Question

C． （選修模塊3-5）
（1）因發(fā)現(xiàn)CP對(duì)稱性破缺的日本科學(xué)家小林及益川，被授予2008年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．他們發(fā)現(xiàn)組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)的夸克，如果自然界中至少存在三代，每代兩種，及六種夸克（u、d；c、s；t、b），那么它們的混合就可以導(dǎo)致CP對(duì)稱性破缺．夸克具有分?jǐn)?shù)電荷，所有的重子如中子（udd）、質(zhì)子都是由三個(gè)夸克組成的，反重子則由相應(yīng)的反夸克組成．每種反粒子和與它相應(yīng)的粒子有相同的質(zhì)量、電量，但是電性相反．已知反d夸克帶電量為

1

3

e（以電子電荷量e作為基本電荷），則下列說(shuō)法正確的是
A．u夸克帶電量為

2

3

e
B．一個(gè)質(zhì)子應(yīng)由兩個(gè)u夸克和一個(gè)反d夸克組成
C．一個(gè)反質(zhì)子由一個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克組成
D．一個(gè)反質(zhì)子由兩個(gè)反u夸克和一個(gè)反d夸克組成
（2）目前，在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝修材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會(huì)釋放出放射性惰性氣體氡，而氡在發(fā)生連續(xù)衰變過程中，會(huì)放出α、β、γ射線，這些射線會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病．
①根據(jù)有關(guān)放射性知識(shí)可知，下列說(shuō)法正確的是

 

A．氡的半衰期為3.8天，則若取4個(gè)氡原子核，經(jīng)7.6天后就一定剩下一個(gè)氡原子核了
B．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的
C．γ射線一般伴隨著a或β射線產(chǎn)生，在這三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，電離能力也最強(qiáng)
D．發(fā)生α衰變時(shí)，新核與原來(lái)的原子核相比，中子數(shù)減少了2
②靜止的氡核（

222 86

R_n）放出一個(gè)速度為v₀的a粒子，若衰變過程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為a粒子及反沖核的動(dòng)能，已知原子質(zhì)量單位為u，真空中的光速為c，試求在衰變過程中的質(zhì)量虧損．（不計(jì)相對(duì)論修正，在涉及動(dòng)量問題時(shí)，虧損的質(zhì)量可忽略不計(jì)．）

Answer 1

分析：（1）中子（udd），即一個(gè)u夸克、2個(gè)d夸克構(gòu)成；反d夸克帶電量為

1

3

e，則d夸克帶電量為-

1

3

e．
（2）①半衰期是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律；β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來(lái)．三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，α射線的電離能力最強(qiáng)．發(fā)生α衰變時(shí)，電荷數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4．
②衰變過程類似于爆炸，滿足動(dòng)量守恒和能量守恒，衰變產(chǎn)生的能量全部以動(dòng)能的形式釋放，可求釋放的總能量，結(jié)合愛因斯坦質(zhì)能方程，求出質(zhì)量虧損．

解答：解：（1）A、中子（udd），即一個(gè)u夸克、2個(gè)d夸克構(gòu)成；反d夸克帶電量為

1

3

e，則d夸克帶電量為-

1

3

e．
根據(jù)電荷數(shù)守恒，一個(gè)u夸克帶電量為

2

3

e，故A正確；
B、則d夸克帶電量為-

1

3

e，u夸克帶電量為

2

3

e；反夸克電性相反，電量相同；
如果一個(gè)質(zhì)子由兩個(gè)u夸克和一個(gè)反d夸克組成，則帶電量為

5

3

e，不符合實(shí)際，故B錯(cuò)誤；
C、如果一個(gè)反質(zhì)子由一個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克組成，則帶電量為

1

3

e，不符合實(shí)際，故C錯(cuò)誤；
D、如果一個(gè)反質(zhì)子由兩個(gè)反u夸克和一個(gè)反d夸克組成，則帶電量為-e，符合實(shí)際，故D正確；
故選AD；
（2）①A、半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)大量的原子核適用．故A錯(cuò)誤．
B、β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的．故B正確．
C、γ射線一般伴隨α或β射線產(chǎn)生，三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱．故C錯(cuò)誤．
D、α衰變時(shí)，電荷數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4，核子數(shù)少4，故一定是少了兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，故D正確．
故選
②核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒

222 86

R_n→

4 2

He+

218 84

X
根據(jù)動(dòng)量守恒定律
P_He-P_X=0
即：0=4uv₀-218uv
解得v=

2

109

v0
能量△E=

1

2

×4u×

v

2 0

+

1

2

×218u×v2
根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，有：△E=△m?c²
聯(lián)立解得：△m=

222u v 2 0

109c2

；
故答案為：（1）AD；（2）①BD；②

222u v 2 0

109c2

．

點(diǎn)評(píng)：第一小題關(guān)鍵讀懂題意，找出有用信息，根據(jù)電荷數(shù)守恒列式；第二小題關(guān)鍵知道α、β、γ射線的特點(diǎn)，以及知道半衰期的定義，知道β衰變所釋放的電子的來(lái)源；同時(shí)會(huì)用動(dòng)量守恒定律和愛因斯坦質(zhì)能方程聯(lián)立求解；較難．