人教版高二选修3-5 第十九章 第8节粒子和宇宙 课时练习

一、多选题

1. 难度：简单

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，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷. 下列说法正确的是

	π^+	π^-	u	d
带电荷量	+e	-e	+e	-e	-e	+e

A.π⁺由u和组成 B.π⁺由d和组成 C.π^-由u和组成 D.π^-由d和组成

二、单选题

2. 难度：简单

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夸克带的电荷量为e,d夸克带的电荷量为e,e为元电荷,下列论断中可能正确的是（ ）

A.质子由1个u夸克和2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2个u夸克和1个d夸克组成

3. 难度：简单

关于天体及其演化，下列说法正确的是（   ）

A.恒星就是永恒不变的星球

B.恒星的寿命随其质量的增大而增大

C.红巨星最终一定会变成中子星

D.超新星爆发后可能形成中子星

4. 难度：简单

关于恒星，下列说法正确的是（   ）

A.质量越大的恒星，寿命越短

B.体积越大的恒星，亮度越大

C.红色恒星的温度比蓝色恒星的温度高

D.恒星发光、发热主要来自于恒星内部的化学反应

5. 难度：简单

推理是研究和学习物理的一种重要方法，正电子、负质子、反中子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子、中子相比较，质量相等，电荷量相等电性相反（中子和反中子都不带电）.科学家已经发现反氦原子（已知氦原子核中有两个质子和两个中子）.你推测反氦原子的结构可能是（   ）

A.由两个带负电的质子和两个带正电的电子构成

B.由两个带负电的质子、两个电子和两个中子构成

C.由两个质子、两个电子和两个中子构成

D.由两个带负电的质子、两个带正电的电子和两个不带电的中子构成

三、解答题

6. 难度：中等

某一年，7颗人造卫星同时接收到来自远方的中子星发射的γ光子，经分析确认，1个负电子和1个正电子湮灭时放出2个频率相同的γ光子．已知负电子、正电子的静止质量m₀=9.1×10^－31 kg，又已知静止质量为m₀的粒子，其能量E和湮灭前的动量p满足关系.式中c为光速，若负电子、正电子的动量为零，(普朗克常量h=6.63×10^－34 J·s)，求

（1）写出湮灭的核反应方程；

（2）用动量的有关知识说明上述核反应不可能只放出一个光子；

（3）计算出γ光子的频率．

四、单选题

7. 难度：简单

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

8. 难度：困难

质子和中于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：

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图示中正确的是（  ）

A.  B.

C.  D.

五、填空题

9. 难度：简单

现在，科学家们正在设法探寻“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等的电荷量，但电荷的符号相反．据此，若有反α粒子，它的质量数为_____________，电荷数为_____________．

六、多选题

10. 难度：简单

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（如下表）.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.（）

符号	中文名称	带电荷量（）	质量（）
u	上夸克		0.004
d	下夸克		0.008
c	粲夸克		1.5
s	奇异夸克		0.15
t	顶夸克		176
b	底夸克		4.7

根据以上信息可以判定（   ）

A.欧米伽b重子带的电荷为

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.由质能方程得知

七、解答题

11. 难度：中等

在反应过程中：

①若质子认为是静止的，测得正电子动量为p₁，中子动量为p₂，p₁、p₂方向相同，求反中微子的动量p．

②若质子质量为m₁，中子质量为m₂，电子质量为m₃，m₂>m₁．要实现上述反应，反中微子能量至少是多少？（真空中光速为c）

八、多选题

12. 难度：简单

下列说法正确的是（   ）

A.目前还未发现媒介子、轻子和夸克这三类粒子的内部结构

B.自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对基本粒子不适用

C.反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象

D.强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子

九、单选题

13. 难度：困难

太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子．若在衰变过程中μ子的速度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μ子同方向

B.一定与μ子反方向

C.一定与μ子在同一直线上

D.不一定与μ子在同一直线上

14. 难度：简单

关于粒子，下列说法正确的是（    ）

A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子

B.强子都是带电粒子

C.夸克模型是探究三大类粒子结构的理论

D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位

十、多选题

15. 难度：简单

在一定条件下，让质子获得足够大的速度，当两个质子p以相等的速率对心正碰，将发生下列反应：，其中是反质子（反质子与质子质量相等，均为，且带一个单位负电荷），则下列关于该反应的说法正确的是（   ）

