,则为β衰变。又因为R=mvqB=pqB,可知轨迹半径与电荷量成反比6.一个不稳定的原子核质量为M,处于静止状态。放出一个质量为m的粒子后反冲,已知放出的粒子的动能为E0,则原子核反冲的动能为()A.E0 B.mMEC.mM-mE0 D.答案C解析设放出的粒子的动量大小为p,由动量守恒定律得反冲核的动量大小也为p,又Ek=p22(M-m),E0=p22m7.(多选)一个铍原子核(47Be)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K壳层的电子)后发生衰变,生成一个锂核(37Li),并放出一个不带电的质量接近零的中微子υe,人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生了“K俘获”,其核反应方程为

47Be+-10e→37Li+υe。已知铍原子的质量为MBe=7.016929u,锂原子的质量为A.中微子的质量数和电荷数均为零B.锂核(37Li)获得的动能约为0C.中微子与锂核(3D.中微子与锂核(3答案AC解析反应方程为

47Be+-10e→37Li+υe,根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零,A正确;根据质能方程,质量减少Δm=(7.016929u+me-7.016004)×9.31×102MeV>0.86MeV,为释放的核能,不是锂核获得的动能,B错误;衰变过程中动量守恒,故中微子与锂核(37Li)关键能力提升练8.镭核

88226Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核

86222Rn,已知镭核

88226Ra质量为226.0254u,氡核

86(1)写出核反应方程;(2)求镭核衰变放出的能量;(3)若镭核衰变前静止,且衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能,求放出粒子的动能。答案(1)88226Ra→86222Rn+24He(2)6解析(1)核反应(衰变)方程为

88226Ra→