粒子世界探秘
2023北京师范大学科研团队探秘太阳耀斑,最新发表
2023北京师范大学科研团队探秘太阳耀斑，最新发表2023北京师范大学科研团队探秘太阳耀斑北京师范大学天文系、天文与天体物理前沿科学研究所科研团队近期在实验室天体物理研究方向取得重要进展，该团队利用上海高功率激光物理国家实验室“神光Ⅱ”装置，首次在实验室实现激光驱动等离子体湍流磁重联过程。
研究成果于2023年1月17日在线发表在Nature Physics上，北京师范大学天文与天体物理前沿科学研究所平永利博士为论文第一作者，天文系仲佳勇教授为通讯作者。
实验通过时空标度变换发现实验室湍流与太阳耀斑小尺度湍流结构一致，并且在电流片出流方向的电子能谱呈现非热幂律谱等特征，为理解太阳耀斑高能粒子起源和加速过程提供重要依据。
“利用国家实验室提供的高能量激光系统，科学家们能够在实验室中获得极端的物理实验条件，模拟多种高能量密度天体物理现象。
”仲佳勇说，这种研究方法不仅可以用来验证天文观测的理论模型，而且可以为发现未知的新物理过程提供途径。
该项研究由北京师范大学、哈尔滨工业大学、中国科学院国家天文台、中国科学院物理研究所、北京大学、深圳技术大学、上海高功率激光物理国家实验室、上海交通大学等研究团队联合完成，项目得到了科技部、国家自然科学基金委员会和中科院先导专项资金的资助支持。
北京师范大学介绍七五”“八五”期间，北京师范大学被确定为国家首批重点建设的十所大学之一。
“九五”期间，被首批列入“211工程”建设计划。
2002年百年校庆之际，教育部和北京市决定重点共建北京师范大学，北京市第九次党代会将北京师范大学列入支持建设的世界一流大学的行列。
“十五”期间，学校进入国家“985工程”建设计划。
2017年，学校进入国家“世界一流大学”建设A类名单，11个学科进入国家“世界一流学科”建设名单。
北京师范大学由北京校区、珠海校区两个校区(含四个校园)组成。
北京校区现有全日制在校生24000余人，珠海校区于2019年4月由教育部正式批准建设，现有本研学生3600余人。
八下物理课件 探索更小的微粒 宇宙探秘(课件)
问题3：原子是不是构成物质的最小微粒呢 电子的发现 1.经历：英国物理学家汤姆生对阴极射线进行了一系 列的研究，1897年，他确认阴极射线是带负电的粒 子，该粒子质量比氢离子小得多，它是构成各种物质 的共有成分，后来人们把这种比原子小得多的带负电 的粒子叫做电子。 2.意义：汤姆生发现电子是物理学史上的重要事件。由于电子 的发现，人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身 也具有结构。此后，原子物理飞跃发展，人类对物质结构的认 识进入了一个新的时代。
问题1：哥白尼提出了“日心说”，较好地描述了 ___宇__宙__天__体__的真实情况，掀起了天文学界的革命，使人们的 思想挣脱了教会的束缚，从此，__自__然__科__学___从教会的束缚下 解脱出来。
问题2：从“地心说”到“日心说”，经历了观察自然现 象→_建__立__模__型__(_理__论__)_→解释__自__然__现__象___→修改发展理论的 循环过程，从中可以看出人类探究自然、追求真理的强烈愿 望，正是这种愿望推动了科学的发展和社会的进步。
教材引入
原子的核式结构模型
卢瑟福建立了类似行星绕日的 原子核式结构模型：原子由带 正电的原子核和带负电的电子 构成，且正负电荷数量相等； 原子核位于原子的中心，电子 受原子核吸引，绕核做高速运 动.如果把原子比作一个乒乓球， 那么原子核只有针尖般大小.