A.反应前后系统的总动量均为零

B.反应过程中系统的能量守恒

C.根据爱因斯坦质能方程可知，反应前每个质子的能量至少为

D.根据爱因斯坦质能方程可知，反应后单个质子的能量可能小于

16. 难度：中等

中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它曾由航天飞机携带升空，将安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质。反物质即质量与原粒子相等，带电量与原粒子相等但电性相反的物质，如反质子即为H。假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，沿OO′穿过速度选择器后进入匀强磁场B₂形成4条径迹，下列说法正确的是      (        )

A.1、2是反粒子的径迹 B.3、4为反粒子的径迹

C.2为反α粒子径迹 D.4为质子径迹

十一、单选题

17. 难度：简单

按照恒星演化的不同阶段分类，太阳目前属于（   ）

A.原恒星 B.白矮星 C.红巨星 D.主序星

18. 难度：简单

在宇宙诞生过程中，产生了如下粒子：①光子、中微子、电子等大量轻子；②氘核、氚核.氦核等轻核；③夸克、轻子、胶子等粒子；④质子和中子等强子；⑤电子、质子、氨核的混合电离气体；⑥电子.质子复合成为中性氢原子，根据宇宙大爆炸理论，以上粒子形成的先后顺序是

A.①②③④⑤⑥ B.③①④②⑤⑥

C.③④①②⑤⑥ D.①③④②⑥⑤

19. 难度：中等

介子方程为，其中介子和介子是带负电的基元电荷，介子不带电。一个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，衰变后产生的介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径与之比为21，如图所示，介子的轨迹未画出，由此可知介子的动量大小与介子的动量大小之比为 （ ）

A.11 B.12 C.13 D.16

十二、解答题

20. 难度：简单

科学家发现太空中的射线一般都是从很远的星体放射出来的.当射线爆发时，在数秒钟内所产生的能量相当于太阳在过去100亿年所产生的能量总和的1000倍左右，大致相当于将太阳的全部质量转变为能量的总和.科学家利用超级计算机对射线的状态进行了模拟，经模拟发现射线爆发是起源于一个垂死的星球的“坍缩”过程，只有星球“坍缩”时，才可以发出这么巨大的能量.已知太阳光照射到地球上大约需要8分20秒的时间，由此来估算在宇宙中，一次射线爆发所放出的能量（引力常量，1年时间约为，，真空中光速）

21. 难度：简单

太阳内部的核聚变可以释放出大量的能量，这些能量以电磁辐射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达.

（1）估算一下太阳每秒钟损失的质量；

（2）设太阳上的核反应都是.这种形式的反应（是中微子，其质量远小于电子质量，是穿透能力极强的中性粒子）.太阳与地球距离， 太阳光垂直照射在地球表面上.试估算每秒钟、每平方米有多少中微子到达地球表面？

（3）假设原始太阳全部由质子和电子组成，并且只有10%的质子可供“燃烧”，试估算太阳的寿命，（太阳质量为，质子质量为）

22. 难度：中等

天文学家测得银河系中氦的含量约为25%,有关研究表明,宇宙中氦生成的途径有两种:一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的;二是在宇宙演化到恒星诞生后,由恒星内部氢核聚变反应生成的。

（1）把轻核聚变反应简化为4个氢核（H）聚变成氦核（He）,同时放出两个正电子（e）和两个中微子（ν）,请写出氢核聚变反应的方程式,并计算一次反应释放的能量。

（2）研究表明,银河系的年龄约为t=3．8×10¹⁷s,每秒钟银河系产生的能量约为1×10³⁷J（即P=1×10³⁷J/s）,现假定该能量全部来自于上述轻核聚变反应,试估算银河系中氦的质量（最后结果保留一位有效数字）。

（3）根据你的估算结果,对银河系中氦的主要生成途径作出判断。

〔可能用到的数据:银河系质量为M=3×10⁴¹kg,原子质量单位1u=1．66×10^-27kg,1u相当于1．5×10^-10J的能量,电子质量M_e=0．0005u,氦核质量M_α=4．0026u,氢核质量M_H=1．0078u,中微子（ν）质量为零。〕