人教版 (2019)选择性必修 第三册5 “基本”粒子课堂检测

5　“基本”粒子

课后·训练提升

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

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=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+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(　　)

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=kcos60°,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。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

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6种3类: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)

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-e+2×=-e,选项A正确;质子质量为(0.004×2+0.008)GeV/c2=0.016GeV/c2,选项B错误;欧米伽b重子的质量为(4.7+0.15×2)GeV/c2=5GeV/c2,中子的质量为(0.008×2+0.004)GeV/c2=0.02GeV/c2,选项C正确;1GeV/c2=

kg=1.78×10-27kg,选项D正确。

三、非选择题

5.如下一系列核反应是在恒星内部发生的。

pCN

NC+e++ν

pCN

pNO

ON+e++ν

pNC+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

4pα+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。