Toptailieu.vn xin giới thiệu sơ lược Lý thuyết Các hạt sơ cấp Vật Lí 12 chọn lọc, hay nhất giúp học sinh lớp 12 ôn luyện để nắm chắc kiến thức cơ bản và đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lí.

Mời các bạn đón xem:

Các hạt sơ cấp (Lý thuyết + 15 bài tập có lời giải)

I. Lý thuyết Các hạt sơ cấp

1. Khái niệm các hạt sơ cấp

a. Hạt sơ cấp là gì?

Hạt sơ cấp (hạt vi mô…) là những hạt có kích thước vào cỡ kích thước hạt nhân trở xuống.

Ví dụ: phôtôn, êlectron, pôzitron, prôtôn, nơtron, nơtrinô…

b. Sự xuất hiện các hạt s cấp mới

Để có thể tạo nên các hạt sơ cấp mới, người ta làm tăng vận tốc của một số hạt và cho chúng bắn vào các hạt khác nhau. Khi đó công cụ chủ yếu để nghiên cứu các hạt sơ cấp là các máy gia tốc.

c. Phân loại

Dựa vào độ lớn của khối lượng và đặc tính tương tác, các hạt sơ cấp được phần thành các loại:

- Phôtôn

- Các leptôn (các hạt nhẹ) có khối lượng từ 0 đến 200 m_e

Ví dụ: nơtrinô, êlectron, pôzitron, mêzôn $\mu$

- Các hađrôn có khối lượng trên 200 m_e và được phân thành 3 nhóm con

+ Mêzôn $\pi ,K$

+ Nuclôn p,n;

+ Hipêron có khối lượng lớn hơn khối lượng nuclôn.

2. Tính chất của các hạt sơ cấp

a. Thời gian sống (trung bình)

Một số ít hạt sơ cấp là bền (thời gian sống $~\infty$) còn đa số là không bền: chúng tự phân rã và biến thành hạt sơ cấp khác.

b. Phản hạt

- Mỗi hạt sơ cấp có một phản hạt tương ứng.

- Phản hạt của một hạt sơ cấp có cùng khối lượng nhưng điện tích trái dấu và có cùng giá trị tuyệt đối.

- Trường hợp hạt sơ cấp không mang điện như nơtron thì thực nghiệm chứng tỏ nơtron vẫn có momen từ khác không; khi đó phản hạt của nơtron có momen từ ngược hướng và cùng độ lớn.

Ví dụ: các hạt và phản hạt

3. Tương tác của các hạt sơ cấp

Có 4 loại tương tác cơ bản sau đây:

a. Tương tác điện từ

+ Là tương tác giữa các phôtôn và các hạt mang điện và giữa các hạt mang điện với nhau.

Ví dụ: lực Cu – lông, lực điện từ, lực Lo – ren…

b. Tương tác mạnh

Tương tác mạnh là tương tác giữa các hađrôn; không kể các quá trình phân rã của chúng.

Ví dụ: lực hạt nhân.

c. Tương tác yếu. Các leptôn

Tương tác yếu là tương tác giữa các leptôn.

Ví dụ: các quá trình phân rã ${\beta }^{+};{\beta }^{-}$

$p\to n+e^{+}+v_e$

$p\to n+e^{-}+{\tilde{v}}_e$

d. Tương tác hấp dẫn

Tương tác hấp dẫn là tương tác giữa các hạt (các vật) có khối lượng khác không.

Ví dụ: trọng lực, lực hút giữa Trái Đất và Mặt Trăng, giữa Mặt Trời và các hành tinh…

II. Bài tập Các hạt sơ cấp

Câu 1. Chọn phát biểu đúng về các hạt sơ cấp.

A. Tốc độ của các hạt sơ cấp đều nhỏ hơn tốc độ ánh sáng.

B. Mọi hạt sơ cấp đều tự quay quanh mình nó.

C. Đa số các hạt sơ cấp có thời gian sống rất ngắn.

D. Một số ít hạt sơ cấp không có phản hạt tương ứng.

Đáp án: C

Giải thích:

A - sai vì phôtôn chuyển động với tốc độ của ánh sáng cũng là hạt sơ cấp.

B - sai vì nhiều hạt có spin bằng 0.

D - sai vì các hạt đều có phản hạt tương ứng.

C - đúng vì đa số các hạt là không bền và có thời gian sống rất ngắn, từ 10^-24 s đến 10^{- 6} s.

Câu 2. Chọn phát biểu sai về hạt sơ cấp.

