3.7粒子物理学简介 达标作业（解析版)
文档属性
| 名称 | 3.7粒子物理学简介 达标作业（解析版) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 88.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-02-14 22:08:40 | ||
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文档简介
3.7粒子物理学简介
达标作业（解析版)
1．下列关于恒星的颜色、温度与亮度的关系说法正确的是（ ）
A．恒星看上去越亮，颜色越偏向蓝色
B．恒星看上去越亮，温度越高
C．恒星温度越低，颜色越偏向红色
D．恒星温度越低，颜色越偏向蓝色
2．已知地球表面的重力加速度为g 地球半径为R,地球质量为M，万有引力常量为G，月球绕球运动的加速度为a 月球与地球之间的距离为r，忽略地球自转影响 。则等于
A． B．G C．1 D．
3．下列说法中正确的是（ ）
A．卢瑟福发现电子 B．汤姆孙提出原子核式模型
C．所有原子核都是由质子和中子组成 D．质量越大的恒星寿命越短
4．关于恒星，下列说法中正确的是
A．恒星的质量越大寿命就越长 B．太阳是宇宙中最大的恒星
C．恒星最终一定会变成黑洞 D．太阳是离地球最近的恒星
5．航天飞机在进入绕地球做匀速圆周运动的轨道后,若有一宇航员走出机舱外,他将（ ）
A．向着地球方向落向地球 B．做平抛运动
C．由于惯性做匀速直线运动 D．绕地球做匀速圆周运动,像一颗人造卫星
6．如图所示，a是静止在地球赤道地面上的一个物体，b是与赤道共面的地球卫星，c是地球同步卫星，对于a物体和b、c两颗卫星的运动情况，下列说法中正确的是（ ）
A．a物体运动的线速度小于c卫星运动的线速度
B．b卫星运动受到的万有引力一定大于c卫星受到的万有引力
C．a物体运动的周期小于b卫星运动的周期
D．b卫星减速后可进入c卫星轨道
7．天文学家发现一个由A，B两颗星球组成的双星系统，观测到双星A，B间的距离为l，A 星的运动周期为T，已知万有引力常量为G，则可求出（ ）
A．A星的密度 B．A星的轨道半径
C．A星的质量 D．A星和B星的总质量
8．卫星绕某一行星的运动轨道可近似看成是圆轨道，观察发现每经过时间t，卫星运动所通过的弧长为L，该弧长对应的圆心角为θ弧度，如图所示．已知万有引力常量为G，由此可计算出该行星的质量为( )
A．M＝ B．M＝ C． D．
9．关于粒子的分类，目前人们认为粒子世界是由下列哪三类粒子构成的（ ）
A．媒介子、夸克、强子
B．夸克、轻子、强子
C．媒介子、轻子、强子
D．质子、中子、电子
10．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．一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切如图所示，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
11．已经证实，质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为e，下夸克带电为－e，e为电子所带电量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为l，l＝1.5×10－15 m．试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（库仑力）．
12．天文观测表明,几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度背离我们而运动,离我们越远的星体,背离我们运动的速度（称为退行速度）越大;也就是说,宇宙在膨胀。星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比,即v=Hr。式中H为一常量,称为哈勃常数,已由天文观察测定。为解释上述现象,有人提出一种理论,认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的。假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动,并设想我们就位于其中心,则速度越大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观测一致。
（1）由上述理论和天文观测结果,可估算宇宙年龄T,其计算式是什么?
（2）根据观测,哈勃常数H=3×10-2米/（秒·光年）,其中光年是光在一年中行进的距离,由此估算宇宙的年龄约为多少年?
13．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（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷.
