5.5 粒子物理发展概况——高二物理教科版（2019）选择性必修三同步课时作业
1.“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，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
2.现已发现的粒子达400多种。它们大体可被分为哪几种类别( )
A.光子、夸克、强子、质子
B.夸克、轻子、强子、电子
C.规范玻色子、希格斯玻色子、轻子、强子
D.质子、中子、电子、光子
3.德国玄姆霍兹重离子研究中心在粒子加速器中，用由20个质子和28个中子组成的Ca，轰击含有97个质子和152个中子的Bk，生成了拥有117个质子的新原子Ts。其中的一部分Ts中含有176个中子，另一部分Ts中含有177个中子。由以上信息可知( )
A.元素Ts的一种同位素是Ts292 B.该反应过程中可能放出3个质子
C.该反应过程中可能放出4个中子 D.该反应过程中可能放出3个α粒子
4.碘-131是一种碘的放射性同位素，半衰期为8.02070d，主要来源于核工业及核技术应用、核试验落下灰、核事故释放等，也可在反应堆中以慢中子轰击Te-130或在回旋加速器中以氘轰击Te-130来制得。已知碘核的衰变方程为，碘-131的比结合能为，Xe-131的比结合能为，下列说法正确的是( )
A.以慢中子轰击Te-130生成碘-131的过程为核聚变反应
B.碘-131衰变产生的β射线来自原子的核外电子
C.200个碘-131经过8.02070d还剩余100个
D.一个碘-131衰变释放的能量为
5.用回旋加速器加速质子，轰击，可得到同位素，且生成物中包含一个质子。不稳定，能够俘获它的一个核外电子，同时放出γ射线，是一种典型的γ射线源，在医学上常用做示踪元素，向患者注射含有的药品后，通过γ相机可以观测患者心肌血流情况。下列说法正确的是( )
A.俘获一个核外电子后质量数和电荷数都不变
B.放出γ射线后变成
C.γ射线穿透能力较弱
D.转变为时释放出2个中子
6.北京正负电子对撞机，是我国的一座重大科学装置。正负电子对撞机是一种高能物理实验设备，它的作用是通过将正电子和负电子加速到接近光速，然后让它们碰撞，以探索宇宙的基本结构和性质。动能大小均为的一对正负电子相向运动发生对撞并发生湮灭，产生一对光子。已知正、负电子的静止质量均为m，光在真空中的传播速度为c，则所产生的一个光子的动量大小为( )
A. B. C. D.
7.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、氦核的混合电离气体；
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
8.下列关于恒星体积大小由大至小排列正确的是( )
A.白矮星超巨星巨星中子星 B.中子星白矮星超巨星巨星
C.超巨星巨星白矮星中子星 D.超巨星巨星中子星白矮星
9.形成目前宇宙的原始火球特征为( )
A.温度很高、密度很小，体积很小 B.温度很低、密度很大，体积很小
C.温度很高、密度很大，体积很小 D.温度很低、密度很小，体积不断变动
10.晴朗的夜空繁星闪烁，有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝关于“红星”和“蓝星”表面的温度，下列说法正确的是( )
A.恒星表面的温度越高，表面颜色越偏红，所以“红星”表面的温度高
B.恒星表面的温度越高，表面颜色越偏蓝，所以“蓝星”表面的温度高
C.“红星”和“蓝星”表面的温度一样高
D.恒星的表面颜色与其表面温度无关
11.关于宇宙的起源与恒星的演化，下列说法正确的是( )
A.恒星就是永恒不变的星球
B.所有的恒星最终都会成为黑洞
C.太阳系是银河系的中心
D.目前，我们所处的宇宙是在不断地膨胀的
12.关于大爆炸宇宙模型的下列说法正确的是( )
A.宇宙起源于一个特殊的点，这个点大爆炸，是空间的开始
B.宇宙起源于一个特殊的点，在这个点爆炸之前时间已经存在
C.宇宙大爆炸后空间膨胀一定会一直持续下去，永不停止