古希腊 原子论
提出者：德谟克利特。 主要观点：万物的本原是原子和虚空。原 子是一种最后的不可分割的物质微粒，虚 空的性质是空旷，原子得以在其间活动。
科学家探索微观粒子的进展
质中卢 子打瑟 是出福 带了用 正质 电子粒 的子 粒从 子氮
原 子 核
α
1932年，查德威克发现了中子， 中子不带电，和质子一样。
翁牛特旗第七中学八年级物理下册第七章从粒子到宇宙四宇宙探秘教案新版苏科版
四、宇宙探秘课题四、宇宙探秘课型新课时间教学目标1、大致了解人类探索太阳系及宇宙的历程，并认识到人类对宇宙的探索将不断深入2、通过对人类探索宇宙历程的展示，培养学生执着追求真理的科学精神3、大致了解我国的航空航天技术的进展教学设想重点：了解人类探索太阳系及宇宙的历程难点：探索宇宙的一些理论教法：教学准备教学过程早在远古时代，人们就开始了对宇宙的探索观察书本的“敦煌星图”例如：古人认为：地球是一块平坦的，并不太大的土地，天空是一个固定的圆形屋顶可见古代人们对天地的认识还很有想象，探索还很漫长从“地心说”到“日心说”公元2世纪，古希腊天文学家托勒玫创造了“地球中心说”，正符合“上帝创世说”的需要，为它提供了“科学依据”。
直到16世纪，波兰天文学家哥白尼写完了自己的著作《天体运行论》，首先提出：地球不是宇宙的中心，地球和其他行星一样，都是围绕着太阳运动的，而地球也在不停地自转着。
哥白尼的“太阳中心说”发表后，遭到罗马天主教会的激烈反对。
它们宣布太阳中心说是“异端邪说”，烧了哥白尼的书。
意大利的思想家布鲁诺宣传和发展了哥白尼的思想。
他说，地球并不是宇宙的中心，它不过是绕着太阳运行的一个小石头球而已。
空间是辽阔的，宇宙是无限的，星星都是一些遥远的太阳。
教会将布鲁诺关进监狱，罪名是“反对《圣经》”。
布鲁诺坚强不屈，不断揭露教会的无耻和黑暗。
他们把布鲁诺送到罗马的鲜花广场上的火刑堆。
布鲁诺面对熊熊烈火，坚定而勇敢地说：“火并不能把我征服，未来的世界会了解我，知道我的价值。
”在临终前他还说：“他们可以把我烧死，但地球照样转个不停。
”年以后，德国天文学家开普勒出版了《新天文学》一书，第一次指出行星的运动轨道是椭圆形的，太阳位于椭圆的一个焦点上。
五、学生实验：探究—影响浮力大小的因素◆基础题1. ______________在液体中的物体受到______________的力，这个力叫做浮力．浮力的施力物体是______________，浮力的方向总是______________．2．物体受到的重力为G，则物体受到液体浮力的大小等于物体受到的重力______________浸在液体中时所称得的物体“重”(即浸在液体中后弹簧测力计的示数F)，即F浮＝______________.3．浮力产生的原因(实质)：液体对物体向上的压力______________向下的压力，向上、向下的______________即浮力．4．浸在液体中的物体受到浮力的大小，跟物体浸入液体中的______________有关，跟液体的______________有关，跟物体浸入液体中的______________无关．5．因为物体排开液体的体积_____________物体浸在液体中的体积，所以我们可以将“物体浸在液体中的体积越大、液体密度越大，它受到的浮力就越大”这个结论表述为物体 ____________的体积越大、液体的_____________越大，它所受的浮力就越大．6．阿基米德原理：浸在液体中的物体受到_____________的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的_____________．◆能力题7.下列说法正确的是( )A．铁块浸没在酒精中受到的浮力是铁块对酒精的作用B．铁块在水中下沉，是因为受到浮力方向是竖直向下的C．一块石头在水中搬运时比较省力，是因为石头在水中受到向上的浮力的缘故D．一块石头在水中搬运时比较省力，是因为石头在水中受到的重力减小的缘故8．如图所示，a、b是两个体积相同又能自由移动的物体，c、d是容器自身凸起的一部分，现往容器注入一些水，则下列说法正确的是( )A．a物体所受浮力大于b物体B．b物体所受浮力大于a物体C．c部分和d部分都受浮力D．d部分和c部分都不受浮力9．体积相同的铁球、铝块和木块，浸在液体中的情况如图所示，则比较它们受到的浮力( )A．铁球受到的浮力最大B．铝块受到的浮力最大C．木块受到的浮力最大D．它们受到的浮力一样大10．跳水运动员入水的过程中，他所受浮力F随深度h变化的关系如图所示，其中正确的是( )11．