5.“基本”粒子 课后训练提升 一、选择题（第1~3题为单选题，第4题为多选题） 1.下列说法正确的是() A.人类第一次实现原子核的人工核转变是查德威克用α粒子轰击铍原子核，产生 了碳原子核和一个中子 B.患癌症的病人可以接受钴60的放射治疗，这是利用了细胞分裂越快的组织对 射线的耐受力越强的特点 C.强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子 D.比结合能越大的原子核，核子的平均质量也越大 答案：C 解析：卢瑟福用α粒子轰击氨原子核，产生了氧的一种同位素一氧17和一个质 子，这是人类第一次实现的原子核的人工转变，选项A错误；用放射治疗瘤症，是利 用“细胞分裂越快的组织对射线的耐受能力就越弱”这一特点，选项B错误；强子 是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子，选项C正确；比结合能越大，原 子核越稳定，核子平均质量越小，选项D错误。 2.质子和中子是由更基本的粒子，即“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“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 0,0T2 势能，令U0=Fo(2-n),取无穷远为势能零点。下列U-r图示正确的是() 答案B 解析：从无穷远处电势为零开始到r=n位置，势能恒定为零，在"=2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，<1之后势能不 变，恒定为-U0,由于引力做功等于势能减少量，故U0=Fo(2n1),故选项B正确，A、 C、D错误。 3.中子内有一个电荷量为+e的上夸克和两个电荷量为e的下夸克。一简单的 模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图所示。在给出的四幅图中，能正 确表示出各夸克所受静电作用力的是()
5.“基本”粒子 课后· 一、选择题(第 1~3 题为单选题,第 4 题为多选题) 1.下列说法正确的是( ) A.人类第一次实现原子核的人工核转变是查德威克用 α 粒子轰击铍原子核,产生 了碳原子核和一个中子 B.患癌症的病人可以接受钴 60 的放射治疗,这是利用了细胞分裂越快的组织对 射线的耐受力越强的特点 C.强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子 D.比结合能越大的原子核,核子的平均质量也越大 答案:C 解析:卢瑟福用 α 粒子轰击氮原子核,产生了氧的一种同位素——氧 17 和一个质 子,这是人类第一次实现的原子核的人工转变,选项 A 错误;用放射治疗癌症,是利 用“细胞分裂越快的组织,对射线的耐受能力就越弱”这一特点,选项 B 错误;强子 是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子,选项 C 正确;比结合能越大,原 子核越稳定,核子平均质量越小,选项 D 错误。 2.质子和中子是由更基本的粒子,即“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“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 𝑟2 式中 F0 为大于零的常量,负号表示引力。用 U 表示夸克间的 势能,令 U0=F0(r2-r1),取无穷远为势能零点。下列 U-r 图示正确的是( ) 答案:B 解析:从无穷远处电势为零开始到 r=r2 位置,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,r<r1 之后势能不 变,恒定为-U0,由于引力做功等于势能减少量,故 U0=F0(r2-r1),故选项 B 正确,A、 C、D 错误。 3.中子内有一个电荷量为+ 2 3 e 的上夸克和两个电荷量为- 1 3 e 的下夸克。一简单的 模型是三个夸克都在半径为 r 的同一圆周上,如图所示。在给出的四幅图中,能正 确表示出各夸克所受静电作用力的是( )
+e 120120 答案B 解析：两个下夸克对一个上夸克的作用力都为引力，且大小相等，合力方向竖直向 下，左边的下夺克受引力和水平向左的乐力，因为营产s60所以合力方 向竖直向上，同理可确定右边的夸克所受库仑力方向也是竖直向上，故选项B正 确。 4.1961年，理论物理学家提出夸克模型，指出重子是由3个夸克组成的亚原子粒 子。现代物理学认为，夸克共分3类6种：上夸克、下夸克：粲夸克、奇异夸克：顶 夸克、底夸克。质子由两个上夸克加一个下夸克组成，则中子的构成是两个下夸 克加一个上夸克，因此人类目前所接触的物质都是由第一类夸克组成的。某次对 撞实验发现的新型粒子（欧米伽b重子）是由2个奇异夸克和1个底夸克组成的 这是物理学界首次发现由后两类夸克混合组成的重子。(1G=10) 符号 中文名称 电荷量e 质量GeV·c2) 上夸克 0.004 下夸克 3 0.008 粲夸克 1.5 奇异夸克 0.15 3 顶夸克 42 176 3 底夸克 1 3 4.7 根据以上信息可以判定( A.欧米伽b重子带的电荷为-e B.欧米伽b重子的质量是质子质量的250倍 C.欧米伽b重子的质量是中子质量的250倍 D.由质能方程E=mc2得知1GeV2=1.78×10-27kg 答案：ACD 解析：由表中信息可知，欧米伽b重子带的电荷为+2×()e,选项A正确；质 子质量为(0.004×2+0.008)GVc2=0.016GeVc2,欧米伽b重子的质量为
