高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核5 “基本”粒子课后练习题

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1．“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。
2．发现新粒子
(1)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。
(2)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，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作反粒子。
例1 为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪(AMS)在太空中寻找“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的。“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，则反氢原子是( )
A．由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成
B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
答案 B
解析 反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成。故选B。
例2 人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现了一些新的粒子，K介子和π介子都是科学家在1947年发现的。K－介子的衰变方程为K－→π0＋π－，其中K－介子和π－介子带负电，电荷量等于元电荷的电荷量，π0介子不带电。如图所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为图中的圆弧虚线，K－介子衰变后，π0介子和π－介子的轨迹可能是( )
答案 A
解析 π0介子不带电，在磁场中不偏转，π－介子带负电，在磁场中洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，再根据动量守恒定律判定知A正确。
3．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。
例3 (多选)关于粒子，下列说法正确的是( )
A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B．质子、中子本身也是复合粒子，它们具有复杂的结构
C．质子是带电的强子
D．光子是希格斯玻色子
答案 BC
解析 质子和中子是由不同的夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故A错误，B正确；不同的夸克组成的强子，有的带电，有的不带电，质子是带正电的强子，故C正确；光子是规范玻色子，故D错误。
4．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)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)和顶夸克(t)。
(3)意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
(4)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。
例4 (多选)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
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。
例5 (多选)(2022·甘肃武威高二期末)质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克模型，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、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(e,3)
D．下夸克的电荷量为＋eq \f(2e,3)
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A、B。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)