沪教版高中物理选修3-5课件4.4粒子物理与宇宙的起源

π＋23e －13e －23e ＋13e
下列说法正确的是( ) A．π＋由 u 和 d 组成 B．π＋由 d 和 u 组成 C．π－由 u 和 d 组成 D．π－由 d 和 u 组成
解析：选AD.根据题目所给表格可以知道各种粒 子的带电荷量，由电荷守恒定律可得A、D正确， B、C错误．
给出了这一方面的研究资料及结论，通过学生
自己阅读资料，进行分析，对该题才能做出正
确的解答．
当各种热核反应都不再发生时，由热核反应维持 的辐射压力也消失了．星体在引力作用下进一步 收缩，中心密度达到极大． 4．恒星的归宿 恒星最终归宿与恒星的质量大小有关，当恒星的 质量小于1.4倍太阳质量时，演变为白矮星；当恒 星的质量是太阳质量的1.4倍～2倍时，演变为中 子星；当恒星的质量更大时，演变为黑洞．
3．小粒子与大宇宙 物理学的研究范围小到微观粒子，大到浩瀚的 宇宙，1979年诺贝尔物理学奖得主格拉肖曾经 非常形象地把大至宇观世界小至微观世界的 “链条”比喻成一条咬住自己尾巴的大蛇，从 尾到首依次对应于粒_子___、原_子__核___、原_子___、细胞、 一直到超星系团、整个宇宙．
三、物理学家的追求——统一场论 物理学家的进一步追求，就是把_强__相互作用、 _电__磁_相互作用、_弱__相互作用、引__力__相互作用再 综合在一个统一的理论体系中．
参与强相互作用的粒子称为强子，像质子、中 子、介子等，称为第一个粒子家族． 2．夸克 质子、中子等强子有着自己复杂的结构，它们 有更为基本的成分组成，科学家认为这种成分 叫夸克．到此为止已经知道了有六种夸克的存 在，它们是：上__夸__克__、下__夸__克__、_奇__异__夸__克_、 _粲__夸__克_、_底__夸__克_和_顶__夸__克_．
3．强子：参与强相互作用的粒子．主要包括质 子、中子、介子和超子．强子有内部结构，由 更基本的粒子——夸克组成．
4．夸克：夸克是带分数电荷的，每个夸 克带＋23e 或－13e 电荷(e 为质子电荷单 位)．现代粒子物理学认为，夸克共有 6 种，它们组成了所有的强子，如一个质子 由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中 子由两个下夸克和一个上夸克组成，
宇宙膨胀问题
例2 天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或 星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我 们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行 速度)越大；也就是说，宇宙在膨胀．不同星体 的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v ＝Hr.
式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察 测定．为解释上述现象，有人提出一种理论， 认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成 的．假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀 速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越 大的星体现在离我们越远．这一结果与上述天 文观测一致．
3．恒星的衰老 当恒星核心部分的氢大部分聚变为氦以后，核 反应变弱，辐射压力下降，星核在引力作用下 再次收缩．这时引力热能产生的热将使温度升 得更高，于是发生了氦核聚合成碳核的聚变反 应．类似的过程一波接一波地继续下去，出现 了氧、硅，直到铁等更重要的元素．恒星在这 个阶段要经历多次膨胀与收缩，光度也发生周 期性的变化．
课堂互动讲练
夸克模型
例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 夸克带电荷量为23e，d 夸克带电荷量为－13e， e 为元电荷，下列论断可能正确的是( )
A．质子由1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 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1 个u夸克和1个d夸克组成
了恒星的形成过程：宇宙尘埃万―有―引→力更密集的尘埃
万―有―引→力 气 体 状 态 的 星 云 团
―凝―聚→
恒星．
引力势能转变为内能，温度升高并发光
2．恒星的稳定期 当温度超过107 K时，氢通过热核反应成为氦，释 放的核能主要以电磁波的形式向外辐射．辐射产 生的向外的压力与引力产生的收缩压力平衡，这 时星体稳定下来．恒星在这一阶段停留的时间最 长．太阳目前正处于这一阶段的中期，要再过50 亿年才会转到另一个演化阶段．
解析：选ACD.媒介子、轻子和夸克在现代实验 中还没有发现其内部结构，故A正确．反粒子带 等量异种电荷，反粒子与其对应的粒子相遇时 会发生湮灭现象，故C正确．质子是最早发现的 强子，故D正确．
二、进一步认识恒星的演化过程 1．恒星的诞生 大爆炸 10 万年后，温度下降到 3000 K 左右，开始
核心要点突破
一、现代粒子理论 1．媒介子：传递各种相互作用的粒子．主 要是光子和胶子，光子传递电磁相互作用， 胶子传递强相互作用．强相互作用比电磁相 互作用强得多．如核子之间的核力就属于强 相互作用． 2．轻子：不参与相互作用的粒子．主要有 电子、电子中微子、μ子和μ子中微子、τ子 和τ子中微子．目前认为轻子也没有内部结 构．
夸克所带的电荷为分数电荷，电荷为元
电荷的_23_或__13__.
