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        1. 如圖1所示,在一次粒子碰撞實驗中,觀察到一個速度幾乎為零的K-介子(電荷量與電子相同為e)與一個靜止的質(zhì)子p發(fā)生相互作用,生成一個π+介子(電荷量與質(zhì)子相同)和一個未知的X粒子,在勻強磁場B中π+介子和X粒子的軌跡如圖1所求.已知B=1.5T,測得π+介子軌跡圓半徑為R1=41.0cm.(已知電子的電量e=1.6×10-19C)
          (1)求X粒子軌跡圓半徑R2
          (2)現(xiàn)在實驗室中測得π+介子的速度為0.8c(c為光速),由于它的速度接近光速,根據(jù)相對論效應它高速運動時的質(zhì)量m(簡稱動質(zhì)量)隨速度增大而增大,圖2反映了粒子在不同速度時動質(zhì)量m與它靜止時的質(zhì)量m0(簡稱靜質(zhì)量)的關(guān)系,c為光速.試確定π+介子的靜質(zhì)量m10
          精英家教網(wǎng)
          (3)通過計算并參考下表確定X粒子為何種粒子(X粒子的動質(zhì)量近似等于它的靜質(zhì)量).
          粒子符號 靜質(zhì)量m0/×10-28kg 電荷/e
          e+,e- 0.00908 1,-1
          μ+,μ- 1.88 1,-1
          π+,π- 1,-1
          K+,K- 8.78 1,-1
          p 16.68 1
          n 16.70 0
          Σ+ 21.01 1
          Σ0 21.06 0
          Σ- 21.36 -1
          分析:(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒求得X粒子電荷量為-e,根據(jù)動量守恒定律分析得知π+介子和X粒子的動量大小相等.兩個粒子磁場中做勻速圓周運動,由洛倫茲力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律列式,得到軌跡半徑,即可分析它們半徑的關(guān)系,從而求出X粒子軌跡圓半徑R2;
          (2)根據(jù)粒子在磁場中圓周運動的半徑公式R=
          mv
          qB
          ,求出π+介子的動質(zhì)量,由圖求出π+介子的靜質(zhì)量m10;
          (3)根據(jù)質(zhì)量守恒求出X粒子的質(zhì)量,并根據(jù)電荷守恒確定其電性,即可判斷是什么粒子.
          解答:解:(1)由電荷守恒可知:X粒子電荷量為-e,
          由動量守恒定律得  mxvx=mπ+vπ+                      
          由勻速圓周運動得  m
          v2
          R
          =evB   得R=
          mv
          eB

          與π+相比較可求得,X的軌道半徑  R2=R1=41.0cm   
          (2)由R1=
          m1v1
          eB
          ,得m1=
          eBR1
          v1
          =4.0×10-28
          kg    
          由圖可知,v1=0.8c時,
          1
          m1
          =
          0.6
          m10

          解得π+介子的靜質(zhì)量m10=2.4×10-28kg
          (3)由表格知,K-介子的靜質(zhì)量為mk0=8.78×10-28kg,質(zhì)子p的靜質(zhì)量為mp0=16.68×10-28kg
          根據(jù)質(zhì)量守恒得:mx=(mk0+mp0)-mk=(8.78+16.68-4.0)×10-28kg=21.46×10-28kg
          由題意,X粒子的動質(zhì)量近似等于它的靜質(zhì)量,則知X粒子的靜質(zhì)量為21.46×10-28kg
          根據(jù)電荷守恒得:X粒子帶一個單位負電荷,故對照表格可知,X粒子為Σ-
          答:
          (1)X粒子軌跡圓半徑R2是41.0cm.
          (2)π+介子的靜質(zhì)量m10是2.4×10-28kg.
          (3)X粒子為Σ-
          點評:本題考查理論聯(lián)系實際的能力,平時要注重關(guān)注科技的應用和科學發(fā)展前沿,理解原理是關(guān)鍵.
          練習冊系列答案
          相關(guān)習題

          科目:高中物理 來源: 題型:

          精英家教網(wǎng)如圖所示,光滑且足夠長的平行金屬導軌MN和PQ固定在同一水平面上,兩導軌間距離L=0.2m,電阻R1=0.4Ω,導軌上靜止放置一質(zhì)量m=0.1kg,電阻R2=0.1Ω的金屬桿ab,導軌電阻忽略不計,整個裝置處在磁感應強度B1=0.5T的勻強磁場中,磁場的方向豎直向下,現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿ab,使之由靜止開始運動,最終以8m/s的速度做勻速直線運動.若此時閉合開關(guān)S,釋放的α粒子經(jīng)加速電場C加速從a孔對著圓心O進入半徑r=
          3
          m
          的固定圓筒中(筒壁上的小孔a只能容一個粒子通過),圓筒內(nèi)有垂直水平面向下的磁感應強度為B2的勻強磁場,α粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞均無電荷遷移,也無機械能損失.(α粒子質(zhì)量m≈6.4×10-23kg,電荷量q=3.2×10-19C).求:
          (1)ab桿做勻速直線運動過程中,外力F的功率;
          (2)α射線源Q是釷核
           
          294
          63
          Th發(fā)生衰變生成鐳核
           
          295
          56
          Ha并粒出一個α粒子,完成下列釷核的衰變方程
           
          256
          60
          Th→
           
          258
          58
          Ra+
           

          (3)若α粒子與圓筒壁碰撞5次后恰又從a孔背離圓心射出,忽略α粒子進入加速電場的初速度,求磁感應強度B2

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          科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

                 如圖12所示,A、B是兩塊豎直放置的平行金屬板,相距為,分別帶有等量的負、正電荷,在兩板間形成電場強度大小為E的勻強電場。A板上有一小孔(它的存在對兩板間勻強電場分布的影響可忽略不計),孔的下沿右側(cè)有一條與板垂直的水平光滑絕緣軌道,一個質(zhì)量為,電荷量為的小球(可視為質(zhì)點), 在外力作用下靜止在軌道的中點P處。孔的下沿左側(cè)也有一與板垂直的水平光滑絕緣軌道,軌道上距A板處有一固定檔板,長為的輕彈簧左端固定在擋板上,右端固定一塊輕小的絕緣材料制成的薄板Q。撤去外力釋放帶電小粒,它將在電場力作用下由靜止開始向左運動,穿過小孔后(不與金屬板A接觸)與薄板Q一起壓縮彈簧,由于薄板Q及彈簧的質(zhì)量都可以忽略不計,可認為小球與Q接觸過程中不損失機械能。小球從接觸 Q開始,經(jīng)歷時間T0第一次把彈簧壓縮至最短,然后又被彈簧彈回。由于薄板Q的絕緣性能有所欠缺,使得小球每次離開Q瞬間,小球的電荷量都損失一部分,而變成剛與Q接觸時小球電荷量的。求:

          (1)小球第一次接觸Q時的速度大。

          (2)假設小球第次彈回兩板間后向右運動的最遠處沒有到達B板,試導出小球從第次接觸 Q,到本次向右運動至最遠處的時間T0的表達式;

          (3)假設小球被第N次彈回兩板間后向右運動最遠處恰好到達B板,求N為多少。

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          科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

          (20分)

                 如圖12所示,A、B是兩塊豎直放置的平行金屬板,相距為,分別帶有等量的負、正電荷,在兩板間形成電場強度大小為E的勻強電場。A板上有一小孔(它的存在對兩板間勻強電場分布的影響可忽略不計),孔的下沿右側(cè)有一條與板垂直的水平光滑絕緣軌道,一個質(zhì)量為,電荷量為的小球(可視為質(zhì)點),在外力作用下靜止在軌道的中點P處?椎南卵刈髠(cè)也有一與板垂直的水平光滑絕緣軌道,軌道上距A板處有一固定檔板,長為的輕彈簧左端固定在擋板上,右端固定一塊輕小的絕緣材料制成的薄板Q。撤去外力釋放帶電小粒,它將在電場力作用下由靜止開始向左運動,穿過小孔后(不與金屬板A接觸)與薄板Q一起壓縮彈簧,由于薄板Q及彈簧的質(zhì)量都可以忽略不計,可認為小球與Q接觸過程中不損失機械能。小球從接觸 Q開始,經(jīng)歷時間T0第一次把彈簧壓縮至最短,然后又被彈簧彈回。由于薄板Q的絕緣性能有所欠缺,使得小球每次離開Q瞬間,小球的電荷量都損失一部分,而變成剛與Q接觸時小球電荷量的。求:

          (1)小球第一次接觸Q時的速度大。

          (2)假設小球第次彈回兩板間后向右運動的最遠處沒有到達B板,試導出小球從第次接觸 Q,到本次向右運動至最遠處的時間T0的表達式;

          (3)假設小球被第N次彈回兩板間后向右運動最遠處恰好到達B板,求N為多少。

           

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          科目:高中物理 來源:2010年北京市海淀區(qū)高三第二次模擬考試(理綜)物理部分 題型:計算題

          (20分)
          如圖12所示,A、B是兩塊豎直放置的平行金屬板,相距為,分別帶有等量的負、正電荷,在兩板間形成電場強度大小為E的勻強電場。A板上有一小孔(它的存在對兩板間勻強電場分布的影響可忽略不計),孔的下沿右側(cè)有一條與板垂直的水平光滑絕緣軌道,一個質(zhì)量為,電荷量為的小球(可視為質(zhì)點),在外力作用下靜止在軌道的中點P處?椎南卵刈髠(cè)也有一與板垂直的水平光滑絕緣軌道,軌道上距A板處有一固定檔板,長為的輕彈簧左端固定在擋板上,右端固定一塊輕小的絕緣材料制成的薄板Q。撤去外力釋放帶電小粒,它將在電場力作用下由靜止開始向左運動,穿過小孔后(不與金屬板A接觸)與薄板Q一起壓縮彈簧,由于薄板Q及彈簧的質(zhì)量都可以忽略不計,可認為小球與Q接觸過程中不損失機械能。小球從接觸 Q開始,經(jīng)歷時間T0第一次把彈簧壓縮至最短,然后又被彈簧彈回。由于薄板Q的絕緣性能有所欠缺,使得小球每次離開Q瞬間,小球的電荷量都損失一部分,而變成剛與Q接觸時小球電荷量的。求:
          (1)小球第一次接觸Q時的速度大;
          (2)假設小球第次彈回兩板間后向右運動的最遠處沒有到達B板,試導出小球從第次接觸 Q,到本次向右運動至最遠處的時間T0的表達式;
          (3)假設小球被第N次彈回兩板間后向右運動最遠處恰好到達B板,求N為多少。

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          科目:高中物理 來源:2010年北京市海淀區(qū)高三第二次模擬考試(理綜)物理部分 題型:計算題

          (20分)

                 如圖12所示,A、B是兩塊豎直放置的平行金屬板,相距為,分別帶有等量的負、正電荷,在兩板間形成電場強度大小為E的勻強電場。A板上有一小孔(它的存在對兩板間勻強電場分布的影響可忽略不計),孔的下沿右側(cè)有一條與板垂直的水平光滑絕緣軌道,一個質(zhì)量為,電荷量為的小球(可視為質(zhì)點), 在外力作用下靜止在軌道的中點P處?椎南卵刈髠(cè)也有一與板垂直的水平光滑絕緣軌道,軌道上距A板處有一固定檔板,長為的輕彈簧左端固定在擋板上,右端固定一塊輕小的絕緣材料制成的薄板Q。撤去外力釋放帶電小粒,它將在電場力作用下由靜止開始向左運動,穿過小孔后(不與金屬板A接觸)與薄板Q一起壓縮彈簧,由于薄板Q及彈簧的質(zhì)量都可以忽略不計,可認為小球與Q接觸過程中不損失機械能。小球從接觸 Q開始,經(jīng)歷時間T0第一次把彈簧壓縮至最短,然后又被彈簧彈回。由于薄板Q的絕緣性能有所欠缺,使得小球每次離開Q瞬間,小球的電荷量都損失一部分,而變成剛與Q接觸時小球電荷量的。求:

          (1)小球第一次接觸Q時的速度大;

          (2)假設小球第次彈回兩板間后向右運動的最遠處沒有到達B板,試導出小球從第次接觸 Q,到本次向右運動至最遠處的時間T0的表達式;

          (3)假設小球被第N次彈回兩板間后向右運動最遠處恰好到達B板,求N為多少。

           

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