D.宇宙起源的“奇点”温度无穷低，密度无穷大
13.如果一粒子的质量为其静止时的质量的100倍，该粒子必须以多大的速率运动？(光速为c)
14.如果某恒星的周年视差为0.11秒角，地球和太阳间的平均距离为。试估算该恒星离我们的距离。
15.下图是恒星质量和寿命的关系图，请估计一颗质量为太阳1.5倍的恒星能存在多久？―颗寿命约为140亿年的恒星，其质量约为太阳的多少倍？
答案以及解析
1.答案：B
解析：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。
2.答案：C
解析：按照粒子与各种相互作用的关系，大体可以把粒子分为四大类，即强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子，所以选项C正确。
3.答案：C
解析：Ts有117个质子，176个中子或者177个中子，所以Ts293、Ts294为元素Ts的同位素，A错误；根据核反应中的质量数、电荷数守恒可知该反应过程中放出4个或3个中子，所以C正确，B、D错误。
4.答案：D
解析：A.以慢中子轰击Te-130生成碘-131的过程为原子核的人工转变，故A错误；B.碘-131衰变产生的射线来自原子核内部中子裂变成质子和电子，故B错误；C.半衰期是大量粒子的统计规律，200个碘-131经过8.02070d不一定还剩余100个，故C错误；D.碘-131的比结合能为，Xe-l31的比结合能为，一个碘-131衰变释放的能量为，故D正确。故选D。
5.答案：D
解析：AB.俘获它的一个核外电子，同时放出γ射线后，电荷数减少1，故AB错误；
C.γ射线的穿透能力很强，故C错误；
D.质子轰击得到同位素，方程为
放出2个中子才满足质量数守恒，故D正确。
故选D。
6.答案：D
解析：设光子的动量为p，根据能量守恒有
而光子的能量为
则
故选D。
7.答案：C
解析：根据宇宙大爆炸理论，宇宙形成之初是粒子家族，其后产生了夸克、轻子、胶子等粒子，然后按强子时代，轻子时代，核合成时代，混合电离气体，中性氢原子的顺序演化，选项C正确。
8.答案：C
解析：超巨星的体积非常大，它的半径通常是太阳的20~500倍，甚至超过太阳的1000倍；巨星的体积很大，它的半径通常是太阳的10~100倍；白矮星是体积小，亮度低，但质量大，密度极高；中子星体积很小，质量却很大，它们的体积大小由大至小依次为：超巨星、巨星、白矮星、中子星，C正确，ABD错误；
故选C。
9.答案：C
解析：形成目前宇宙的原始火球特征为温度很高、密度很大，体积很小。
故选C。
10.答案：B
解析：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。
故选B。
11.答案：D
解析：A.随着热核反应的不断进行，恒星不断地演化，恒星并不是永恒不变的星球，A错误；
B.只有质量足够大的恒星才能最终演化为黑洞，B错误；
C.太阳系在银河系中猎户座旋臂的位置上，并不是银河系的中心，C错误；
D.根据科学研究和天文学观测，整个宇宙在不断膨胀，D正确。
故选D。
12.答案：A
解析：D.根据大爆炸宇宙模型，宇宙起源于“奇点”，该“奇点”温度无穷高，密度无穷大，认为该点拥有无穷的能量，但体积无穷小，故D错误；
C.宇宙爆炸后，急剧膨胀，宇宙未来的演化有两种可能，一是持续膨胀，另一种是膨胀到极限后又收缩成一个新的“奇点”，故C错误；
AB.“奇点”爆炸是宇宙的始点，既是时间的起点又是空间的始点，故A正确，B错误。
故选A。
13.答案：
解析：设当粒子的速率为v时才有
由相对论质量公式根据
解得
14.答案：29.6ly
解析：画出示意图，如图所示
秒角是把天空中一度角分成60等份，每等份再分成60等份，称为秒角，中的θ采用弧度制，而秒角属于角度制，还需将其转化为弧度制后方可代入计算，则有
一光年的距离为
所以
15.答案：50亿年；0.5倍
解析：从恒星质量与寿命的关系图中可见太阳的寿命为亿年。可在图中得到质量为太阳质量1.5倍的恒星能存在50亿年；
寿命为140亿年的恒星其恒星的质量与太阳质量的比值质量约为太阳的0.5倍。