答案:B 解析:两个下夸克对一个上夸克的作用力都为引力,且大小相等,合力方向竖直向 下,左边的下夸克受引力和水平向左的斥力,因为 k 1 3 𝑒· 1 3 𝑒 𝑙 2 =k 1 3 𝑒· 2 3 𝑒 𝑙 2 cos 60°,所以合力方 向竖直向上,同理可确定右边的夸克所受库仑力方向也是竖直向上,故选项 B 正 确。 4.1961 年,理论物理学家提出夸克模型,指出重子是由 3 个夸克组成的亚原子粒 子。现代物理学认为,夸克共分 3 类 6 种:上夸克、下夸克;粲夸克、奇异夸克;顶 夸克、底夸克。质子由两个上夸克加一个下夸克组成,则中子的构成是两个下夸 克加一个上夸克,因此人类目前所接触的物质都是由第一类夸克组成的。某次对 撞实验发现的新型粒子(欧米伽 b 重子)是由 2 个奇异夸克和 1 个底夸克组成的, 这是物理学界首次发现由后两类夸克混合组成的重子。(1 G=109 ) 符号 中文名称 电荷量/e 质量/(GeV·c -2 ) u 上夸克 + 2 3 0.004 d 下夸克 - 1 3 0.008 c 粲夸克 + 2 3 1.5 s 奇异夸克 - 1 3 0.15 t 顶夸克 + 2 3 176 b 底夸克 - 1 3 4.7 根据以上信息可以判定( ) A.欧米伽 b 重子带的电荷为-e B.欧米伽 b 重子的质量是质子质量的 250 倍 C.欧米伽 b 重子的质量是中子质量的 250 倍 D.由质能方程 E=mc2 得知 1 GeV/c2=1.78×10-27 kg 答案:ACD 解析:由表中信息可知,欧米伽 b 重子带的电荷为- 1 3 e+2×(- 1 3 𝑒)=-e,选项 A 正确;质 子质量为(0.004×2+0.008) GeV/c2=0.016 GeV/c2 ,欧米伽 b 重子的质量为
(4.7+0.15×2)GeVc2=5GeVc2,中子的质量为(0.008×2+0.004)GeVc2=0.02 GeV/c2,选项B错误，C正确；1GeV/c2=1x1ox16×10 (3×108)2 一kg=1.78×1027kg,选项D正 确。 二、计算题 5.如下一系列核反应是在恒星内部发生的。 p+C→3N 3N→gC+e+v p+3C→4N p+4N→850 君50→号5N+et+v p+5N→C+a 其中p为质子，a为a粒子，e为正电子，v为中微子，已知质子的质量为mp=1.672 648×10-27kg,a粒子的质量为ma=6.644929×1027kg,正电子的质量为 me=9.11×1031kg,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 该系列核反应完成后释放的能量。 答案：3.95×1012J 解析：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相 加，消去两侧相同的项，系统反应最终等效为 4p→a+2et+2y 设反应后释放的能量为Q,根据质能关系和能量守恒得 4mpc2=mac2+2mec2+O 代入数值可得 Q=3.95×1012J
(4.7+0.15×2) GeV/c2=5 GeV/c2 ,中子的质量为(0.008×2+0.004) GeV/c2=0.02 GeV/c2 ,选项 B 错误,C 正确;1 GeV/c2= 1×10 9 ×1.6×10 -19 (3×10 8 ) 2 kg=1.78×10-27 kg,选项 D 正 确。 二、计算题 5.如下一系列核反应是在恒星内部发生的。 p+6 12C→7 13N 7 13N→6 13C+e++ν p+6 13C→7 14N p+7 14N→8 15O 8 15O→7 15N+e++ν p+7 15N→6 12C+α 其中 p 为质子,α 为 α 粒子,e+为正电子,ν 为中微子,已知质子的质量为 mp=1.672 648×10-27 kg,α 粒子的质量为 mα=6.644 929×10-27 kg,正电子的质量为 me=9.11×10-31 kg,中微子的质量可忽略不计,真空中的光速 c=3.00×108 m/s,试计算 该系列核反应完成后释放的能量。 答案:3.95×10-12 J 解析:为求出系列反应后释放的能量,将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相 加,消去两侧相同的项,系统反应最终等效为 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 4mpc 2=mαc 2+2mec 2+Q 代入数值可得 Q=3.95×10-12 J