专题5.5 基本粒子（两大题型）-2024-2025学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第三册）

专题4.5 “基本”粒子（两大题型） 知识点1 粒子的波动性 知识点2 量子力学的建立与应用 题型一：强子、轻子和媒介子 题型二：夸克模型 作业 巩固训练 “基本”粒子 知识点1 一、“基本”粒子 1、德布罗意波 直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子。 随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构。 2、发现新粒子 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介子及以后的超子等。 3、粒子分类 强子：参与强相互作用的粒子，质子和中子都是强子。 轻子：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。 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。 希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。 二、夸克模型 1、夸克 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，这种成分叫做夸克。 2、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)。 3、夸克所带电荷 夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－或＋.例如，上夸克带的电荷量为＋，下夸克带的电荷量为－。 4、意义 电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。 【易混易错警示】 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。 题型一：强子、轻子和媒介子 【典例1-1】关于粒子，下列说法中正确的是（　　） A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子 B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用 C．强子、轻子都由夸克组成 D．许多粒子都存在反粒子 【答案】D 【详解】A．质子、中子本身有复杂结构，故A错误； B．τ子的质量比核子的质量大，但它属于轻子，不参与强相互作用，故B错误； C．现代实验还没有发现轻子的内部结构，故C错误； D．宇宙中的许多粒子都存在反粒子，故D正确。 故选D。 【变式1-1】反粒子就是质量与粒子相等，电荷量与粒子相等但电性相反的粒子，例如，反质子为H。假若分别使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子以相同速度v沿OO′方向进入匀强磁场B2，形成图中的4条径迹，则（　　） A．3是反质子径迹 B．3、4为反粒子径迹 C．2为反α粒子径迹 D．1为反α粒子径迹 【答案】C 【详解】AB．由左手定则判定质子、α粒子受到洛伦兹力向右偏转，反质子、反α粒子向左偏转，故AB错误； CD．进入匀强磁场B2的粒子具有相同的速度，由偏转半径 知反α粒子、α粒子在磁场中的轨迹半径大，即2为反α粒子径迹，故C正确，D错误。 故选C。 题型二：夸克模型 【典例1-2】“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”获得2023年诺贝尔物理学奖。已知1阿秒等于10-18s，则光在真空中1阿秒时间内运动的距离与下列微粒尺度最接近的是（    ） A．夸克 B．氢原子 C．尘埃 D．乒乓球 【答案】B 【详解】真空中光经过1阿秒前进的距离为 夸克的尺寸约为，氢原子的尺寸约为，尘埃的尺寸约为，乒乓球的尺寸约为，故光在真空中1阿秒时间内运动的距离与下列微粒尺度最接近的是氢原子的尺寸。 故选B。 【变式1-2】已知介子、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。 u d 带电荷量 下列说法正确的是（　　） A．由u和组成 B．由和d组成 C．由u和组成 D．由和d组成 【答案】D 【详解】根据各种粒子带电情况，的带电荷量为，故由u和组成；的带电荷量为，故由和d组成。 故选D。 多选题 1．下列叙述正确的是（　　） A．强子是参与强相互作用的粒子 B．轻子是不参与强相互作用的粒子 C．目前发现的轻子只有4种 D．许多粒子都有自己的反粒子 【答案】ABD 【详解】AB．由粒子的特性可知，强子是参与强相互作用的粒子，轻子是不参与强相互作用的粒子，故AB正确； C．目前发现的轻子有6种，故C错误； D．许多粒子都有自己的反粒子，反粒子与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，故D正确。 故选ABD。 2．下列说法正确的是（　　） A．强子、轻子和媒介子是不可再分的最小粒子 B．强子内部也有结构，由更基本的夸克组成 C．夸克所带的电荷量为元电荷的或 D．每种夸克都存在相对应的反夸克 【答案】BCD 【详解】AB．强子内部也有结构，由更基本的夸克组成，所以强子还可以再分，A错误，B正确； C．夸克的电荷量分别为元电荷的或，C正确； D．每种夸克都存在相对应的反夸克，D正确。 故选BCD。 3．已知π+、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，质子、中子都是由三个夸克组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。下列说法正确的是（　　）      π+ π﹣ 带电量 A．π+由和组成 B．π﹣由和组成 C．质子由2个和1个组成 D．中子由2个和1个组成 【答案】ABD 【详解】A．由题意可知，π+带电量为+e，则由和组成，A正确； B．π﹣由d和组成，B正确； CD．中子由2个和1个组成，C错误，D正确。 故选ABD。 4．下列所述正确的是（　　） A．强子是参与强相互作用的粒子 B．轻子是不参与强相互作用的粒子 C．胶子是轻子中的一种粒子 D．微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用 【答案】ABD 【详解】A．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子，故A正确； B．轻子是不参与强相互作用的粒子，电子是最早发现的轻子，故B正确； C．