称为第二个粒子家族的是_轻__子_，如电子、μ子、 τ子以及与它们相联系的中微子等；称为第三个 粒子家族是媒介子，传递相互作用的粒子，如 光子、传递弱相互作用的__中__间__玻_色__子__W_±__、_Z_0_以 及传递强相互作用的_胶__子_．
【自主解答】 题目中给出的信息是u夸克与d 夸克的带电荷量，故应从质子带一个正电荷， 中子不带电荷的角度考虑．分析知B项正确． 【答案】 B
变式训练 已知 π＋介子、π－介子都是 由一个夸克(夸克 u 或夸克 d)和一个反 夸克(反夸克 u 或反夸克 d )组成的，它们 的带电荷量如下表所示，e 为元电荷.
则上夸克带＋23e 电荷，下夸克带－13e 电 荷．上、下夸克的质量略微不同．中子 的质量比质子的质量略大一点点，过去 认为可能是由于中子、质子的带电荷量 不同造成的，现在看来，这应归于下夸 克质量比上夸克质量略大一点点．
即时应用(即时突破，小试牛刀) 下列说法中正确的是( ) A．日前还未发现媒介子、轻子和夸克三类粒子 的内部结构 B．自然界存在的能量守恒定律、动量守恒定律 及电荷守恒定律，对基本粒子不适用 C．反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭 现象 D．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早 发现的强子
由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T， 其计算式为T＝__________.根据过期观测，哈勃 常数H＝3×10－2m/(s·光年)，其中光年是光在一 年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为 ________年．
【精讲精析】 由于爆炸后各星体做的是匀
速运动，令宇宙年龄为 T，则星球现距我们
粒子物理与宇宙的起源
课前自主学案
一、物质结构的更深层次 1．粒子世界 在19世纪末，人们认为_电__子_、质__子__和_中__子_是 组成物质的不可再分的最基本的粒子．用这 个观点成功地解释了各种原子核的一些性质 和核__反__应__的一些规律，原子核中放射出电子， 使人们怀疑“基本粒子”是否还基本． 20世纪中叶，科学家通过高能加速器进行实 验，发现了更多的新粒子，如_μ_子__、_K_介__子__、 _π_介__子__、Λ子．
的距离为 r＝vT＝HrT，得：T＝H1 .
T＝H1 ＝3×10－2m1/s·光年＝31×s·1光0－年2m
＝
1×365×24×3600×3×108 3×10－2×3600×24×365
年
＝
1×1010
年．
【答案】
1 H
1×1010
【规律总结】 宇宙膨胀，这是在天文观测中
所观察到的现象，题目中以宇宙膨胀为背景，
3．加速器和粒子物理 粒子物理学研究的工具是高能_加__速__器_和粒子 _探__测__器_.1989年我国建成的北京__正__负__电__子_对撞机， 使有效能量大大增高．
二、自然界两极的奇妙汇合 1．暴胀的宇宙 宇宙起源于一次大爆炸，这种理论被称为宇宙 _大__爆__炸_理论． 2．恒星的演化 恒星的最后归宿是：质量小于太阳10倍的恒星， 它会演变成白__矮__星__，即体积很小，质量不太小的 恒星；质量大于太阳10倍的恒星，会演变成 _中__子__星_；更大质量的恒星，会演变成“_黑__洞_”．