物理选修3-5人教版-19.8粒子和宇宙-(共21张PPT)

1．“基本粒子”不基本直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来发现了电子、________和________，又认为它们是组成物质的基本粒子．现在已发现粒子有400余种，有些也具有复杂的________．2．发现新粒子(1)新粒子：20世纪30年代人们对________的研究发现一些新粒子，人们用高能加速器进行实验发现更多新粒子，1932年发现了________，1937年发现________，1947年发现________和π介子及以后的超子、反粒子等．质子中子内部结构宇宙射线正电子μ子K介子(2)粒子分类：按照粒子与各相互作用关系，可以将粒子分为________、________和强子三大类。强子是参与_________的粒子，强子又分为介子和重子两类．轻子共发现6种，分别是电子、电子中微子、________、μ子中微子、τ子、τ子中微子．媒介子是传递____________的粒子，如光子、中间玻色子、胶子等。3．夸克模型许多事实表明，强子是有内部结构．组成强子的内部成分叫________．夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、________和________，它们带的电荷分别为元电荷的+𝟐𝟑或﹣𝟏𝟑。每种夸克都有对应的反夸克。媒介子轻子强相互作用μ子各种相互作用夸克底夸克顶夸克4．宇宙的演化研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究________的理论是相互沟通，相互支撑的，从大爆炸开始的不同时间里，对应的温度不同，组成宇宙的物质不相同。5．恒星的演化当温度降到________时，中性原子组成的宇宙尘埃在万有引力作用下，尘埃收缩凝集，引力势能转化为内能，温度升高，开始发光形成了恒星，当恒星核能耗尽时，进入末期，恒星的末期形态主要有：白矮星、中子星或________。宇宙3000K黑洞(1)19世纪末，许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子．(2)从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子，它们不是由质子、中子、电子组成的．(3)科学家进一步发现质子、中子、电子等本身也是复合粒子，且还有着复杂的结构．(4)研究粒子的主要工具粒子加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具．一、“基本粒子”不基本1.“基本粒子”不基本分类自旋泡利不相容原理统计规律费米子(电子、质子、中子等各种重子)半整数𝟏𝟐、𝟑𝟐…服从费米—狄拉克统计分布玻色子(光子、介子K介子、介子)整数0或1等不服从玻色—爱因斯坦统计分布2.粒子的分类（1）按自旋分类3.共振态粒子—寿命极短（约10-23s）万有引力电磁力弱相互作用强相互作用引力子＋光子＋＋轻子＋＋＋强子＋＋＋＋正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量(如电荷、磁矩等)的符号相反。•引力子自旋应为2、静止质量和电荷为零，以光速运动。•光子自旋为1，是玻色子。3.正粒子、反粒子4.按相互作用分类分类正反粒子自旋电荷量e重子数B轻子数寿命10-6s轻子电子、μ子、τ子120-1+1稳定2.22.3稳定中微子eeeeLLLe轻子（共12种）中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。说明-1+1-1+1-1+1000分类粒子名称自旋介子重子核子超子强子分类K介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象。•协同产生:一个超子总是和一个或几个K介子同时产生。•奇异粒子协同产生的过程极快(约为10-23s),表明是在强相互作用下进行的；而衰变过程很慢(寿命约为10-8～10-10s)，表明是在弱相互作用下进行的。、、K介子等质子、中子及其反粒子ΩΣΛΞ超子及反粒子整数𝟏𝟐(Ω超子𝟑𝟐)玻色子费密子(1)夸克的提出许多实验事实表明，强子是有内部结构的.1964年提出的夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克。(2)夸克的分类夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。每种夸克都有对应的反夸克。(3)夸克模型的意义夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。