粒子
π＋
π－
u
d
带电荷量
＋e
－e
＋
－
－
＋
由此可知π＋由________和________组成，π－由________和________组成．
14．图示为恒星的寿命与其质量的关系图。由图可知，恒星的质量越大，其寿命越________（选填“长”或“短”）；若一恒星的质量为太阳质量的1.8倍，则它的寿命约为________年。
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
发光能力既与表面温度有关，也与发光面积有关，所以恒星看上去越亮，恒星的温度不一定越高；恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝；
A．与分析不符，故A错误；
B．与分析不符，故B错误；
C．与分析相符，故C正确；
D．与分析不符，故D错误；
故选C。
2．C
【解析】
【详解】
在地球表面，万有引力提供重力，即
，
月球绕地球转，万有引力提供向心力，，即
，
所以：
，
综上所述，本题ABD错误C正确。
3．D
【解析】
【详解】
A．汤姆逊发现电子，故A错误；
B．卢瑟福提出原子核式模型，故B错误；
C．原子核一般由质子和中子构成，但氕的原子核都不含中子，只有1个质子，故C错误；
D．恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧烈，故D正确；
4．D
【解析】
【详解】
A、恒星质量越大寿命越短，故A错误；
B、现在的天文学只探索到了宇宙很小的一部分，很多恒星未知，太阳并不是宇宙中最大的恒星，故B错误；
C、恒星最终会变成黑矮星、白矮星、黑洞等，因此，恒星最终并不一定会变成黑洞，故C错误；
D、太阳是离地球最近的恒星，故D正确．
5．D
【解析】航天飞机进入绕地球做匀速圆周运动的轨道后，它和宇航员都处于完全失重状态，具有相同的线速度，各自受到地球的万有引力充当向心力。宇航员走出舱外，由于惯性，还保持和航天飞机具有共同的线速度，所以航天员依然满足地球对其万有引力充当向心力，因此航天员仍然按原轨道做匀速圆周运动，所以D选项正确，ABC错误。
故本题选D
6．A
【解析】（1）a物体和c星比较，它们的角速度都与地球自转角速度相同，根据，半径大的线速度大，故a的线速度小于c的线速度，A正确；
（2）根据万有引力公式，，由于b星和c星质量关系不清楚，所以吧星受到的万有引力不一定大于c星的万有引力，B错误；
（3）卫星c为同步卫星，周期与a物体的周期相等，根据万有引力提供向心力：，，b星轨道半径小于c星，故b星周期小与c星，即b星周期小与a物体，C错误；
（4）b星减速后要做近心运动，所以不可能进入c卫星运行的轨道，D错误。
故本题选A
【点晴】（1）根据线速度和角速度的关系，可以比较a物体和c星的线速度大小；
（2）质量关系不明，所以无法准确判断b星和c星受到地球万有引力的大小关系；
（3）因为a物体和c星均与地球同步，角速度相等，所以比较a物体和b星的周期关系，可以转化为比较c星和b星的周期大小；
（4）在卫星变轨过程中，从低轨道向高轨道运动，需要反冲加速；
7．D
【解析】设A、B星体的质量分别为和，它们围绕同一点做匀速圆周运动的轨道半径分别为和，双星间距离始终保持不变，则，双星运动的角速度和周期相等，则，又根据牛顿第二定律，双星间万有引力提供它们各自的向心力，即，，联立上述各式得：，故根据已知题设条件，只能求出A星和B星的总质量，所以本题选D。
【点睛】）（1）因为不知道A、B星体各自的质量和半径，故无法知道密度；（2）由题设条件只能求得，但两星体各自的质量无法求得，所以半径大小不可计算；（3）根据万有引力充当向心力，可得双星得周期公式：，可求得两星体得总质量。
8．B
【解析】由题意可以知道该卫星运动的线速度和角速度分别为：，
卫星绕行星做匀速圆周运动，它们直接的万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得：
又因为
联立得：。故本题选B
【点睛】（1）根据线速度和角速度的定义可求出该卫星做匀速圆周运动的线速度和角速度；（2）由线速度和角速度的关系，可以求出卫星环绕行星运动的轨道半径；（3）由万有引力提供向心力，可列牛顿第二定律方程，求出中心天体（行星）的质量。
9．C
【解析】按照粒子与各种相互作用的不同关系，把粒子分为三大类，即强子、轻子和媒介子．
10．C
【解析】由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知：
轨道半径R＝＝∝p，
所以＝＝
即pπ－＝pK－.
又由动量守恒定律pK－＝pπ0－pπ－.
得pπ0＝pK－＋pπ＝pK－
所以＝.