如图所示，用弹簧测力计悬挂重10 N的金属块浸入水中，弹簧测力计的示数为7 N．此时金属块所受浮力的大小和方向是( )A．7 N，竖直向上B．10 N，竖直向下C．3 N，竖直向下D．3 N，竖直向上提升题12．两手分别拿着一个小木块和一个大石块浸没在水中，同时松手，小木块上浮，大石块下沉，比较松手时两者所受的浮力( )A．木块受的浮力大B．石块受的浮力大C．两者受的浮力一样大D．条件不足，无法比较13．一重物挂在弹簧测力计下，弹簧测力计示数为 2 N，将重物浸没在水中，弹簧测力计示数为 1.2 N，此时重物所受浮力为__________；若改变重物浸没在水中的深度，重物所受浮力大小__________．14．将一质量为540 g的实心铝球投入水中，铝球浸没在水中时受到的浮力是 2N．若用一根最多能承受 4 N拉力的细绳系住铝球缓慢向上拉，当铝球露出水面的体积为__________时绳子会拉断．(已知ρ铝＝2.7×103 kg/m3，取g＝10 N/kg) 15．某同学用弹簧测力计、量筒、水和石块做“探究浮力与物体所排开的液体的重力的关系”实验，实验中的几个情景如图所示．据此可以得出：(1)石块所受的浮力：__________.(2)石块排开的水的重力：__________.(3)本探究实验可以得出的结论：________________________________________．16．为了探究浸在液体中的物体所受的浮力跟它排开液体所受重力的关系，某同学进行了如图所示的实验：(1)图B中用细线将合金块挂在弹簧测力计下，测出它的__________大小．(2)将合金块浸入装满水的溢水杯中如图C所示，合金块所受浮力是__________N.(3)比较图C和图D可知，合金块在水中所受浮力与浸没的深度__________．(4)该同学做完实验总结出规律后，计算合金块的密度是__________.(g取10 N/kg)17．上周学校购买了一批水龙头，据商家说其材料是铜质的，实验室的老师组织一些同学通过实验来验证商家的说法．他们把一个水龙头用轻质细线捆好后挂在弹簧测力计上，在空气中测得它的重力为 1.6 N，再把这个水龙头浸没在水中，如图所示，这时弹簧测力计的读数为1.4 N(ρ铜＝8.9×103 kg/m3，g＝10 N/kg)．(1)这个水龙头的质量是多少？(2)这个水龙头浸没在水中时所受到的浮力有多大？(3)这批水龙头的密度是多少？商家的说法是否正确？18．在水平桌面上放置一个底面积为100 cm2，质量为400 g的圆筒，筒内装有16 cm 深的某种液体．弹簧测力计的下端悬挂着一个底面积为40 cm2、高为8 cm的金属柱，当金属柱从液面上方逐渐浸入液体中直到浸没，弹簧测力计的示数F与金属柱浸入液体深度h的关系如图乙所示．(圆筒厚度忽略不计，筒内液体没有溢出，g取10 N/kg)(1)当金属柱有一半的体积浸在液体中时，受到液体的浮力是多大？(2)圆筒内所装液体的密度是多大？(3)当金属柱有一半的体积浸在液体中时，圆筒对桌面的压强是多大？答案和解析◆基础题1.浸；向上；液体；竖直向上2.减去；G-F3.大于；压力差4.体积；密度；深度5.等于；排开液体的体积6.向上；重力◆能力题7. C 解析：铁块在酒精中受到的浮力是酒精对铁块的作用，所以A不正确；铁块在水中下沉受到的浮力仍是竖直向上的，所以B不正确；石头在水中受到的重力不变，重力大小与是否放入水中无关，所以D不正确．故选C.8． A 解析：由题图可知，水对a物体上下表面产生了向上的压力差，故a物体一定受浮力的作用，b物体上表面没有受到水的压力，但下表面受到水的压力，因此水对b物体上下表面产生了向上的压力差，故b物体也受浮力的作用，且b物体浸在水中的体积小于a 物体浸在水中的体积，所以a 物体所受浮力大于b 物体，故A 选项正确、B 选项错误．c 部分上表面受到水的压力，但下表面没有受到水的压力，因此水对c 部分上下表面没有产生向上的压力差，故c 部分不受浮力的作用；水对d 部分上下表面产生了向上的压力差，故d 部分受浮力的作用，故C 、D 选项均错误．故选A.9． D 解析：浸在液体中的物体受到的浮力大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积有关．本题中，三个物体的形状、密度和所在位置不同，但都完全浸在同种液体中，排开液体的体积完全相同，所以受到的浮力大小相同．故选D.10． A 解析：在运动员入水的过程中，随深度的增大，浸在水中的体积先增大后不变，而水的密度保持不变，故运动员受到的浮力先增大后不变．