二、夸克模型例如：质子奇异粒子π+介子夸克质量电荷e自旋重子数同位旋同位旋分量奇异数超荷粲数底数顶数d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t顶夸克1742/30+1/300+11.质子(uud)电荷:重子数:奇异数:自旋:同位旋:Q=𝟐𝟑𝒆+𝟐𝟑𝒆-𝟏𝟑𝒆=𝒆B=𝟏𝟑+𝟏𝟑+𝟏𝟑=𝟏s=𝟎J=𝟏𝟐I=𝟏𝟐2.奇异粒子（uus）电荷:重子数:奇异数:自旋:J=𝟏𝟐s=−𝟏B=𝟏𝟑+𝟏𝟑+𝟏𝟑=𝟏Q=𝟐𝟑𝒆+𝟐𝟑𝒆-𝟏𝟑𝒆=𝒆3.π+介子)d(u重子数:电荷:奇异数:自旋:同位旋分量:Q=𝟐𝟑𝒆+𝟏𝟑𝒆=𝒆B=𝟏𝟑−𝟏𝟑=𝟎s=𝟎J=𝟏𝟐𝑰𝒁=𝟏例1．K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负的基元电荷，π0介子不带电．一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为右下图中圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径RK－与Rπ－之比为2∶1。π0介子的轨迹未画出．由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为A．1∶1B．1∶2C．1∶3D．1∶6解析：设K－介子、π－介子和π0介子的质量分别为m、m1和m2，在P点衰变前K－介子的速度为v，衰变后π－介子和π0介子的速度分别为v1和v2.根据图中衰变前K－介子和衰变后π－介子的运动轨迹，由左手定则可知v1和v的方向相反，对衰变过程应用动量守恒定律得：mv＝－m1v1＋m2v2①K－介子和π－介子在匀强磁场中做匀速圆周运动，R＝𝒎𝒗𝒒𝑩,则mv＝qBR∝R②已知RK－与Rπ－大小之比为2∶1，即mv＝2m1v1③将③代入①得：2m1v1＝－m1v1＋m2v2，得m2v2＝3m1v1。答案：C宇宙——从何而来？•大爆炸理论(TheBigBangTheory)•宇宙从一个“奇点”爆炸产生大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生时间的零点三、宇宙的演化20世纪40年代，在大量天文学家观测的基础上，物理学家提出了宇宙演化的大爆炸假说．它的主要观点是，宇宙是由一个超高温、超高密度的“原始火球”发生大爆炸而开始的．然后经历了从热到冷的演化，在这个时期里，宇宙不断地膨胀(也称暴胀)，宇宙物质从密到稀．当温度下降到几千摄氏度时，宇宙间主要是气态物质．后来气体逐渐凝聚成气云，并且进一步收缩形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙天体．1．宇宙的演化2．恒星的演化密度很低的星际物质逐渐形成星云，大块的星云由于引力作用而收缩逐渐凝成原恒星．原恒星继续收缩，温度不断升高，发生热核反应，当热核反应产生的斥力和引力作用达到平衡时，恒星不再收缩，进入相对稳定阶段．当核能源供应不足时，恒星的稳定状态遭到破坏，引力作用又开始大于斥力，星体又开始收缩，温度升高，发光能力增强，光度增加，外部膨胀，表面积增大，但表面温度降低，看上去呈红色，这时恒星便演化为红巨星或新星．当恒星核能耗尽时，就进入末期．恒星的末期形态主要有三种：白矮星、中子星或黑洞．例2.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的中微子(ve)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615吨四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为ve＋𝒄𝒍𝟏𝟕𝟑𝟕→𝑨𝒓𝟏𝟖𝟑𝟕＋𝒆﹣𝟏𝟎。已知𝒄𝒍𝟏𝟕𝟑𝟕核的量为36.95658u，𝑨𝒓𝟏𝟖𝟑𝟕核的质量为36.95691u，𝒆﹣𝟏𝟎的质量为0.00055u,1u质量对应的能量为931.5MeV.根据以上信息，可以判断A．中微子不带电B．中微子就是中子C.𝒄𝒍𝟏𝟕𝟑𝟕和𝑨𝒓𝟏𝟖𝟑𝟕是同位素D．参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82MeV解析：守在核反应中，电荷数恒，质量数守恒，可以判断中微子所带电荷数是零，质量数是零，故A项正确，而中子的质量数是1，故B项错误；同位素是电荷数相等，质量数不等的同种元素，而𝒄𝒍1737和𝐴𝑟1837是两种不同的元素，故C项错误；由爱因斯坦质能方程得中微子的质量m＝(0.00055＋36.95691－36.95658)u＝0.00088u，而1u质量对应的能量为931.5MeV，所以中微子的最小能量是E＝931.5×0.00088MeV≈0.82MeV，故D项正确．答案：AD