11．上夸克间静电力F＝46 N，为斥力
上、下夸克间静电力为23 N，为吸力
【解析】质子带电为＋e，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的．按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为
Fuu＝k＝k
代入数值解得Fuu＝46 N，为斥力
上、下夸克之间的静电力F′ud＝k＝k
代入数值解得：F′ud＝23 N，为吸引力．
12．（1）T= （2）1×1010年
【解析】（1）由于爆炸后各星体做的是匀速运动,令宇宙年龄为T,则星球现距我们的距离为r=vT=HrT,得:T=。
（2）T==1×1010年。
13．u d
【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＋e和反夸克带＋e合成电荷量为e，那么π＋介子就是由夸克u和反夸克组成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克组成．
14．短
【解析】
【详解】
[1]由图看出，恒星的寿命与太阳质量的比值越大，恒星寿命越短，而太阳的质量作为定值，则知恒星的质量越大，寿命越短；
[2]当图象中横坐标为1时，此恒星即为太阳，由图读出太阳的寿命约为10×10亿年=100亿年；恒星的质量为太阳质量的1.8倍，恒星对应纵轴的数值是30亿年年。
达标作业（解析版)
1．下列关于恒星的颜色、温度与亮度的关系说法正确的是（ ）
A．恒星看上去越亮，颜色越偏向蓝色
B．恒星看上去越亮，温度越高
C．恒星温度越低，颜色越偏向红色
D．恒星温度越低，颜色越偏向蓝色
2．已知地球表面的重力加速度为g 地球半径为R,地球质量为M，万有引力常量为G，月球绕球运动的加速度为a 月球与地球之间的距离为r，忽略地球自转影响 。则等于
A． B．G C．1 D．
3．下列说法中正确的是（ ）
A．卢瑟福发现电子 B．汤姆孙提出原子核式模型
C．所有原子核都是由质子和中子组成 D．质量越大的恒星寿命越短
4．关于恒星，下列说法中正确的是
A．恒星的质量越大寿命就越长 B．太阳是宇宙中最大的恒星
C．恒星最终一定会变成黑洞 D．太阳是离地球最近的恒星
5．航天飞机在进入绕地球做匀速圆周运动的轨道后,若有一宇航员走出机舱外,他将（ ）
A．向着地球方向落向地球 B．做平抛运动
C．由于惯性做匀速直线运动 D．绕地球做匀速圆周运动,像一颗人造卫星
6．如图所示，a是静止在地球赤道地面上的一个物体，b是与赤道共面的地球卫星，c是地球同步卫星，对于a物体和b、c两颗卫星的运动情况，下列说法中正确的是（ ）
A．a物体运动的线速度小于c卫星运动的线速度
B．b卫星运动受到的万有引力一定大于c卫星受到的万有引力
C．a物体运动的周期小于b卫星运动的周期
D．b卫星减速后可进入c卫星轨道
7．天文学家发现一个由A，B两颗星球组成的双星系统，观测到双星A，B间的距离为l，A 星的运动周期为T，已知万有引力常量为G，则可求出（ ）
A．A星的密度 B．A星的轨道半径
C．A星的质量 D．A星和B星的总质量
8．卫星绕某一行星的运动轨道可近似看成是圆轨道，观察发现每经过时间t，卫星运动所通过的弧长为L，该弧长对应的圆心角为θ弧度，如图所示．已知万有引力常量为G，由此可计算出该行星的质量为( )
A．M＝ B．M＝ C． D．
9．关于粒子的分类，目前人们认为粒子世界是由下列哪三类粒子构成的（ ）
A．媒介子、夸克、强子
B．夸克、轻子、强子
C．媒介子、轻子、强子
D．质子、中子、电子
10．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．一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切如图所示，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
11．已经证实，质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为e，下夸克带电为－e，e为电子所带电量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为l，l＝1.5×10－15 m．试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（库仑力）．
12．天文观测表明,几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度背离我们而运动,离我们越远的星体,背离我们运动的速度（称为退行速度）越大;也就是说,宇宙在膨胀。星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比,即v=Hr。式中H为一常量,称为哈勃常数,已由天文观察测定。为解释上述现象,有人提出一种理论,认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的。假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动,并设想我们就位于其中心,则速度越大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观测一致。
（1）由上述理论和天文观测结果,可估算宇宙年龄T,其计算式是什么?
（2）根据观测,哈勃常数H=3×10-2米/（秒·光年）,其中光年是光在一年中行进的距离,由此估算宇宙的年龄约为多少年?
13．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（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷.