故选A.11． D 解析：物体在水中受到的浮力F 浮＝G －F ＝10 N －7 N ＝3 N ，方向竖直向上．故选D.提升题12． B 解析：小木块和大石块浸没在水中时，小木块浸在水中的体积小于石块浸在水中的体积，所以木块所受浮力小于石块所受浮力，故A 、C 、D 错误，故选B.13． 0.8 N ；不变．解析：将重物浸没在水中时受到的浮力：F 浮＝G －F ＝2 N －1.2 N ＝0.8 N ；因改变重物浸没在水中的深度时，重物浸在水中的体积不变，故重物所受浮力大小不变．14． 6×10－5 m 3 解析：根据阿基米德原理，铝球在水中受到的浮力为F 浮＝ρ水 gV排，由题意可知，V 排＝m 铝ρ铝＝0.54 kg 2.7×103 kg/m3＝2×10－4 m 3，所以F 浮＝ρ水gV 排＝1×103kg/m 3×10 N/kg×2×10－4 m 3＝2 N ．设当铝球露出水面的体积为V 露时，绳子会断，此时的浮力为F 浮′，则：F 浮′＝G －F 拉，即ρ水 gV 排′＝G －F 拉，V 排′＝G －F 拉ρ水 g＝5.4 N －4 N 1×103 kg/m3×10 N/kg＝1.4×10－4 m3，则V 露＝V －V 排′＝2×10－4 m3－1.4×10－4 m 3＝6×10－5 m 3.15． (1) 1 N.(2) 1 N.(3)浸在液体中的物体所受浮力等于物体所排开的液体的重力．解析：(1)由弹簧测力计的示数可知石块重力为G 石＝3 N ；读出石块浸没水中时弹簧测力计的示数：F ＝2 N ，石块受到的浮力为F 浮＝G 石－F ＝3 N －2 N ＝1 N ．(2)由量筒读出石块排开水的体积：V 排＝300 mL －200 mL ＝100 mL ＝1×10－4 m3，排开水的重力：G 排＝m 排 g ＝ρ水 gV 排＝1×103 kg/m3×10 N/kg×1×10－4 m3＝1 N ．(3)由(1)(2)得出，F 浮＝G 排，即：浸在液体中的物体所受浮力等于物体所排开的液体的重力．16．(1)重力；(2) 0.5 N ；(3)无关；(4) 4×103kg/m 3.解析：(1)合金块的重力和所受弹簧测力计对它的拉力是一对平衡力，因而大小相等，测出它的重力大小；(2)根据合金块在水中静止时受到重力和向上的浮力及拉力三个力的作用，由于处于静止状态，因而受平衡力，即F 浮＝G －F ，得出合金块所受浮力是0.5 N ；(3)由于图C 和图D 中合金块在水中的浸没深度不同，而两次弹簧测力计的示数相同，即合金块两次所受浮力相同，从而得出浮力大小与在水中浸没的深度无关．(4)由浮力公式F 浮＝ρgV 排得出V 物＝V 排＝F 浮ρg ，从而求出合金块的体积是5×10－5 m3，由m ＝G g求出合金块的质量是0.2 kg.因此利用公式ρ＝m V求出合金块的密度是4×103 kg/m 3. 17．解：(1)m ＝G g ＝1.6 N 10 N/kg＝0.16 kg. (2)F 浮＝G －F ＝1.6 N －1.4 N ＝0.2 N.(3)F 浮＝ρ水gV 排，即0.2 N ＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×V 排，则V 排＝2.0×10－5 m 3，V 物＝V 排＝2.0×10－5 m 3，ρ＝m V 物＝0.16 kg 2.0×10－5 m3＝8.0×103 kg/m 3≠ρ铜，这批水龙头的密度是8.0×103 kg/m 3，不等于铜的密度，所以商家的说法不正确．18．解：(1)当h ＝0时，测力计的示数等于金属柱的重力，由图象知，G ＝10 N ；当金属柱有一半的体积浸在液体中时，h ＝12×8 cm＝4 cm ，拉力F ＝6 N ；所以F 浮＝G －F ＝10 N －6 N ＝4 N.(2)当金属柱有一半的体积浸在液体中时，排开液体的体积：V排＝40 cm 2×4 cm＝160 cm 3＝1.6×10－4 m 3.由F 浮＝ρ液gV 排得：ρ液＝F 浮gV 排＝ 4 N 10 N/kg×1.6×10－4 m3＝2.5×103 kg/m3. (3)由ρ＝m V得液体的质量：m 液＝ρ液V 液＝2.5×103 kg/m3×100×10－4 m2×0.16 m＝4 kg ，圆筒和液体的总重力：G 总＝(m 容器＋m 液)g ＝(0.4 kg ＋4 kg)×10 N/kg＝44 N ，当金属柱的一半浸入液体中时，对桌面的压力：F 压＝G 总＋G －F ＝44 N ＋10 N －6 N ＝48 N ，p ＝F 压S ＝48 N 100×10－4 m2＝4.8×103 Pa.