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物理 高中

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要是利用 學實驗中 究實作 組裝完 素養題 (物質的組成與 交互作用 3 微中子在弱交互作用中扮演重要角色,由於 不帶電、質量極小,又幾乎不跟其他物質作用, 可以輕輕鬆鬆穿過地球,不容易在實驗中捕捉到 它的蹤影。正是如此,當初科學家可是花費了一 番功夫,才確認微中子的存在。 觀測到 電子個數 實驗結果 -能量 故事要拉回1914年,物理學家查兌克發現原 子核發生衰變時,放出電子的能量並非定值,而是呈現如圖的連續分布。但是根據能 量守恆定律,計算衰變前後的能量差,即可預測放出電子的能量,應該是一定值才是。 波耳百思不得其解,提出量子力學與過去常識有許多違背之處,說不定在微觀的尺 度下,能量守恆定律並不成立。 但對包立來說,為了解釋B衰變而放棄能量守恆,這代價似乎太高,因而大膽提出 B衰變的過程中,有個尚未被發現的新粒子。根據電荷守恆定律,此粒子應該不帶電, 而根據能量守恆定律,可以算出該粒子的質量應該比電子輕很多。 在當時科學家僅知質子、電子及光子的背景下,包立提出虛無縹緲的微中子來拯救 能量守恆定律,確實極為大膽,也可說是絕望至極的手段。直到1956年,科學家終於確 認包立大膽的假說,在實驗中捕捉到微中子,該成果後來獲1995年諾貝爾物理獎肯定, 而能量守恆定律依然屹立不搖。 【混合題】 (CD) 1. 某科學家根據微中子的特性,提出研究計畫書,想要藉由捕捉微中子來 研究太陽內部的結構。你覺得以下評審委員的意見,哪些是合理的? (應選2項) (A)微中子可輕易自太陽內部穿出,計畫方向可行 (B)應觀測數量龐大的光子才是,計畫方向有誤 (C)微中子通過地球磁場時會彎曲,無法有效觀測 (D)太陽核融合反應會產生大量微中子,可作為觀測工具 微中子在弱作用中 扮演重要角色,由 於不帶電、質量極 小、又幾乎不跟其 他物質作用。 (E)微中子在太陽表面會跟光子作用,即便觀測到,也無助於了解太陽的 內部結構。 2. 原子核發生衰變,放射一顆電子時同時產生一顆微中子,根據能量守恆定律, 假設電子與微中子的能量總和為定值,試大約畫出微中子能量的分布圖,即偵測 到微中子個數與能量的關係圖。

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物理 高中

超級矛盾 中子由2d u夸克組成 質子是2u d夸克組成 啊夸克是基本粒子 電子也基本粒子 結果中子衰變成質子 阿然後附帶中子

單元3 物質的組成與交互作用 山 強核力 主題 Z6 強核力與弱核力 (3) 強核力的特性 日本物理學家湯川秀樹在1935年提出強交互作用(strong interaction)的 理論,他認為在質子與質子間,質子與中子間,以及中子與中子間有一 種新的形式的力,和之前已知的力截然不同,這種力是很強的吸引 力,甚至強過庫侖靜電力一百倍,因此稱為強核力,亦稱為強作用、強 交互作用或强力(早期亦稱為核力):強核力的大小足以將質子與中子 束縛在一起,形成穩定的原子核(如圖所示)。湯川秀樹的理論後來獲 得實驗證實。 ② 夸克間的作用力 質子 + 原子核 強力F 質子 由於我們已經知道買子與中子都是由更小的夸克所組成的,所以夸克之間也必然有某種力,將3 個夸克束縛成質子與中子。物理學家在1970年,透過實驗與理論研究深入理解夸克之間的力, 發現湯川秀樹所提出的強力看成是夸克之間束縛力的延伸,因此無論是夸克間的力或是湯川秀 樹所提出的核子間的力,我們一般都通稱為強核力。 強核力 存在質子、中子、夸克等粒子之間,使之来 縛在一起,形成穩定的原子核。 1. 與核子所帶的電荷無關:原子核是由質子與中子所組成,所以質子與中子也就稱為核子。強 ˙核力不僅存在於質子與質子之間,質子與中子以及中子與中子之間均依賴強核力結合在一 起,因此強核力與核子所帶的電荷無關。 2.作用的有效距離很小:強核力是一種短程力,其作用範圍比原子核的大小選小(約1.4×10-5 公尺以內)。在該力作用的區域內,其引力作用遠大於靜電作用力(強核力比靜電力約大100 倍):在長距離範圍時(大於1.4x10"公尺),此力迅速遞減至零。 3. 有飽和性:核子只與鄰近的核子有強核力的作用,無法與原子核中較遠處的核子發生作用, 此性質稱為強核力的飽和性。 ●雜核力的前因一中子的衰變 1. 實驗中發現原本在原子核裡很穩定的中子,若單獨存在(稱為自由中子),則其性質變得不 穩定,經過約十餘分鐘,中子就會轉變成質子(自由中子的平均壽命約為887秒)。 2. 中子衰變時會釋放一個電子和一個反微中子而成為質子,稱為衰變,如圖所示。同樣的衰 變過程在一些原子核中也存在。 中子 → 質子 + 電子+反微中子 電子 原子核\ ~0.8fm 質子 1~3fm 0 中子 (夸克 自由中子 電子 反微中子 3 6 弱核力 1. 物理學家發現衰變過程不能用已知的強核力、電力、磁力、重力去解釋,所以便設想出一 種全新的機制、一種全新的交互作用來說明β衰變。 2. 美國物理學家費米(Fermi)在1937年提出交互作用的概念,認為中子在衰變過程中所發射 的電子,應該是經由某種作用之後方能產生。該作用遠小於電磁力的大小,而且僅能在比核 子更小1000倍的範圍內產生影響,所以稱為弱枝力,亦稱為弱作用、弱交互作用或弱力。 3. 弱核力發生在許多放射性元素的衰變過程,改變了物質的本質,例如:原子核的中子若衰變 後變成了質子,則原子序因此改變(加),變成另一種原子。

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