第8节 粒子和宇宙
1．“基本粒子”不基本．
直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来发现了电子、质子和中子，又认为它们是组成物质的基本粒子．现在已发现粒子有400余种，有些也具有复杂的内部结构．
2．发现新粒子．
(1)新粒子：20世纪30年代人们对宇宙射线的研究发现一些新粒子，人们用高能加速器进行实验发现更多新粒子，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、反粒子等．
(2)粒子分类：按照粒子与各相互作用关系，可以将粒子分为媒介子、轻子和强子三大类．
强子是参与强相互作用的粒子，强子又分为介子和重子两类．
轻子共发现6种，分别是电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子．媒介子是传递各种相互作用的粒子，如光子、中间玻色子、胶子等．
3．夸克模型．
许多事实表明，强子是有内部结构的．组成强子的内部成分叫夸克．夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克，它们带的电荷分别为元电荷的＋或－．每种夸克都有对应的反夸克．
4．宇宙的演化．
研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论是相互沟通、相互支撑的，从大爆炸开始的不同时间里，对应的温度不同，组成宇宙的物质不相同．
5．恒星的演化．
当温度降到3_000_K时，中性原子组成的宇宙尘埃在万有引力作用下，尘埃收缩凝集，引力势能转化为内能，温度升高，开始发光形成了恒星，当恒星核能耗尽时，进入末期，恒星的末期形态主要有：白矮星、中子星或黑洞．
1．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．u夸克带电量为e，d夸克带电量为－e，e为基元电荷．下列论断可能正确的是(B)
4
A．质子由1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
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1个u夸克和1个d夸克组成
解析：原子带电量为2×e＋＝e.
中子10n带电量为e＋2×＝0.
2．(多选)雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的中微子()而获得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615吨四氯乙烯()溶液的巨桶，中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为 .已知核的质量为36.956 58 u，核的质量为36.956 91 u，的质量为0.000 55 u，1 u质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上信息，可以判断(AD)
A．中微子不带电
B．中微子就是中子
C．和是同位素
D．参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82 MeV
解析：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，可以判断中微子所带电荷数是零，质量数是零，故A项正确；而中子的质量数是1，故B项错误；同位素是电荷数相等，质量数不等的同种元素，而和是两种不同的元素，故C项错误；由爱因斯坦质能方程得中微子的质量m＝(0.000 55＋36.956 91－36.956 58)＝0.000 88 u，而1 u质量对应的能量为931.5 MeV，所以中微子的最小能量是E＝931.5×0.000 88≈0.82 (MeV)，故D项正确．
3．关于太阳，下列说法正确的是(C)
A．太阳不断释放的能量来自于其内部的化学反应
B．太阳处在银河系中心
C．太阳表面温度几千度，发出白光
D．现在的太阳按恒星类型划分属于巨星，按恒星演化划分处在诞生期
解析：太阳内部进行的是热核反应；太阳位于太阳系的中心，太阳现在处于壮年．太阳内部进行的是热核反应．故A错误；太阳系不是处于银河系的中心，处于太阳系的中心．故B错误；太阳表面温度约几千度，发出白光．故C正确；太阳已经稳定燃烧了50亿年，目前它正处于壮年，要再过50亿年才会燃尽自己的核燃料．故D错误．
4
4．一颗恒星的寿命取决于它的(B)
A．光度 B．质量
C．直径 D．温度
解析： 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．
5．每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义．假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将(A)
A．向东偏转 B．向南偏转
C．向西偏转 D．向北偏转
解析：赤道附近的地磁场方向水平向北，一个带正电的射线粒子竖直向下运动时，据左手定则可以确定，它受到水平向东的洛伦兹力，故它向东偏转，A正确．
6．“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)，并放出一个中微子的过程．中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子．下列关于该过程的说法正确的是(AB)
A．母核的质量数等于子核的质量数
B．母核的电荷数大于子核的电荷数
C．子核的动量大小等于中微子的动量大小
D．子核的动能大于中微子的动能
7. (多选)据报道，最近科学家发现一个遥远的太阳系“孪生”星系，该星系中有一颗距地球5 000光年、体积是太阳一半体积的恒星“OGLE－2006－BLG－109L”，恒星的周围有两颗非常类似于木星和土星的行星环绕．若两颗行星环绕恒星的运动可视为匀速圆周运动，已知引力常量G，并测出了某颗行星的轨道半径r和运行周期T，仅利用这三个数据，可推算出(AD)
A．恒星的质量
B．该行星的质量
C．恒星表面的重力加速度
D．该行星绕恒星运行速度的大小
解析：根据万有引力提供向心力和万有引力等于重力表示选项中的物理量，看是否表达式中都是已知量．以某行星为研究对象，根据万有引力提供向心力：，行星的质量约掉不能求出，故A正确B错误；以恒星表面的物体为研究对象，万有引力等于重力：＝mg，得g＝，不知道恒星的半径，故无法计算重力加速度，C错误；以某行星为研究对象，根据万有引力提供向心力：，由A知恒星的质量M可求出，则运行速度v可以计算出，D正确．
4
8．下列关于恒星的叙述，不正确的是(B)
A．恒星根据体积从大到小依次是超巨星、巨星、中型星、白矮星、中子星
B．恒星表面颜色越红，说明它的温度越高
C．恒星的组成成分可以通过光谱分析得出
D．恒星的质量可以通过万有引力计算天体运动得出
解析：恒星根据体积从大到小依次是超巨星、巨星、中型星、白矮星、中子星，故A正确；恒星表面颜色越红，说明它的温度越低，故B错误；恒星的组成成分可以通过光谱分析得出，故C正确；根据天体做圆周运动，由万有引力提供向心力可以计算恒星的质量．故D正确．
9. (多选)有关恒星下列说法正确的是(AC)
A．一颗恒星的寿命取决于它的质量
B．质量大的恒星可用以燃烧的核燃料较多，因此它们的寿命比较长
C．当恒星步入“老年时期”，恒星的核心将开始收缩，而其外层部分则开始膨胀就会成为一颗红色的巨星或超巨星
D．巨星和超巨星不可能爆炸成为超新星
解析：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A正确，B错误；当恒星步入“老年时期”，恒星的核心将开始收缩，而其外层部分则开始膨胀就会成为一颗红色的巨星或超巨星，故C正确；巨星和超巨星可能爆炸成为超新星，故D错误．
10．我们观察到的恒星有超巨星、巨星、中型星、____________星和中子星．利用恒星质量和寿命图，如图所示，估计一颗质量为太阳0.6倍的恒星能存在____________年．
解析：根据恒星演化的顺序填写；题中图象反映了恒星的寿命与太阳质量的比值与恒星寿命的关系，太阳质量作为定值，即可分析恒星的寿命与其质量的关系．我们观察到的恒星有超巨星、巨星、中型星、白矮星和中子星．利用恒星质量和寿命图得一颗质量为太阳0.6倍的恒星对应纵轴的数值是140亿年．
答案：白矮 140亿
4
微信/支付宝扫码支付