第五章原子核
第5节“基本”粒子
1 .了解新粒子的认识历程
2.了解粒子的分类
知识点一、发现新粒子
对新粒子的认识历程
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，而电荷等其他物质性质相反，这些粒子叫反粒子
知识点二、粒子的分类
粒子的分类 概念 实例
强子 参与强相互作用的粒子 质子、中子
轻子 不参与强相互作用的粒子 电子、电子中微子、子、子中微子以及子和子中微子
规范玻色子 传递各种相互作用的粒子 光子、中间玻色子（W和Z玻色子）、胶子
希格斯玻色子 希格斯场的量子激发 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量
1．K－介子衰变的方程为其中K－介子和π－介子带负的基本电荷，π0介子不带电。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RK－与Rπ－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（ ）
A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．1：6
【答案】C
【详解】
Kˉ介子与π-介子均做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得
粒子动量为P=mv=eBR
则有PKˉ：Pπ-=2：1
以K-的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得PKˉ=Pπ0-Pπ-
解得：Pπ0=3Pπ-，则π-的动量大小与π0的动量大小之比为1：3；
故选C。
2．一个静止的放射性同位素的原子核衰变为，另一个也静止的天然放射性元素的原子核衰变为，在同一磁场中得到衰变后粒子的运动轨迹1、2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是（ ）
A．电子、、、正电子
B．、电子、正电子、
C．、正电子、电子、
D．正电子、、、电子
【答案】B
【详解】
放射性元素放出正电子时，正粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆．而放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆．放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒．由半径公式，可得轨迹半径与动量成正比，与电量成反比，而正电子和β粒子的电量比反冲核的电量小，则正电子和β粒子的半径比反冲核的半径都大，故轨迹1、2、3、4依次是：、电子、正电子、，故B正确，ACD错误．
1．我们观测到的宇宙的图景是（ ）
A．宇宙当今的图景 B．宇宙过去的图景
C．宇宙将来的图景 D．一种虚拟的图景
【答案】B
【详解】
人类可观宇宙主要是可见光观测，我们能看到的星体据我们很远（光都要走很久），所以我们看到的宇宙的图景实际上是过去的图景。
故选B。
2．质量比太阳小的恒星最终会演化成（ ）
A．白矮星 B．中子星 C．脉冲星 D．黑矮星
【答案】D
【详解】
质量比太阳小的恒星演化过程为红巨星到白矮星到黑矮星。
故选D。
3．中微子失踪之谜是一直困扰着科学家的问题，原来中微子在离开太阳向地球运动的过程中，发生“中微子振荡”转化为一个μ子和一个τ子。科学家通过对中微子观察和理论分析，终于弄清了中微子失踪之谜，成为“2001年世界十大科技突破”之一。若中微子在运动中只转化为一个μ子和一个τ子，并已知μ子的运动方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向（ ）
A．一定与中微子方向一致 B．一定与中微子方向相反
C．可能与中微子方向不在同一直线上 D．只能与中微子方向在同一直线上
【答案】D
【详解】
中微子转化为一个μ子和一个τ子过程中动量守恒，已知μ子的运动方向与中微子原来的方向一致，只能得出τ子的运动方向与中微子方向在同一直线上，可能与中微子同向也可能反向。
A．一定与中微子方向一致与分析不符，故A错误；
B．一定与中微子方向相反与分析不符，故B错误；
C．可能与中微子方向不在同一直线上与分析不符，故C错误；
D．只能与中微子方向在同一直线上与分析不符，故D正确。
故选：D。
4．除了氦以外，恒星中最常见的化学元素是（ ）
A．氢 B．铁 C．碳 D．钠
【答案】A
【详解】
除了氦以外，恒星中最常见的化学元素是氢。
A．氢与分析相符，故A正确。
B．铁与分析不符，故B错误。
C．碳与分析不符，故C错误。
D．钠与分析不符，故D错误。
5．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是（ ）
A．夸克、轻子、胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氢核、氘核、氦核等轻核
【答案】A
【详解】
宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错．第五章 原子核
5 “基本”粒子
1.了解粒子的发现史.
2.知道粒子的分类及特点.
3.了解夸克模型．
一、“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．
二、发现新粒子
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．
发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪60年代后
新粒子 反粒子 μ子 K介子与π介子 超子
基本特点 质量、寿命、自旋等物理性质与对应粒子相同，而电荷等其他性质相反 比质子的质量小 质量介于电子与质子之间 质量比质子大
三、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．
分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注
强子 参与强相互作用 质子、中子等 强子有内部结构，由“夸克”构成
轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未发现内部结构
规范玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子等 光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用
希格斯玻色子 是希格斯场的量子激发
四、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．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．
3．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)．
4．夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的＋或－.例如，上夸克带的电荷量为＋，下夸克带的电荷量为－.