第2节物质的密度一、选择题1．如图所示是我国自行研制即将首飞的C919大型喷气客机，它的机身和机翼均采用了极轻的碳纤维材料．这种材料的优点是A．密度小B．弹性小C．体积小D．硬度小【答案】A【解析】分析：根据mV＝可知，一定体积的物体，密度越小质量越小，据此分析即可解答．解答：我国自行研制即将首飞的C919大型喷气客机，它的机身和机翼均采用了极轻的碳纤维材料．“极轻”表示体积一定时，材料的质量非常小，也就是密度很小．所以这种材料的优点是密度小．故选A．【点睛】此题考查了密度及其应用，体现了物理规律与社会生活的密切联系．难度不大，属于基础题．2．根据密度公式ρ=m/V,下列说法中正确的是A．物质的密度与其质量成正比B．物质的密度与其体积成反比C．物质的密度与质量成正比，与体积成反比D．密度是物质的特性之一，它与质量和体积无关【答案】D【解析】【分析】【详解】A．同种物质，密度确定，不会随质量变化而变化．此说法错误；B．同种物质，密度确定，不会随体积变化而变化．此说法错误；C．同种物质，密度确定，不会随质量、体积的变化而变化．此说法错误；D．密度是物质的一种特性与质量、体积无关．此说法正确．故选D.3．一杯水倒掉一半后，下列判断正确的是( )A．质量不变，密度不变B．质量变小，密度不变C．质量变小，密度变小D．质量不变，密度变小【答案】B【解析】【分析】【详解】质量是物体本身的一种属性，只有在所含物质的多少发生变化时才会改变；密度是物质的某种特性，与物质的种类和状态有关，同种物质的密度一般不变；所以，一杯水倒掉一半后，所含物质变少，质量减半，但是物质仍为水，则密度不变，故只有B符合题意．4．某实验小组分别用天平和量筒测出了两种物质的质量和体积，并描绘出V―m图像如图所示，则下列判断正确的是（）A．ρ甲＞ρ乙B．ρ甲＝ρ乙C．若V甲＝V乙，则m甲＜m乙D．若m甲＝m乙，则V甲＜V乙【答案】C【解析】【分析】【详解】AB ．由图象可知，两物质体积V 相同时，m 甲＜m 乙，由密度公式ρ=m V 可知：ρ甲＜ρ乙，故AB 错误； C ．由图象可知，V 甲=V 乙时，m 甲＜m 乙，故C 正确；D ．由图象可知，m 甲=m 乙时，V 甲＞V 乙，故D 错误；5．分别由甲、乙两种物质组成的两个实心物体质量与体积的关系如图所示，由图象可知，甲、乙两种物质的密度之比ρ甲∶ρ乙为( )A ．1∶2B ．2∶1C ．4∶1D ．8∶1【答案】D【解析】【分析】【详解】 由图可知：物质甲的密度33404/10m g g cm V cm甲甲甲ρ===，乙的密度33100.5/20m g g cm V cm ρ===乙乙乙，所以3340.58:1g g cm cm ρρ==甲乙：：，故D 正确为答案． 6．如图所示，由不同物质制成的甲、乙两种实心球体积相等，此时天平平衡，则制成甲、乙两种球的物质密度之比（）A ．3：5B ．5：3C ．2：1D ．3：1【答案】D【解析】【分析】【详解】由天平平衡可知，天平左右两盘的质量相等，根据公式m=ρV可得，2ρ甲V+ρ乙V=ρ甲V+4ρ乙V，整理得：ρ甲:ρ乙=3:1，故答案为D．选项A、B、C均不符合题意．7．有四个容量均为200ml的瓶子，分别装满酱油、纯水、植物油和酒精，那么装的质量最多的是（ρ酱油＞ρ纯水＞ρ植物油＞ρ酒精）（）A．纯水B．酱油C．酒精D．植物油【答案】B【解析】【详解】由ρ=m/V得：m=ρV，又因为分别装满，体积都等于瓶子的容积，故V相同，已知ρ酱油＞ρ纯水＞ρ植物油＞ρ酒精，所以密度小的质量小，可知酒精的质量最少，故C正确；故应选C．8．一个瓶子能盛1kg的水，可用该瓶子盛1kg的下列哪种液体？（已知ρ水银＞ρ水＞ρ植物油＞ρ酒精＞ρ汽油）A．酒精B．汽油C．水银D．植物油【答案】C【解析】【详解】由ρmV＝,，可得Vm＝，质量相同的不同物质，体积与密度成反比.所以能够容纳1kg水的瓶子，只能容纳1kg密度比水的密度大的液体.已知ρ水银＞ρ水＞ρ植物油＞ρ酒精＞ρ汽油，所以能够容纳1kg 水的瓶子，只能容纳1kg密度比水大的水银。
粒子加速器探秘微观世界的巨无霸
粒子加速器探秘微观世界的巨无霸粒子加速器是如同现代科学“地下漫游”的神奇装置，其在微观世界中的作用重要而广泛。
通过产生极高能量的粒子束，粒子加速器为我们揭示了微观世界的奥秘，使我们能够深入探索原子核、基本粒子以及宇宙的起源。
本文将从粒子加速器的原理、分类、应用及前景等角度展开讨论。