A. Hạt sơ cấp có khối lượng và kích thước nhỏ hơn hạt nhân nguyên tử.

B. Hạt sơ cấp có thể có điện tích hoặc không.

C. Các hạt sơ cấp nếu là hạt bền thì đều có khối lượng bằng 0.

D. Mọi hạt sơ cấp đều có phản hạt tương ứng với nó.

Đáp án: C

Giải thích:

A, B, D đúng.

C sai vì trong số các hạt bền có electron và phôtôn là các hạt có khối lượng khác 0.

Câu 3. Phát biểu nào về tương tác điện từ nêu dưới đây không đúng?

Tương tác điện từ

A. có bán kính tác dụng lớn vô hạn.

B. có cường độ rất lớn so với tương tác hấp dẫn.

C. là tương tác giữa các hạt mạng điện.

D. là sự hấp thụ phôtôn của các hạt mang điện.

Đáp án: D

Giải thích:

A, B, C - đúng

C – sai vì tương tác điện từ không chỉ là sự hấp thụ mà là sự trao đổi phôtôn giữa các hạt mang điện.

Câu 4. Đại lượng nào sau đây không phải là đặc trưng của hạt sơ cấp?

A. Năng lượng nghỉ.                                                          

B. Tốc độ.

C. Điện tích.                                        

D. Thời gian sống trung bình.

Đáp án: B

Giải thích:

Các đặc trưng của hạt sơ cấp:

a) Khối lượng nghỉ m₀, thay cho m₀ người ta còn dùng năng lượng nghỉ E₀ = m₀c².

b) Điện tích Q tính theo đơn vị đo là điện tích nguyên tố e. Các hạt sơ cấp có Q = ±1 hoặc Q = 0.

c) Spin: mỗi hạt sơ cấp có momen động lượng riêng và momen từ riêng, đặc trưng cho chuyển động nội tại và bản chất của hạt. Momen này được đặc trưng bằng số lượng tử spin, kí hiệu S. Momen động lượng riêng của hạt bằng $s\frac{h}{2\pi }$ với h là hằng số Plăng.

d) Thời gian sống trung bình: có 4 hạt không phân rã gọi là các hạt bền (prôtôn, electron phôtôn, nơtrino), còn tất cả các hạt khác không bền và phân rã thành hạt khác; riêng nơtron thời gian sống dài, khoảng 932s, còn lại thời gian sống ngắn cỡ 10^-24 đến 10 ^{- 6}s.

Câu 5. Chọn phát biểu sai về các hạt sơ cấp.

A. Các hạt sơ cấp có thể có điện tích hoặc không.

B. Có loại hạt sơ cấp chỉ tồn tại khi chuyển động.

C. Điện tích của hạt và phản hạt có cùng độ lớn nhưng ngược hướng.

D. Momen từ của hạt và phản hạt có cùng độ lớn và cùng hướng.

Đáp án: D

Giải thích:

A, B, C - đúng

D – sai vì momen từ của hạt và phản hạt có trị số bằng nhau về độ lớn và trái dấu. Tức là khác hướng.

Câu 6. Chọn phát biểu sai.

A. Đối với các hạt sơ cấp chỉ có 4 loại tương tác cơ bản.

B. Tương tác mạnh là tương tác có cường độ lớn nhất.

C. Tương tác yếu có cường độ nhỏ hơn tương tác hấp dẫn.

D. Tương tác điện từ có cường độ lớn hơn tương tác yếu 10¹² lần.

Đáp án: C

Giải thích:

Có 4 loại tương tác cơ bản đối với các hạt sơ cấp:

a) Tương tác hấp dẫn: đó là tương tác giữa các hạt vật chất có khối lượng. Tương tác hấp dẫn có cường độ rất nhỏ so với các tương tác khác nhưng có bán kính tác dụng lớn vô cùng.

b) Tương tác điện từ: đó là tương tác giữa các hạt mang điện, giữa các vật tiếp xúc gây nên ma sát... Tương tác điện từ mạnh hơn tương tác hấp dẫn 10³⁷ lần và có bán kính tác dụng lớn vô hạn.

c) Tương tác yếu: đó là tương tác giữa các hạt trong phân rã b. Tương tác yếu có bán kính tác dụng cỡ 10^-18 m, có cường độ nhỏ hơn tương tác điện từ khoảng 10¹² lần nhưng lớn hơn lực tương tác hấp dẫn.

d) Tương tác mạnh: đó là tương tác giữa các hađrôn. Một trường hợp riêng của tương tác mạnh là lực hạt nhân.

