"Элементарные частицы". Контрольная работа. 11 класс
учебно-методический материал по физике (11 класс) на тему

Элементарные частицы. Контрольная работа. 11класс.

1 вариант

1. Элементарная частица пи-нуль-мезон π0 распадается на два γ - кванта. Найдите частоту γ- излучения, если масса покоя этой частицы равна 264,3 массам электрона.
2. Какие частицы называются элементарными?
3. Какие частицы состоят из кварков?
4. Какие частицы называются истинно нейтральными?
5. Как определить заряд частицы в камере Вильсона?
6. Каков главный факт существования элементарных частиц?
7. Перечислите все стабильные элементарные частицы.
8. Что является переносчиком гравитационного взаимодействия?
9. За счёт чего осуществляется взаимодействие между протонами и нейтронами при сильном взаимодействии?
10. Что такое кварки?
11. Какие частицы называются частицами-резонансами?
12. Записать реакцию  бета-распада радиоактивных ядер, обусловленную слабым взаимодействием.
13. Что понимают под антивеществом?
14. При аннигиляции медленно движущихся электрона и позитрона образовались два

 γ-квантa. Под каким углом друг от друга они разлетелись? Какая частота γ-квантов, возникающих при указанных условиях?

15. Лептоны – это….

2 вариант

1. Найдите частоту γ - излучения, образующегося при термоядерной реакции:

 1H1 +1H3→2He4 + γ, если α - частица приобретает энергию19,7 МэВ.

2. Перечислите частицы, которые в настоящее время считаются истинно элементарными.
3. Чем отличаются мезоны от барионов
4. Скорость α- частицы в среднем в 15 раз меньше скорости β- частицы. Почему

 α - частица слабее отклоняется магнитным полем?

5. Чем отличается частица от античастицы?
6. При аннигиляции электрона и позитрона образовались два γ- кванта. Найти длину волны, пренебрегая кинетической энергией частиц до реакции
7. Все ли элементарные частицы имеют античастицу?
8. Какие типы фундаментальных взаимодействий вы знаете?
9. Посредством чего осуществляется электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами и что является переносчиком взаимодействия?
10. За счёт чего происходит обмен между кварками при сильном взаимодействии?
11. Фундаментальные частицы- это…
12. Что является переносчиком слабого взаимодействия?
13. Электромагнитное  и слабое взаимодействия являются проявлением единого…
14. При аннигиляции медленно движущихся электрона и позитрона образовались два γ-кванта. Под каким углом друг к другу они разлетятся? Какова длина волны γ-кванта?
15. На какие классы делятся все элементарные частицы?

Ответы, подсказки, решения

1вариант

1.  Ответ: ν = 2,9 ⋅1023 Гц

Решение:

2. Ответ: частицы (микрообъекты), не расщепляемые на составные части,
3. Ответ: адроны,
4. Ответ:  частицы, совпадающие со своей античастицей, например, фотон,
5. Ответ: q/m = υ/RB

        По искривлённой магнитным полем траектории заряженной частицы в камере Вильсона определяют радиус траектории, скорость частицы, и, зная индукцию В магнитного поля, определяют удельный заряд частицы: q/m = υ/RB

6.  Ответ: Все элементарные частицы превращаются друг в друга, и эти взаимные превращения — главный факт их существования.
7. Ответ: стабильные частицы — это электрон, протон, фотон и нейтрино.
8. Ответ: гравитонами — гипотетические  частицы, переносящие гравитационное взаимодействие
9. Ответ: взаимодействие кварков осуществляется посредством восьми безмассовых векторных (глюонных) полей, слабые возбуждения которых (отдельные их кванты) называются глюонами.
10. Ответ: Фундаментальные частицы, электрически заряженные частицы (дробный заряд),

 с полуцелым спином (фермионы)

11. Ответ: резонансами называются элементарные частицы, распадающиеся за счёт сильных взаимодействий. Их характерные времена жизни 10-23- 10-24 сек.
12. Ответ: при распаде нейтрон распадается на электрон, протон и антинейтрино 0n1→1p1 + e- + ν˜
13. Ответ: антивещество – вещество, построенное из антинуклонов и позитронов
14. Ответ: ν = 1,2⋅ 1020 Гц

