Элементарные частицы. Контрольная работа. 11класс

Элементарные частицы. Контрольная работа. 11класс.

1 вариант

Элементарная частица пи-нуль-мезон p0 распадается на два g - кванта. Найдите частоту g - излучения, если масса покоя этой частицы равна 264,3 массам электрона. Какие частицы называются элементарными? Какие частицы состоят из кварков? Какие частицы называются истинно нейтральными? Как определить заряд частицы в камере Вильсона? Каков главный факт существования элементарных частиц? Перечислите все стабильные элементарные частицы. Что является переносчиком гравитационного взаимодействия? За счёт чего осуществляется взаимодействие между протонами и нейтронами при сильном взаимодействии? Что такое кварки?

11.  Какие частицы называются частицами-резонансами?

Записать реакцию бета-распада радиоактивных ядер, обусловленную слабым взаимодействием. 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

Найдите частоту g - излучения, образующегося при термоядерной реакции:

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

Перечислите частицы, которые в настоящее время считаются истинно элементарными. Чем отличаются мезоны от барионов Скорость a - частицы в среднем в 15 раз меньше скорости b - частицы. Почему

a - частица слабее отклоняется магнитным полем?

Чем отличается частица от античастицы? При аннигиляции электрона и позитрона образовались два g - кванта. Найти длину волны, пренебрегая кинетической энергией частиц до реакции Все ли элементарные частицы имеют античастицу? Какие типы фундаментальных взаимодействий вы знаете? Посредством чего осуществляется электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами и что является переносчиком взаимодействия? За счёт чего происходит обмен между кварками при сильном взаимодействии? Фундаментальные частицы - это… Что является переносчиком слабого взаимодействия? 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 g - кванта определим из условия: Е g = Δ Е - Еa, где Δ Е = Δm931МэВ = 20 МэВ

Е g = 20 МэВ – 19,7 МэВ = 0,3 МэВ.

Частота: v = Е g / 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 a-частицы в 4 раза больше, чем у протона, а заряд в 2 раза больше, то a-частица отклоняется магнитным полем слабее, чем протон

5.  Ответ: заряды противоположны

6.  Ответ: l = 2,4 ×10-12м.

Решение:

Пренебрегаем кинетической энергией частиц до аннигиляции, тогда из закона сохранения энергии, имеем 2mec2 = 2hc/l. Отсюда выражаем длину: l = h/ me c. Вычисления дают результат l = 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°, l = 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, l= 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).