一、粒子加速器的原理粒子加速器的基本原理是利用静电力和磁力对粒子进行加速和操控。
简单来说，粒子加速器是由一个或多个环形轨道组成的，其中放置着一条被加速粒子所填充的真空管。
通过给粒子加上电荷并利用电场对其施加力，粒子能够被加速至非常高的速度。
同时，通过磁场的作用，粒子也可以被引导到预定的轨道上。
二、粒子加速器的分类根据使用的加速方式不同，粒子加速器可以分为线性加速器和环形加速器两大类。
1.线性加速器线性加速器是一种直线的粒子加速器，它将粒子在直线上加速，使其获得高能量。
待粒子达到所需能量后，即可执行实验或碰撞。
线性加速器的优势在于其结构相对简单，加速器长度可根据需要来调整，使其适用于不同的实验目的。
常见的线性加速器有SLAC加速器和欧洲XFEL加速器等。
2.环形加速器环形加速器则是将粒子加速至高能态后，使其在环形轨道上持续运行。
环形加速器通常采用强大的磁场来保持粒子在轨道上的运动，并使用加速模块为粒子提供进一步的加速。
环形加速器的优势在于粒子可以多次通过同一加速模块，从而达到更高的能量。
著名的环形加速器包括CERN的LHC和法国的SOLEIL加速器等。
三、粒子加速器的应用粒子加速器的应用领域广泛，涉及基础理论研究、医学、材料科学等多个领域。
1.基础理论研究粒子加速器为理论物理学家们提供了研究微观世界的重要工具。
例如，通过加速器能够产生高能的粒子束，从而促使粒子之间的碰撞。
这些碰撞可以产生新的粒子，帮助科学家们验证理论模型的正确性。
著名的希格斯玻色子的发现就是借助粒子加速器来实现的。
2.医学应用在医学领域，粒子加速器的应用也十分广泛。
(沪科版)高中物理选修(3-5)第三章原子世界探秘教材分析
(沪科版)高中物理选修(3-5)第三章原子世界探秘教材分析一、《普通高中课程标准》原子结构部分课程标准（二）原子结构1．内容标准（1）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。
例1 用录像片或计算机模拟，演示α粒子散射实验。
（2）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。
例2 了解光谱分析在科学技术中的应用。
2．活动建议观看有关原子结构的科普影片。
二、课标解读内容标准 (1)了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验.。
具体要求：了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。
例如，了解汤姆逊发现电子的实验和原子的“枣糕结构”模型；了解卢瑟福的α粒子散射实验和原子的“核式结构模型”；通过了解人类探索原子结构的历程，体会科学方法在科学发展中所起的作用。
.内容标准(2) 通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构。
具体要求：初步了解玻尔原子结构假说的基本内容。
例如，知道原子核外电子绕核运动的轨道半径只能取某些分立的数值；电子绕核做变速运动但不辐射能量,因而相应的状态是稳定的；原子处于能量最低的基态时最稳定，当处于较高能量状态的原子其核外电子向较低能量状态跃迁时，将以光子的形式放出能量；知道能级的概念;了解氢原子的能级，例如,了解氢原子的能级公式；能计算氢原子在两个能级,间跃迁时发射光子的频率，知道计算公式。
了解光谱的基本知识,知道氢原子光谱的实验规律，认识经典理论对氢原子光谱解释的困难，初步了解玻尔理论对氢原子光谱的解释。
三、整章教材分析1.本章知识的逻辑结构图关于阴极射线的争论 阴极射线是粒子流？ 射线是波长极短的电磁波？ 研究阴极射线的带电性质；用荷质比法测定电子的质量探究实验一 探究实验二 电子的发现及其重大意义英国化学家道尔顿的观点 物体是原子组成的，原子就像实心球，是不能再分割的科学家们对阴极射线的积极研究促使十九世纪末的三大发现 1895年伦琴发现了射线1896贝克勒尔发现了放射性 1897年汤姆生发现了电子 原子模型的提出1904年汤姆生提出枣糕模型 1911年卢瑟福根据α粒子的散射实验提出原子的核式模型吸收光谱明线光谱发射光谱连续光谱2.本章教材内容分析本章教材以人类探索原子结构的历程为线索，从电子的发现开始，展示科学家探索原子结构的过程及有关的经典实验，让学生体会人类在探究微观世界过程中的研究方法及其在现代科学发展中的作用和价值，认识在量子力学视野下的原子结构图景；最后通过对氢原子光谱的分析，让学生了解原子的能级结构，以及光谱分析在科学技术中的应用。