Câu 7. Trong bốn loại tương tác cơ bản của các hạt sơ cấp trong vũ trụ, lực tương tác giữa các hạt trong phân rã b thuộc loại

A. tương tác yếu.                                 

B. tương tác mạnh.

C. tương tác điện từ.                                                          

D. tương tác hấp dẫn.

Đáp án: A

Giải thích:

Tương tác yếu: đó là tương tác giữa các hạt trong phân rã b. Tương tác yếu có bán kính tác dụng cỡ 10^-18 m, có cường độ nhỏ hơn tương tác điện từ khoảng 10¹² lần nhưng lớn hơn lực tương tác hấp dẫn.

Câu 8. Giữa hai quả cầu mang điện chuyển động đối với nhau không có

A. tương tác hấp dẫn.                          

B. tương tác yếu.

C. tương tác điện.                                

D. tương tác từ.

Đáp án: B

Giải thích:

Giữa hai quả cầu mang điện chuyển động đối với nhau không có tương tác yếu.

Câu 9. Mêzôn và barion khác nhau ở điểm cơ bản nào?

A. Điện tích.          

B. Khối lượng.       

C. Thời gian sống. 

D. Spin.

Đáp án: B

Giải thích:

- Mêzôn: gồm các hạt có khối lượng trung bình, lớn hơn 200m_e nhưng nhỏ hơn khối lượng của nuclôn. Mêzôn gồm hai nhóm: mêzôn p và mêzôn K.

- Nuclôn.

- Hipêron gồm các hạt có khối lượng lớn hơn các nuclôn.

Nuclôn và hipêron có tên chung là barion.

Tóm lại mêzôn và barion khác nhau ở điểm cơ bản đó là: khối lượng.

Câu 10. Đại lượng đặc trưng cho chuyển động nội tại của hạt sơ cấp là

A. khối lượng nghỉ.                             

B. thời gian sống trung bình.

C. năng lượng.                                     

D. spin.

Đáp án: D

Giải thích:

Spin: mỗi hạt sơ cấp có momen động lượng riêng và momen từ riêng, đặc trưng cho chuyển động nội tại và bản chất của hạt.

Câu 11. Hạt nào nêu dưới đây là hạt sơ cấp có điện tích dương?

A. Electron.           

B. Pôzitrôn.           

C. Nơtrinô.            

D. Phôtôn.

Đáp án: B

Giải thích:

Hạt electron mang điện tích âm.

Nơtrinô và phôtôn không mang điện.

Pôzitrôn mang điện tích dương.

Câu 12. Trong các hạt sơ cấp, một hạt được gọi là bền nếu hạt đó

A. không tương tác với các hạt khác.

B. có thời gian sống có giá trị hàng trăm giây trở lên.

C. không bị phân rã thành các hạt khác.

D. có spin là số bán nguyên.

Đáp án: C

Giải thích:

Trong các hạt sơ cấp, một hạt được gọi là bền nếu hạt đó không bị phân rã thành các hạt khác.

Có 4 hạt không phân rã gọi là các hạt bền (prôtôn, electron phôtôn, nơtrino), còn tất cả các hạt khác không bền và phân rã thành hạt khác; riêng nơtron thời gian sống dài, khoảng 932s, còn lại thời gian sống ngắn cỡ 10^-24 đến 10 ^{- 6}s.

Câu 13. Hađrôn là tên gọi của các hạt sơ cấp

A. mêzôn và barion.                             

B. leptôn và mêzôn.

C. phôtôn và hiperôn.                                                        

D. nuclôn và leptôn.

Đáp án: A

Giải thích:

Hađrôn là tên gọi của các hạt sơ cấp mêzôn và barion

Câu 14. Barion gồm

A. các hạt truyền tương tác.

B. các hạt nhẹ như êlectron, muyon.

C. các hạt có khối lượng nhỏ hơn khối lượng của prôtôn.

D. các hạt có bằng hoặc lớn hơn khối lượng của prôtôn.

Đáp án: D

Giải thích:

- Nuclôn (gồm prôtôn và nơtron).

- Hipêron gồm các hạt có khối lượng lớn hơn các nuclôn.

- Nuclôn và hipêron có tên chung là barion. Barion gồm các hạt có khối lượng bằng hoặc lớn hơn khối lượng của prôtôn.

Câu 15. Gravitôn là hạt truyền

A. tương tác điện từ.                                                          

B. tương tác hấp dẫn.

C. tương tác mạnh.                              

D. tương tác yếu.

Đáp án: B

Giải thích:

Gravitôn là hạt truyền tương tác hấp dẫn.