5．意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷．
一、单选题
1．一颗恒星的寿命取决于它的（ ）
A．体积 B．质量 C．亮度 D．温度
2．下列说法正确的是（ ）
A．聚变是裂变的逆反应
B．核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量
C．轻核聚变比裂变更为安全、清洁
D．强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子
3．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
4．关于原子物理知识方面，下列说法正确的是（ ）
A．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
B．盖革—米勒计数器不仅能用来计数，还能区分射线的种类
C．质子、中子、电子都参与强相互作用
D．原子中电子的坐标没有确定的值，只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率
5．中子内有一个电荷量为的上夸克和两个电荷量为的下夸克，假设三个夸克都在半径为的同一圆周上，如图所示，则下列四幅图中能正确表示出各夸克所受静电作用力的是（ ）
B．
C． D．
6．一个静止的放射性同位素的原子核衰变为，另一个也静止的天然放射性元素的原子核衰变为，在同一磁场中得到衰变后粒子的运动轨迹1、2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是（ ）
A．电子、、、正电子
B．、电子、正电子、
C．、正电子、电子、
D．正电子、、、电子
二、填空题
7．仙女座星系是人们能用肉眼看到的最遥远的天体，但由于光速有限，你看到来自那里的光线，实际上已经在太空中行进了_________年，因此观察遥远的天体就等于在观察__________________．宇宙很大，所以计算天体间的距离时常用_________作为单位，它等于_________．
8．恒星离我们的距离非常遥远，但是我们可以利用地球绕太阳运动的圆形轨道直径作为基线，通过几何方法来测量恒星的距离。这种方法叫做_____。图中恒星A是我们想要测量其距离的星体。B、C、D是相对比较远的恒星，在1月到7月间几乎看不出移动过，而A的相对位置在这半年里看上去却发生了变化。图中的θ角就称为_____。
参考答案
1．B
【详解】
恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星内部的核反应就更加剧烈。所以B正确；ACD错误；
故选B。
2．C
【详解】
A．聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A错误；
B．实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，故B错误；
C．实现聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外，聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处理，故C正确；
D．质子是最早发现的强子，故D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，A错误；
C．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；
BD．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。
故选B。
4．D
【详解】
A．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短方向移动，A错误；
B．盖革—米勒计数器只能来计数，不能区分射线的种类，因为不同的射线在盖革-米勒计数器中产生的脉冲现象相同，B错误；
C．电子不能参与强相互作用，C错误；
D．氢原子核外电子的轨道是量子化的，结合测不准原理可知，电子的轨道是测不准的，其轨道只能是在一定的范围内出现的概率的大小，即电子云，D正确。
故选D。
5．B
【详解】
对电荷量为的上夸克，它受到电荷量为的两个下夸克等大的静电力作用，由对称性得，上夸克所受静电力竖直向下，对电荷量为的下夸克，另一个下夸克对它的静电力为
上夸克对它的静电力
方向沿着连线方向，由几何关系可知
因此F与的合力方向竖直向上，且有
如下图所示
同理可知，另一个下夸克所受静电力的合力也竖直向上，综上所述，B正确。
故选B。
6．B
【详解】
放射性元素放出正电子时，正粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆．而放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆．放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒．由半径公式，可得轨迹半径与动量成正比，与电量成反比，而正电子和β粒子的电量比反冲核的电量小，则正电子和β粒子的半径比反冲核的半径都大，故轨迹1、2、3、4依次是：、电子、正电子、，故B正确，ACD错误．
7．200万 宇宙的过去 光年
【详解】
[1]仙女座星系离地球大约200万光年，看到来自那里的光线，实际上已经在太空中行进了200万年，因此观察遥远的天体就等于在观察宇宙的过去；
[2]由于距离太远，因此常用光年作单位；
[3]光年是光一年走过的距离
8．视差测距法 周年视差
【详解】
[1] [2]地球上观测恒星有视差现象．此时基线就是地球轨道的直径，被观测恒星的视差就是太阳、恒星与地球所形成的内角P，随着地球公转，恒星就如图所示出现周年视差运动，恒星距离我们愈近（d），视差p就愈大，反之亦然．这种观测的方法我们称为视差测距法，由于对应的视差是半年时间内的，故此角度称为周年视差。
试卷第1页，总3页