探索更小的微粒 宇宙探秘知识点与练习
探索更小的微粒宇宙探秘要点一、更小的微粒1.物质的构成：物质是由分子构成的，分子是由原子构成的。
2.卢瑟福的原子核式结构模型：（1）原子是由带正电的原子核和带负电的电子构成的，且正负电荷数量相等；（2）原子核位于原子的中心，电子受原子核吸引，绕核做高速运动。
3.原子核的构成：（1）由带正电的质子和不带电的中子构成。
质子和中子被称为核子。
（2）20世纪60年代，科学家提出质子和中子都是由被称为夸克的更小微粒构成。
要点诠释：1.原子结合成许多物质的分子，如：两个氢原子组成一个氢气分子，一个氧原子和两个氢原子组成一个水分子。
有些物质的分子是由单个原子构成的，例如氦分子就是一种单原子分子。
2.原子的质量几乎集中在原子核里。
原子直径的数量级为10-10m，原子核直径的数量级为10-15—10-14m。
3.物质的微观结构：要点二、宇宙探秘1.“地心说”：古希腊天文学家，托勒玫提出了以地球为宇宙的中心的“地心说”。
2.“日心说”：波兰天文学家哥白尼创立了“日心说”。
3、银河系：由群星和弥漫物质集合而成的一个庞大的天体系统，称为银河系。
4、光年：光在真空中一年所经过的距离作为长度单位，称为1光年（l.y）1i.y=9.46×1015m。
要点诠释：1、太阳是银河系中数亿千计的恒星中的一颗，而银河系又只是浩瀚宇宙中普通的一员。
宇宙是一个有层次的天体结构系统，它是有起源的、膨胀的和演化的。
2、大爆炸理论认为，宇宙起始于一个“原始火球”。
“原始火球”发生爆炸，这种爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间、空间。
爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降。
温度降低到一定程度时，逐步形成了行星和恒星、星系、星系团和超星系团等。
3、根据哈勃定律的推断，星系在远离我们而去，提供了宇宙在膨胀的有力证据。
典型例题：类型一、物质的构成1.关于物质的组成，下列说法错误的是（）A.物质是由分子组成的B.原子由原子核和中子组成C.原子核由质子和中子组成D.质子和中子还有更小的精细结构【答案】B【解析】物质是由分子组成，分子又由原子组成的，原子又由原子核和核外电子组成，且核外电子绕原子核高速运动，原子核又是由质子和中子组成，比质子中子还小的微粒还有夸克。
高中物理第3章原子世界探秘3.1电子的发现及其重大意义3.2原子模型的提出课件沪科版选修3_5
(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少， 如图8所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于90°.
图8
达标检测
1.(对阴极射线的认识)(多选)英国物理学家汤姆生通过对阴极射线的实验 研究发现
√A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B.阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同 C.不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
采用了如图5所示的阴极射线管，从C出来的阴
极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入
长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中
图5
心出现荧光斑.若在D、G间加上方向向上、场强为E的匀强电场，阴极射线
将向下偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感
应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去
针对训练2 卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映 实验结果的示意图是
√
解析 α粒子轰击金箔后偏转，越靠近金原子核，偏转的角度越大，所以 A、B、C错误，D正确.
解析
答案
总结提升
解决这类问题的关键是理解并熟记以下两点： (1)明确实验装置的组成及各部分的作用. (2)弄清实验现象，知道“绝大多数”、“少数”和“极少数”α粒子的运 动情况及原因.
