高中物理--粒子和宇宙练习

高中物理-粒子和宇宙练习

基础达标

1.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(ve)而获得2002年度诺贝尔物理学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t 四氯乙烯(C 2Cl 4)溶液的巨桶.电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核,其核反应方程式为e Ar Cl v e 0137183717-+→+,已知Cl 3717核的质量为36.956 58u,Ar 3718核的质量为36.956 91 u,e 01-的质量为0.000 55 u,1 u 质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据,可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为( )

A.0.82 MeV

B.0.31 MeV

C.1.33 MeV

D.0.51 MeV 解析：核反应后的总质量：

M′=36.956 91 u+0.000 55 u=36.957 46 u ,核反应前的总质量一定不小于36.957 46 u, 电子中微子的最小质量：m=36.957 46 u-36.956 48 u=0.001 02 u,

最小能量为：E=mc 2=0.00102×931.5 MeV≈0.82 MeV.

答案：A

2.2005年被联合国定为“世界物理年”以表彰爱因斯坦对科学的贡献.爱因斯坦对物理学的贡献有( )

A.创立“相对论”

B.发现“X 射线”

C.提出“光子说”

D.建立“原子核式模型” 答案：AC

3.正电子、负质子等都属于反粒子,它们跟普通电子、质子的质量、电荷量均相等,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,欧洲和美国的科研机构先后宣布：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.由一个不带电荷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

解析：反氢原子的结构是由反粒子构成的物质,正电子、负质子等都属于反粒子.

答案：B

综合运用

4.K -介子衰变的方程为：K -→π-+π0,其中K -介子和π-介子带负的基元电荷,π0介子不带电.

如图19-8-1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-K R 与-πR 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

的动量大小之比为( )

图19-8-1

A.1∶1

B.1∶2

C.1∶3

D.1∶6

解析：设K -介子、π-介子和π0介子的质量分别为m 、m 1、m 2.在P 点衰变前K -介子速度为v,

衰变后π-介子速度为v 1,π0介子速度为v 2,由衰变后π-介子的轨迹,根据左手定则可知v 1

与v 反向,由动量守恒可知：

mv=-m 1v 1+m 2v 2 ①

K -介子和π-介子在匀强磁场中做圆周运动,由r=mv/Bq,可知：

mv=Bqr ②

由已知、①和②可得：

--πR R K /=2∶1

可知m 2v 2=3Bq -πR

由衰变方程可知-K R =2m π,由R=mv/qB,可知--=πv v K ,注意到K -介子和π-

速度方向相反,由动量守恒定律,可得C 选项正确.

答案：C

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的,u 夸克带电荷量为e 3

2+,d 夸克带电荷量为e 31-,e 为元电荷.下列论断可能正确的是( ) A.质子由1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

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1个u 夸克和1个d 夸克组成

解析：题目中给出的信息是u 夸克与d 夸克的带电荷量,故应从质子带一个元电荷的电荷量,中子不带电的角度考虑.分析知B 项正确.

答案：B

拓展探究

6.加拿大萨德伯里中微子观察站的研究揭示了中微子失踪之谜,即观察到的中微子数目比理论值少,是因为部分中微子在运动过程中(速度很大)转化为一个μ子和一个τ子.对上述转化过程有以下说法,其中正确的是( )

A.牛顿运动定律依然适用

B.动量守恒定律不再适用

C.若发现μ子和中微子的运动方向一致,则τ子的运动方向也可能与中微子的运动方向一致

D.若发现μ子和中微子的运动方向相反,则τ子的运动方向也可能与中微子的运动方向相反

解析：牛顿运动定律仅仅适用于宏观低速的物体,不适用于微观高速的中微子；动量守恒定律适用任何情况.若发现μ子和中微子的运动方向一致,由动量守恒定律可知τ子的运动方向也可能与中微子的运动方向一致.

答案：C