胶子是负责在两个夸克之间传递强作用力的基本粒子，类似光子负责在两个带电粒子之间传递电磁力一般，胶子无质量，可知胶子不是轻子，故C错误； D．粒子之间的基本相互作用是通过交换某种粒子来传递的，即基本相互作用都是由媒介粒子传递的，这类媒介粒子统称为规范玻色子，即微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用，故D正确。 故选ABD。 5．在粒子的分类中的规范玻色子包括有：（　　） A．轻子 B．光子 C．胶子 D．中微子 【答案】BC 【详解】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；轻子是指不参与强相互作用的费米子，轻子包括电子、μ子、τ粒子和与之相应的中微子。 故轻子和中微子不属于规范玻色子。光子和胶子属于规范玻色子。 故选BC。 6．质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量分别为±或±e，电荷量e为元电荷。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法正确的是（　　） A．上夸克的电荷量为＋ B．下夸克的电荷量为- C．上夸克的电荷量为- D．下夸克的电荷量为＋ 【答案】AB 【详解】根据质子带电荷量为＋e和中子不带电，设上、下夸克的电荷量分别为q1、q2，则有 2q1＋q2=＋e q1＋2q2=0 解得 q1=＋ q2=- 故选AB。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题4.5 “基本”粒子（两大题型） 知识点1 粒子的波动性 知识点2 量子力学的建立与应用 题型一：强子、轻子和媒介子 题型二：夸克模型 作业 巩固训练 “基本”粒子 知识点1 一、“基本”粒子 1、德布罗意波 直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子。 随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构。 2、发现新粒子 新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子及以后的超子等。 3、粒子分类 强子：参与强相互作用的粒子，质子和中子都是强子。 轻子：不参与强相互作用。电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子。 规范玻色子：是传递各种相互作用的粒子，如光子，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。 希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。 二、夸克模型 1、夸克 1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克。 2、种类 上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。 3、夸克所带电荷 夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－或＋.例如，上夸克带的电荷量为＋，下夸克带的电荷量为－。 4、意义 电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。 【易混易错警示】 粒子物理标准模型是一整套关于粒子的理论．其中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。 题型一：强子、轻子和媒介子 【典例1-1】关于粒子，下列说法中正确的是（　　） A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子 B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用 C．强子、轻子都由夸克组成 D．许多粒子都存在反粒子 【变式1-1】反粒子就是质量与粒子相等，电荷量与粒子相等但电性相反的粒子，例如，反质子为H。假若分别使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子以相同速度v沿OO′方向进入匀强磁场B2，形成图中的4条径迹，则（　　） A．3是反质子径迹 B．3、4为反粒子径迹 C．2为反α粒子径迹 D．1为反α粒子径迹 题型二：夸克模型 【典例1-2】“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”获得2023年诺贝尔物理学奖。已知1阿秒等于10-18s，则光在真空中1阿秒时间内运动的距离与下列微粒尺度最接近的是（    ） A．夸克 B．氢原子 C．尘埃 D．乒乓球 【变式1-2】已知介子、介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。 u d 带电荷量 下列说法正确的是（　　） A．由u和组成 B．由和d组成 C．由u和组成 D．由和d组成 多选题 1．下列叙述正确的是（　　） A．强子是参与强相互作用的粒子 B．轻子是不参与强相互作用的粒子 C．目前发现的轻子只有4种 D．许多粒子都有自己的反粒子 2．下列说法正确的是（　　） A．强子、轻子和媒介子是不可再分的最小粒子 B．强子内部也有结构，由更基本的夸克组成 C．夸克所带的电荷量为元电荷的或 D．每种夸克都存在相对应的反夸克 3．已知π+、π﹣介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，质子、中子都是由三个夸克组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。下列说法正确的是（　　）      π+ π﹣ 带电量 A．π+由和组成 B．π﹣由和组成 C．质子由2个和1个组成 D．中子由2个和1个组成 4．下列所述正确的是（　　） A．强子是参与强相互作用的粒子 B．轻子是不参与强相互作用的粒子 C．胶子是轻子中的一种粒子 D．微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用 5．在粒子的分类中的规范玻色子包括有：（　　） A．轻子 B．光子 C．胶子 D．中微子 6．质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量分别为±或±e，电荷量e为元电荷。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法正确的是（　　） A．上夸克的电荷量为＋ B．下夸克的电荷量为- C．上夸克的电荷量为- D．下夸克的电荷量为＋ / 学科网（北京）股份有限公司 $$