《粒子物理学简介（选学）》学案.docVIP

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3.7《粒子物理学简介（选学）》学案

学习目标

1．了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史

2．初步了解加速器的发展

学习重点

了解构成物质的粒子和加速器

预习巩固

1.K－介子衰变的方程为K－―→π－＋π0.其中K－介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电.如图3-6、7-3所示的1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的动量的大小之比为（）

图3-6、7-3

A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.1∶6

解析带电粒子K－与π－在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力Bqv＝eq\f(mv2,R)得R＝eq\f(mv,Bq)＝eq\f(p,Bq)，K－介子与π－介子带电量相同，故运动的半径之比等于动量之比pK－∶pπ－＝RK－∶Rπ－＝2∶1

在衰变后π－介子与π0介子动量方向相反，设K－介子的动量为正，则π－介子动量为负值，由动量守恒pK－＝－pπ－＋pπ0

则pπ－∶pπ0＝1∶3故A、B、D错，C对.

答案C

2.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

解析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.

答案A

3.现在，科学家们正在设法寻找“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同的电量，但电荷的符号相反.据此，反α粒子为（）.

A.eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(－4,2)HeC.eq\o\al(－4,－2)HeD.eq\o\al(4,－2)He

解析这类问题在前两年的高考中经常出现.根据题目中的描述，结合α粒子的特点很容易选出正确选项为D.

答案D

4.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图图3-6、7-4所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（）

图3-6、7-4

A.离子由加速器的中心附近进入加速器

B.离子由加速器的边缘进入加速器

C.离子从磁场中获得能量

D.离子从电场中获得能量

解析回旋加速器的工作原理是使离子在两个D形盒的缝隙中受电场力加速，在D形盒的内部受洛伦兹力作匀速圆周运动，在磁场中所受的洛伦兹力不做功因此选项C错、D正确.随着加速次数的增加，离子的能量越来越大，速度越来越大，由r＝eq\f(mv,qB)可知离子的圆周运动半径越来越大，最后从加速器的边缘飞出加速器，因此选项B错、A正确.

答案AD

5.1989年初，我国投入运行的高能粒子回旋加速器可以把电子的能量加速到2.8GeV；若改用直线加速器加速，设每级的加速电压为U＝2.0×105V，则需要几级加速？

解析设经n级加速，由neU＝Ek有n＝eq\f(Ek,eU)＝1.4×104(级).

答案1.4×104(级)

6.正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电量相等，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.1000秒并不太长，但对于欧洲核子研究中心(CERN)反氢激光物理装置(ALPHA)项目的物理学家来说，却是4个数量级的重大突破.据美国物理学家组织网2011年5月4日报道，CERN此前的记录是捕获了38个反氢原子并保持了172毫秒，而本次实验捕获了309个反氢原子并保持了1000秒，如图3-6、7-1所示，为进一步证明反物质属性铺平了道路，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（）

图3-6、7-1

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

解析由题目中所给的信息知，物质与反物质的质量相同，电荷量相同，而电性相反，所以选B.

答案B

7.美国《科学》杂志评