高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册5 “基本”粒子导学案及答案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册5 “基本”粒子导学案及答案，共4页。学案主要包含了“基本”粒子和发现新粒子，粒子的分类和夸克模型等内容，欢迎下载使用。

一、“基本”粒子和发现新粒子
1.“基本”粒子不基本
“基本粒子”：直到19世纪末，人们认为光子、 、质子、中子是“基本粒子”，随着科学的发展，一方面逐渐发现了数以百计的新粒子，它们都不是由中子、质子、电子组成的；另一方面科学家又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。所以，从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称 。
2.发现新粒子
(1)从20世纪30年代以来，人们对宇宙线的研究和加速器、对撞机的开发及应用，1932年发现了 ，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，现已发现的粒子达400多种。
(2)反粒子
实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质 ，这些粒子叫作反粒子。
二、粒子的分类和夸克模型
1.粒子的分类
目前发现的粒子大体可被分为 、 、 和 几种类别。
2.夸克模型
(1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了 ，认为强子是由 构成的。
(2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)、顶夸克(t)。
(3)夸克所带的电荷量：夸克带的电荷分别为元电荷的－eq \f(1,3)或＋eq \f(2,3)。
(4)夸克的意义：电子电荷不再是电荷的最小单元。
(5)夸克的“禁闭”：夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。
判断正误
(1)目前，人们认为粒子界由夸克、强子、轻子构成．( )
(2)强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子．( )
(3)电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子．( )
(4)夸克的带电荷量是电子电荷量的整数倍．( )
随堂练习
例1. 以下说法正确的是( )
A.最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子 B.质子、中子、介子和超子都属于强子
C.现代实验发现强子、轻子都有内部结构 D.τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子
例2. 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 \x\t(u)或反夸克eq \x\t(d))组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷.下列说法正确的是( )
A．π＋由u和eq \x\t(d)组成
B．π＋由d和eq \x\t(u)组成
C．π－由u和eq \x\t(d)组成
D．π－由d和eq \x\t(u)组成
课后巩固
1．关于粒子，下列说法中正确的是( )
A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子
B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用
C．强子、轻子都由夸克组成
D．许多粒子都存在反粒子
2．(多选)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、粲夸克、底夸克和顶夸克．它们的带电荷量分别为±eq \f(e,3)或±eq \f(2,3)e，电荷量e为元电荷．已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成．则下列说法正确的是( )
A．上夸克的电荷量为＋eq \f(2e,3) B．下夸克的电荷量为－eq \f(e,3)
C．上夸克的电荷量为－eq \f(2e,3) D．下夸克的电荷量为＋eq \f(2e,3)
3. 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，利用中微子与水中eq \\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 \\al(1,1)H发生核反应，产生中子(eq \\al(1,0)n)和正电子(eq \\al( 0,＋1)e)，即中微子＋eq \\al(1,1)H―→eq \\al(1,0)n＋eq \\al( 0,＋1)e，可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________。(填写选项前的字母)
A.0和0 B.0和1 C.1和0 D.1和1
(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 \\al( 0,＋1)e＋eq \\al( 0,－1)e―→2γ。已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，求反应中产生的每个光子的能量。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是什么？
5.5 基本粒子 答案
判断对错 ×√××
随堂练习
例1. 答案B
解析 最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，A错误；强子有内部结构，由夸克组成，现代实验还没有发现轻子的内部结构，C错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，D错误，B正确。
答案AD
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 \x\t(d)带＋eq \f(1,3)e合成电荷量为＋e，那么π＋介子是由夸克u和反夸克eq \x\t(d)组成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克eq \x\t(u)组成，所以A、D正确．
课后巩固
1．答案D 解析 质子、中子本身有复杂结构，选项A错误；τ子的质量比核子的质量大，但它属于轻子，不参与强相互作用，选项B错误；现代实验还没有发现轻子的内部结构，选项C错误．
2．答案AB 解析 根据质子带电荷量为＋e和中子不带电，设上、下夸克的电荷量分别为q1、q2，则有2q1＋q2＝＋e，q1＋2q2＝0，解得q1＝＋eq \f(2,3)e，q2＝－eq \f(e,3)，故选项A、B正确．
3．答案 (1)A (2)8.2×10－14 J 此过程遵循动量守恒定律
解析 (1)发生核反应前后，质量数和电荷数均守恒，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，选项A正确。
(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ΔE＝Δmc2，故一个光子的能量为eq \f(ΔE,2)，代入数据得eq \f(ΔE,2)＝8.2×10－14 J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律。
5.5 基本粒子 答案
判断对错 ×√××
随堂练习
例1. 答案B
解析 最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，A错误；强子有内部结构，由夸克组成，现代实验还没有发现轻子的内部结构，C错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，D错误，B正确。
答案AD
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 \x\t(d)带＋eq \f(1,3)e合成电荷量为＋e，那么π＋介子是由夸克u和反夸克eq \x\t(d)组成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克eq \x\t(u)组成，所以A、D正确．
课后巩固
1．答案D 解析 质子、中子本身有复杂结构，选项A错误；τ子的质量比核子的质量大，但它属于轻子，不参与强相互作用，选项B错误；现代实验还没有发现轻子的内部结构，选项C错误．
2．答案AB 解析 根据质子带电荷量为＋e和中子不带电，设上、下夸克的电荷量分别为q1、q2，则有2q1＋q2＝＋e，q1＋2q2＝0，解得q1＝＋eq \f(2,3)e，q2＝－eq \f(e,3)，故选项A、B正确．
3．答案 (1)A (2)8.2×10－14 J 此过程遵循动量守恒定律
解析 (1)发生核反应前后，质量数和电荷数均守恒，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，选项A正确。
(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ΔE＝Δmc2，故一个光子的能量为eq \f(ΔE,2)，代入数据得eq \f(ΔE,2)＝8.2×10－14 J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律。
粒子
π＋
π－
u
d
eq \x\t(u)
eq \x\t(d)
带电荷量
＋e
－e
＋eq \f(2e,3)
－eq \f(e,3)
－eq \f(2e,3)
＋eq \f(e,3)