2019-2020学年高中物理 第十九章 8 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5

8粒子和宇宙1.初步了解粒子物理学的基础知识。2.初步了解恒星的演化。一二三四五一、“基本粒子”不基本在19世纪末,人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子。20世纪后半期,科学家发现质子、中子也有着自己的复杂结构,于是基本粒子不再“基本”。一二三四五二、发现新粒子1.新粒子:1932年发现正电子,1937年发现μ子,1947年发现K介子和π介子;以后又发现了质量比质子大的粒子叫作超子。2.反粒子:实验中发现,对应着许多粒子都存在着质量、寿命、自旋等物理性质与它相同而电荷等其他性质相反的粒子,叫作反粒子。3.粒子的分类:按照粒子与各种相互作用的不同关系,可以将粒子分为三大类:强子、轻子和媒介子。一二三四五三、夸克模型1.什么是夸克:强子有着自己复杂的结构,它们由更为基本的成分组成,科学家认为这种成分叫夸克。2.分类:上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克共有6种,它们所带的电荷量分别为元电荷的+23或−13。每种夸克都有对应的反夸克。3.意义:夸克理论的最大突破是电子电荷不再是电荷的最小单元,即存在分数电荷。4.夸克禁闭:夸克不能以自由的状态单个出现,这种性质称为夸克禁闭。一二三四五四、宇宙的演化宇宙起源于一次大爆炸,这种理论被称为宇宙大爆炸理论。宇宙大爆炸温度1032K夸克、轻子、胶子等粒子温度1013𝐾强子时代温度1011𝐾轻子时代温度109𝐾核合成时代温度104𝐾混合电离态温度3000𝐾中性氢原子恒星和星系一二三四五五、恒星的演化恒星的最后归宿:质量小于太阳质量的1.4倍的恒星会演变成白矮星,即体积很小,质量不太小的恒星;质量大于1.4倍小于2倍太阳质量的恒星,会演变成中子星;更大质量的恒星,会演变成黑洞。一二三一、新粒子的发现及特点发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后新粒子反粒子μ子K介子与π介子超子基本特点质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反比质子的质量小质量介于电子与核子之间其质量比质子大一二三二、粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子说明强子强相互作用质子、中子、介子、超子质子是最早发现的强子,强子有内部结构,由“夸克”粒子构成;强子又分为介子和重子两类轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子最早发现的轻子是电子,未发现有内部结构媒介子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子传递电磁相互作用;玻色子传递弱相互作用;胶子传递强相互作用一二三三、宇宙的演化时间温度粒子宇宙形成之初“粒子家族”大爆炸之后约10-44s1032K产生了夸克、轻子、胶子等粒子大爆炸之后约10-6s1013K夸克构成了质子和中子等强子,称为强子时代时间稍大于10-6s1011K只剩下少量夸克,而自由的光子、中微子和电子等轻子大量存在,称为轻子时代时间推移109K中子和质子结合成氘核,并很快生成氦核,同时有氚核、氦3等轻核及其他轻核生成,此时称为核合成的时代。目前宇宙中存在的大部分氦是那时形成的一二三时间温度粒子大爆炸1万年之后104K此时的宇宙由电子、质子和氦核的混合电离气体组成大爆炸10万年后3000K电子与质子复合成为中性的氢原子时间继续推移继续冷却质子、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和星系类型一类型二对粒子的理解【例题1】目前普遍认为,质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克的电荷量为+23e,𝑑夸克的电荷量为−13e,e为元电荷,下列论断中可能正确的是()A.质子由1个u夸克和2个d夸克组成,中子由1个u夸克和2个d夸克组成B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成,中子由1个u夸克和2个d夸克组成C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成,中子由2个u夸克和1个d夸克组成D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成,中子由2个u夸克和1个d夸克组成类型一类型二解析:质子11𝐻电荷量为2×23e+-13e=e中子01𝑛电荷量为23e+2×-13e=0。答案:B题后反思明确各种粒子的各种信息,是解决这类问题的关键。类型一类型二对宇宙演化的理解【例题2】关于宇宙的成因,目前比较容易被接受的是宇宙起源于。解析:目前关于宇宙成因有许多说法,其中具代表性和多数科学家所接受的是“大爆炸”学说,即认为宇宙起源于一次大爆炸。尽管“大爆炸”学说受到很多人的支持,但仍有很多不解之谜。答案:大爆炸题后反思宇宙成因的说法很多,大爆炸理论是最具代表性的。