Question

C． （选修模块3-5）
（1）因发现CP对称性破缺的日本科学家小林及益川，被授予2008年诺贝尔物理学奖．他们发现组成物质结构的夸克，如果自然界中至少存在三代，每代两种，及六种夸克（u、d；c、s；t、b），那么它们的混合就可以导致CP对称性破缺．夸克具有分数电荷，所有的重子如中子（udd）、质子都是由三个夸克组成的，反重子则由相应的反夸克组成．每种反粒子和与它相应的粒子有相同的质量、电量，但是电性相反．已知反d夸克带电量为

1

3

e（以电子电荷量e作为基本电荷），则下列说法正确的是
A．u夸克带电量为

2

3

e
B．一个质子应由两个u夸克和一个反d夸克组成
C．一个反质子由一个u夸克和一个d夸克组成
D．一个反质子由两个反u夸克和一个反d夸克组成
（2）目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡在发生连续衰变过程中，会放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病．
①根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是

 

A．氡的半衰期为3.8天，则若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个氡原子核了
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
C．γ射线一般伴随着a或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强
D．发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2
②静止的氡核（

222 86

R_n）放出一个速度为v₀的a粒子，若衰变过程中释放的核能全部转化为a粒子及反冲核的动能，已知原子质量单位为u，真空中的光速为c，试求在衰变过程中的质量亏损．（不计相对论修正，在涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计．）

Answer 1

分析：（1）中子（udd），即一个u夸克、2个d夸克构成；反d夸克带电量为

1

3

e，则d夸克带电量为-

1

3

e．
（2）①半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间，具有统计规律；β衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来．三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强．发生α衰变时，电荷数少2，质量数少4．
②衰变过程类似于爆炸，满足动量守恒和能量守恒，衰变产生的能量全部以动能的形式释放，可求释放的总能量，结合爱因斯坦质能方程，求出质量亏损．

解答：解：（1）A、中子（udd），即一个u夸克、2个d夸克构成；反d夸克带电量为

1

3

e，则d夸克带电量为-

1

3

e．
根据电荷数守恒，一个u夸克带电量为

2

3

e，故A正确；
B、则d夸克带电量为-

1

3

e，u夸克带电量为

2

3

e；反夸克电性相反，电量相同；
如果一个质子由两个u夸克和一个反d夸克组成，则带电量为

5

3

e，不符合实际，故B错误；
C、如果一个反质子由一个u夸克和一个d夸克组成，则带电量为

1

3

e，不符合实际，故C错误；
D、如果一个反质子由两个反u夸克和一个反d夸克组成，则带电量为-e，符合实际，故D正确；
故选AD；
（2）①A、半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用．故A错误．
B、β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的．故B正确．
C、γ射线一般伴随α或β射线产生，三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱．故C错误．
D、α衰变时，电荷数少2，质量数少4，核子数少4，故一定是少了两个质子和两个中子，故D正确．
故选
②核反应方程满足质量数守恒和核电荷数守恒

222 86

R_n→

4 2

He+

218 84

X
根据动量守恒定律
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
根据爱因斯坦质能方程，有：△E=△m?c²
联立解得：△m=

222u v 2 0

109c2

；
故答案为：（1）AD；（2）①BD；②

222u v 2 0

109c2

．

点评：第一小题关键读懂题意，找出有用信息，根据电荷数守恒列式；第二小题关键知道α、β、γ射线的特点，以及知道半衰期的定义，知道β衰变所释放的电子的来源；同时会用动量守恒定律和爱因斯坦质能方程联立求解；较难．