粒子
π＋
π－
u
d
带电荷量
＋e
－e
＋
－
－
＋
由此可知π＋由________和________组成，π－由________和________组成．
14．图示为恒星的寿命与其质量的关系图。由图可知，恒星的质量越大，其寿命越________（选填“长”或“短”）；若一恒星的质量为太阳质量的1.8倍，则它的寿命约为________年。
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
发光能力既与表面温度有关，也与发光面积有关，所以恒星看上去越亮，恒星的温度不一定越高；恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝；
A．与分析不符，故A错误；
B．与分析不符，故B错误；
C．与分析相符，故C正确；
D．与分析不符，故D错误；
故选C。
2．C
【解析】
【详解】
在地球表面，万有引力提供重力，即
，
月球绕地球转，万有引力提供向心力，，即
，
所以：
，
综上所述，本题ABD错误C正确。
3．D
【解析】
【详解】
A．汤姆逊发现电子，故A错误；
B．卢瑟福提出原子核式模型，故B错误；
C．原子核一般由质子和中子构成，但氕的原子核都不含中子，只有1个质子，故C错误；
D．恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧烈，故D正确；
4．D
【解析】
【详解】
A、恒星质量越大寿命越短，故A错误；
B、现在的天文学只探索到了宇宙很小的一部分，很多恒星未知，太阳并不是宇宙中最大的恒星，故B错误；
C、恒星最终会变成黑矮星、白矮星、黑洞等，因此，恒星最终并不一定会变成黑洞，故C错误；
D、太阳是离地球最近的恒星，故D正确．
5．D
【解析】航天飞机进入绕地球做匀速圆周运动的轨道后，它和宇航员都处于完全失重状态，具有相同的线速度，各自受到地球的万有引力充当向心力。宇航员走出舱外，由于惯性，还保持和航天飞机具有共同的线速度，所以航天员依然满足地球对其万有引力充当向心力，因此航天员仍然按原轨道做匀速圆周运动，所以D选项正确，ABC错误。
故本题选D
6．A
【解析】（1）a物体和c星比较，它们的角速度都与地球自转角速度相同，根据，半径大的线速度大，故a的线速度小于c的线速度，A正确；
（2）根据万有引力公式，，由于b星和c星质量关系不清楚，所以吧星受到的万有引力不一定大于c星的万有引力，B错误；
（3）卫星c为同步卫星，周期与a物体的周期相等，根据万有引力提供向心力：，，b星轨道半径小于c星，故b星周期小与c星，即b星周期小与a物体，C错误；
（4）b星减速后要做近心运动，所以不可能进入c卫星运行的轨道，D错误。
故本题选A
【点晴】（1）根据线速度和角速度的关系，可以比较a物体和c星的线速度大小；
（2）质量关系不明，所以无法准确判断b星和c星受到地球万有引力的大小关系；
（3）因为a物体和c星均与地球同步，角速度相等，所以比较a物体和b星的周期关系，可以转化为比较c星和b星的周期大小；
（4）在卫星变轨过程中，从低轨道向高轨道运动，需要反冲加速；
7．D
【解析】设A、B星体的质量分别为和，它们围绕同一点做匀速圆周运动的轨道半径分别为和，双星间距离始终保持不变，则，双星运动的角速度和周期相等，则，又根据牛顿第二定律，双星间万有引力提供它们各自的向心力，即，，联立上述各式得：，故根据已知题设条件，只能求出A星和B星的总质量，所以本题选D。
【点睛】）（1）因为不知道A、B星体各自的质量和半径，故无法知道密度；（2）由题设条件只能求得，但两星体各自的质量无法求得，所以半径大小不可计算；（3）根据万有引力充当向心力，可得双星得周期公式：，可求得两星体得总质量。
8．B
【解析】由题意可以知道该卫星运动的线速度和角速度分别为：，
卫星绕行星做匀速圆周运动，它们直接的万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得：
又因为
联立得：。故本题选B
【点睛】（1）根据线速度和角速度的定义可求出该卫星做匀速圆周运动的线速度和角速度；（2）由线速度和角速度的关系，可以求出卫星环绕行星运动的轨道半径；（3）由万有引力提供向心力，可列牛顿第二定律方程，求出中心天体（行星）的质量。
9．C
【解析】按照粒子与各种相互作用的不同关系，把粒子分为三大类，即强子、轻子和媒介子．
10．C
【解析】由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知：
轨道半径R＝＝∝p，
所以＝＝
即pπ－＝pK－.
又由动量守恒定律pK－＝pπ0－pπ－.
得pπ0＝pK－＋pπ＝pK－
所以＝.
11．上夸克间静电力F＝46 N，为斥力
上、下夸克间静电力为23 N，为吸力
【解析】质子带电为＋e，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的．按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为
Fuu＝k＝k
代入数值解得Fuu＝46 N，为斥力
上、下夸克之间的静电力F′ud＝k＝k
代入数值解得：F′ud＝23 N，为吸引力．
12．（1）T= （2）1×1010年
【解析】（1）由于爆炸后各星体做的是匀速运动,令宇宙年龄为T,则星球现距我们的距离为r=vT=HrT,得:T=。
（2）T==1×1010年。
13．u d
【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＋e和反夸克带＋e合成电荷量为e，那么π＋介子就是由夸克u和反夸克组成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克组成．
14．短
【解析】
【详解】
[1]由图看出，恒星的寿命与太阳质量的比值越大，恒星寿命越短，而太阳的质量作为定值，则知恒星的质量越大，寿命越短；
[2]当图象中横坐标为1时，此恒星即为太阳，由图读出太阳的寿命约为10×10亿年=100亿年；恒星的质量为太阳质量的1.8倍，恒星对应纵轴的数值是30亿年年。