Решение.
В рассматриваемом процессе

01p + 0−1e → 2γ
выполняются законы сохранения импульса и энергии. Поскольку начальные скорости частиц малы, по закону сохранения импульса получим

0 = hν1/c − hv2/c,
т. е.   ν1 = ν2.
При этом очевидно, что угол разлета равен 180°, ибо только в этом случае суммарный импульс частиц после взаимодействия может быть равным нулю.
Теперь запишем закон сохранения энергии:

2moc2 = hν1 + hν2,

откуда, учитывая, что ν1 = ν2 = ν, найдем    ν = moc2/h,      ν = 1,2⋅ 1020 Гц

15. Ответ: лептоны – это фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из каких либо других) вплоть до масштабов порядка 10−18 м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.

2  вариант

1. Ответ:ν= 7,3 ⋅10 19 Гц

Подсказки:

Энергию γ - кванта определим из условия: Е γ = Δ Е - Еα, где Δ Е = Δm931МэВ = 20 МэВ

Е γ =  20 МэВ – 19,7 МэВ = 0,3 МэВ.

Частота:  v = Е γ / h = 7,3 ⋅10 19 Гц

2. Ответ: в настоящее время истинно элементарные (на данном этапе неразложимые) частицы: кварки и лептоны (эти разновидности    относятся к частицам вещества), кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны, гравитино и гравитоны), а также частицы Хиггса.
3. Ответ: мезоны – бозоны со спином, равным 0, ħ, участвующие в сильном взаимодействии; барионы – фермионы со спином, равным ħ/2; 3ħ/2, участвующие  в сильном взаимодействии
4. Ответ: т.к. R  =  m υ / qB, то R пропорционален  m/q.

Т.к. масса α-частицы в 4 раза больше, чем у протона, а заряд в 2 раза больше, то α-частица отклоняется магнитным полем слабее, чем протон

5. Ответ: заряды противоположны
6. Ответ: λ = 2,4 ⋅10-12м.

Решение:

Пренебрегаем кинетической энергией частиц до аннигиляции, тогда из закона сохранения энергии, имеем  2mec2 = 2hc/λ . Отсюда  выражаем длину: λ = h/ me c. Вычисления дают результат λ = 2,4 ⋅10-12м.

7. Ответ: все элементарные частицы имеют античастицы
8. Ответ: фундаментальные взаимодействия представляются следующим образом: гравитационное взаимодействие; слабое взаимодействие; электромагнитное взаимодействие; сильное взаимодействие
9. Ответ: фотоны осуществляют электромагнитное взаимодействие
10. Ответ: глюоны (их всего восемь) — переносчики сильного взаимодействия между кварками. Последние, благодаря глюонам, связываются парами или тройками. Кроме того, глюоны – переносчики этого взаимодействия, сами обладают его зарядом и поэтому могут взаимодействовать между собой.
11. Ответ: кварки и лептоны (фермионы), всего 48 фундаментальных частиц;
12. Ответ: переносчиками слабого взаимодействия являются три частицы — W± и Z° -бозоны
13. Ответ: электромагнитное  и слабое взаимодействия являются проявлением единого электрослабого взаимодействия.
14. Ответ: угол разлета равен 180°, λ = 2,5⋅10-12м

Решение.
В рассматриваемом процессе

01p + 0−1e → 2γ
выполняются законы сохранения импульса и энергии. Поскольку начальные скорости частиц малы, то по закону сохранения импульса получим

0 = hν1/c − hv2/c, т. е.   ν1 = ν2! Т.к. 2moc2 = hν1 + hν2, то ν = moc2/h, λ= с/ ν= 2,5⋅10-12м
При этом очевидно, что угол разлета равен 180°, ибо только в этом случае суммарный

импульс частиц после взаимодействия может быть равным нулю.

15. Ответ: элементарные частицы делятся на 2 класса:  бозоны — частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны) и фермионы — частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино).