歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（Large Hadron Collider）簡(jiǎn)稱LHC，于2009年9月重新啟動(dòng)，這將有望揭露自然界最基本的秘密．LHC位于瑞士、法國(guó)邊境地區(qū)的地下100m深的壞形隧道中，周長(zhǎng)26.659km（約27km）．在LHC進(jìn)行的質(zhì)子-質(zhì)子碰撞中，每個(gè)質(zhì)子的能量為7TeV（7×1012eV）．
（1）目前認(rèn)為，質(zhì)子是由u夸克和d夸克組成，u夸克帶電量為，d夸克帶電量為，e為元電荷．則質(zhì)子有______個(gè)u夸克和______個(gè)d夸克組成．
（2）LHC能把數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的質(zhì)子加速到接近光速（光速的99.99%）．這些接近光速的質(zhì)子對(duì)撞后，會(huì)創(chuàng)造出1百多億年前與宇宙大爆炸之后萬(wàn)億分之一秒時(shí)的狀態(tài)類似的條件，科學(xué)家期望能從中發(fā)現(xiàn)“反物質(zhì)”以及占宇宙質(zhì)量96%的暗物質(zhì)和暗能量的蹤跡，從而揭開(kāi)宇宙起源之謎．反物質(zhì)是由反粒子組成，若有反α粒子，則它的質(zhì)量數(shù)為_(kāi)_____，電荷數(shù)為_(kāi)_____．
（3）假設(shè)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了某種反粒子，采用如圖的裝置來(lái)測(cè)定這種反粒子的比荷（電荷量與質(zhì)量之比），真空管內(nèi)的K發(fā)出的反粒子（不計(jì)初速、重力和粒子間的相互作用）經(jīng)加速電壓加速后，穿過(guò)A'中心的小孔沿中心軸O1O的方向進(jìn)入到兩塊水平正對(duì)放置的平行極板P和P'間的區(qū)域．當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，反粒子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成了一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O'點(diǎn)，O'與O點(diǎn)的豎直間距為d，水平間距可忽略不計(jì)．此時(shí)，在P和P'間的區(qū)域，再加上一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)．已知極板水平方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L(zhǎng)2（如圖所示）．
①求打在熒光屏O點(diǎn)的反粒子速度的大小．
②推導(dǎo)出反粒子的比荷的表達(dá)式．

【答案】分析：（1）質(zhì)子的電荷量是所有u夸克和所有d夸克的電荷量的總和；
（2）粒子和反粒子質(zhì)量數(shù)相同，電荷量相同，電性相反；
（3）①亮點(diǎn)重新回到中心O點(diǎn)時(shí)，反粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)反粒子受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡；
②當(dāng)極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，反粒子以速度v進(jìn)入后，豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，反粒子離開(kāi)電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)；
解答：解：（1）設(shè)質(zhì)子由x個(gè)u夸克和y個(gè)d夸克組成，則e=x-ey，由于xy只能是正整數(shù)，故x=2，y=1，即一個(gè)質(zhì)子有2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成；
（2）由于α粒子為，故其反α粒子胃，故它的質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為-2；
（3）①亮點(diǎn)重新回到中心O點(diǎn)時(shí)，反粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)反粒子受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，
設(shè)反粒子的速度為v，則qvB=qE


②當(dāng)極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，反粒子以速度v進(jìn)入后，豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，
電場(chǎng)力為  加速度為
反粒子在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：
反粒子在電場(chǎng)中，豎直向上偏轉(zhuǎn)的距離為：
離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)豎直向上的分速度為：
反粒子離開(kāi)電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)t2時(shí)間到達(dá)熒光屏：
t2時(shí)間內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)的距離為：
反粒子向上的總偏轉(zhuǎn)距離為：
可得：
故本題的答案為：
（1）2，1     
（2）4，-2   
（3）①打在熒光屏O點(diǎn)的反粒子速度的大小
②反粒子的比荷的表達(dá)式
點(diǎn)評(píng)：本題考查了質(zhì)子的組成，反物質(zhì)，速度選擇器，帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)--類平拋運(yùn)動(dòng)，難度大，綜合性強(qiáng)，要多加練習(xí)．
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

B．（選修模塊3-4）
（1）一列沿x正方向傳播的橫波，在t=0時(shí)刻的波形如圖1所示，則A點(diǎn)的振幅為
 
cm，波長(zhǎng)為
 
m，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)B的速度方向?yàn)?!--BA-->
 
（填“沿y軸正方向”或“沿y軸負(fù)方向”）．若波速為10m/s，則從0至5s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)C經(jīng)過(guò)的路程為
 
m．
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（2）據(jù)報(bào)導(dǎo)，歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）定于2008年9月10日開(kāi)啟，并加速第一批質(zhì)子，該對(duì)撞機(jī)“開(kāi)足馬力”后能把數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的粒子加速至每秒鐘30萬(wàn)公里，相當(dāng)于光速的99.9%，粒子流每秒可在隧道內(nèi)狂飆11245圈，單束粒子能量可達(dá)7萬(wàn)億電子伏特．下列說(shuō)法正確的是．
A．如果繼續(xù)對(duì)粒子進(jìn)行加速，粒子的速度將能夠達(dá)到光速
B．如果繼續(xù)對(duì)粒子進(jìn)行加速，粒子的速度將能夠超過(guò)光速
C．粒子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量將大于靜止時(shí)的質(zhì)量
D．粒子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量將小于靜止時(shí)的質(zhì)量
（3）如圖2，頂角為30°的直角三棱鏡，有一束紅藍(lán)復(fù)色光垂直側(cè)邊射入，射出棱鏡時(shí)分為a、b兩束單色光，其中a光的折射角為45°，則棱鏡對(duì)a光的折射率為
 
，它是
 
（填“紅”或“藍(lán)”）色光．

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

2008年9月10日歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)順利啟動(dòng)，其中一項(xiàng)重要任務(wù)是幫助科學(xué)家尋找標(biāo)準(zhǔn)模型中的基本粒子--希格斯玻色子，標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言了宇宙中所有的62種基本粒子，并描述了支配其交互作用的法則，夸克即是其中之一，1995年3月2日，美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室向全世界宣布，他們證實(shí)了頂夸克的存在．中子內(nèi)有一個(gè)上夸克和兩個(gè)電荷量為-
13
e的下夸克，其簡(jiǎn)單模型是三個(gè)夸克都在半徑為r的同一圓周上，如圖1所示．則中子內(nèi)上夸克的電荷量為
 
．圖2給出的四幅圖中，能正確表示出各夸克所受靜電作用力的是
 

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

位于法瑞兩國(guó)邊境的歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，在2011年11月份發(fā)生驚天一“撞”，在地下百米深處、周長(zhǎng)27公里的環(huán)形隧道內(nèi)，兩股質(zhì)子束以接近光速水平（能量達(dá)3.5 萬(wàn)億電子伏）迎面相撞，產(chǎn)生了一個(gè)溫度為太陽(yáng)核心溫度100萬(wàn)倍的火球，實(shí)驗(yàn)的成功將開(kāi)啟粒子物理學(xué)研究的新世紀(jì)，參與這個(gè)項(xiàng)目的英國(guó)科學(xué)家熱烈慶祝了這個(gè)具有里程碑意義的實(shí)驗(yàn)，歐洲核子研究中心指出，對(duì)撞實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了“迷你”版本的宇宙大爆炸（模擬出137億年前宇宙大爆炸之初的“萬(wàn)物原點(diǎn)”）．如圖分別是該次對(duì)撞的“電腦效果圖”和“大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)部實(shí)物圖”，下列關(guān)于強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的說(shuō)法正確的是（　�。�
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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：閱讀理解

歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（Large Hadron Collider）簡(jiǎn)稱LHC，于2009年9月重新啟動(dòng)，這將有望揭露自然界最基本的秘密．LHC位于瑞士、法國(guó)邊境地區(qū)的地下100m深的壞形隧道中，周長(zhǎng)26.659km（約27km）．在LHC進(jìn)行的質(zhì)子-質(zhì)子碰撞中，每個(gè)質(zhì)子的能量為7TeV（7×1012eV）．
（1）目前認(rèn)為，質(zhì)子是由u夸克和d夸克組成，u夸克帶電量為
2
3
e，d夸克帶電量為-
1
3
e，e為元電荷．則質(zhì)子有
2
2
個(gè)u夸克和
1
1
個(gè)d夸克組成．
（2）LHC能把數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的質(zhì)子加速到接近光速（光速的99.99%）．這些接近光速的質(zhì)子對(duì)撞后，會(huì)創(chuàng)造出1百多億年前與宇宙大爆炸之后萬(wàn)億分之一秒時(shí)的狀態(tài)類似的條件，科學(xué)家期望能從中發(fā)現(xiàn)“反物質(zhì)”以及占宇宙質(zhì)量96%的暗物質(zhì)和暗能量的蹤跡，從而揭開(kāi)宇宙起源之謎．反物質(zhì)是由反粒子組成，若有反α粒子，則它的質(zhì)量數(shù)為
4
4
，電荷數(shù)為
-2
-2
．
（3）假設(shè)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了某種反粒子，采用如圖的裝置來(lái)測(cè)定這種反粒子的比荷（電荷量與質(zhì)量之比），真空管內(nèi)的K發(fā)出的反粒子（不計(jì)初速、重力和粒子間的相互作用）經(jīng)加速電壓加速后，穿過(guò)A'中心的小孔沿中心軸O1O的方向進(jìn)入到兩塊水平正對(duì)放置的平行極板P和P'間的區(qū)域．當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，反粒子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成了一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O'點(diǎn)，O'與O點(diǎn)的豎直間距為d，水平間距可忽略不計(jì)．此時(shí)，在P和P'間的區(qū)域，再加上一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)．已知極板水平方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L(zhǎng)2（如圖所示）．
①求打在熒光屏O點(diǎn)的反粒子速度的大�。�
②推導(dǎo)出反粒子的比荷的表達(dá)式．

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是現(xiàn)在世界上體積最大、能量最高的加速器，是一種將粒子加速對(duì)撞的高能物理設(shè)備．該設(shè)備能把數(shù)以萬(wàn)計(jì)的粒子加速到相當(dāng)于光速的99.9%，粒子流每秒可在隧道內(nèi)狂飆11245圈，單束粒子能量可達(dá)7萬(wàn)億電子伏．則下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（　　）
A、如果繼續(xù)對(duì)粒子進(jìn)行加速，粒子的速度不能達(dá)到光速B、如果繼續(xù)對(duì)粒子進(jìn)行加速，粒子的速度能夠達(dá)到光速C、如果繼續(xù)對(duì)粒子進(jìn)行加速，粒子的速度能夠超過(guò)光速D、粒子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量大于靜止時(shí)的質(zhì)量E、粒子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量小于靜止時(shí)的質(zhì)量

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