[即学即用] 判断下列说法的正误. (1)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在 正电体外面运动.( √ ) (2)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷.( √ )
答案
题型探究
一、对阴极射线的认识
例1 (多选)下面对阴极射线的认识正确的是 A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的 B.只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
“上帝粒子”揭开宇宙奥秘
“上帝粒子”揭开宇宙奥秘Life 生活New tech 新知子都将如光子一般，以光速横冲直撞。
希格斯粒子形成后，除了光子，其它的基本粒子与希格斯粒子发生碰撞后，就如同轻巧的棉花吸饱了水分一般，获得了质量，速度也慢下来了。
慢下来的基本粒子“夸克”在相互作用下，抱团组成了质子、中子等粒子，质子和中子又组成了原子核，原子核与电子在电磁力作用下又形成了原子，原子构成分子，由此形成了我们所见到的大千世界。
如果没有希格斯粒子，其他的基本粒子就会仍然以光速运行，不能聚合在一起，宇宙将仍然是一锅沸腾的基本粒子汤，根本不能组成物质，生命也无从谈起。
天才的假设，在时隔近半个世纪之后终于得到了诺贝尔物理学奖的肯定。
希格斯粒子的确认除了弥补标准模型缺漏、奠定标准模型基础这一重大意义外，还为科学家们开启了另一扇大门，得以进行此前无法进行的一些计算。
其中一些计算的结果有关宇宙的命运。
在进行计算时，希格斯粒子本身的质量是一个非常关键的参数，它预示了时空的未来命运。
目前的测量值显示，希格斯粒子的质量约为质子的126倍，这一质量值几乎已经处在一个临界点上，它预示着宇宙可能在未来数十亿年内走向毁灭。
这样的结果告诉我们，人类所生活于其中的宇宙本身存在着内在的不稳定性。
也许，在数十亿年之后，一切都将瓦解。
10月8日，弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯分享了今年的诺贝尔物理学奖，获奖成果是在1964年做出的一项预测。
他们关于希格斯粒子存在的预言，得到了欧洲核子中心的证实。
希格斯粒子被认为是生成基本粒子的“质量”之源，被科学界称作“上帝粒子”。
世界由几种基本粒子构成，这一提法由来已久。
从德谟克利特2000多年前提出的“原子说”到如今被科学家普遍接受的标准模型理论，从朴素的形而上学概念到标准模型所预言的粒子陆续被证实，人类似乎越来越接近这一问题的答案。
遗憾的是，标准模型理论虽然被物理学界广泛应用，但并不完美。
在标准模型建立过程中，有一个问题一直困扰着科学家们：按照这一理论，基本粒子并没有质量，但实验结果却又清楚表明，除了光子以外的基本粒子都是有质量的。
幽灵粒子中微子的隐秘世界
幽灵粒子中微子的隐秘世界在我们周围的宇宙中，存在着一种神秘而又普遍的粒子，那就是中微子。
中微子是一种基本粒子，没有电荷，质量极小，同时也没有稳定的内部结构。
虽然中微子在我们日常生活中并不具有直接影响力，但在宇宙学、粒子物理学等领域却扮演着重要角色。
而让人们着迷的是，中微子的隐秘世界究竟包含着怎样的奥秘呢？中微子的发现与性质中微子是由意大利物理学家恩里科·费米等人在20世纪50年代初次提出并发现的。
他们猜测，由于核反应而产生的中微子几乎没有相互作用，因此极难被检测到。
直到后来，在核反应堆实验中，科学家们才首次成功地捕获到了中微子的存在。
对于中微子的性质，科学家们进行了大量实验证明其几乎不与物质发生相互作用，并且有三种不同类型：电子中微子、穿越中微子和缠缠绕绕中微子。
由于其质量极小，速度接近光速，以及非常稀疏的相互作用特性，使得中微子成为了一种极为神秘的粒子。
中微子挑战传统物理模型在现代物理学领域中，标准模型被广泛认为是对物质和力之间相互作用的最好描述。
然而，由于中微子具有了传统物理模型无法解释的性质，使得科学家们需要重新思考这一模型。
例如，在过去的研究中发现，中微子具有自旋1/2，但标准模型无法解释其质量问题。
随着物理研究技术的不断进步，越来越多的数据显示出中微子可能涉及到新的物理规律，这也引发了对新物理学模型和核心理论的重新思考和研究。
中微子与宇宙学之谜除了在实验室中进行研究外，在宇宙学领域中，中微子也扮演着重要角色。
据科学家估计，宇宙中约有10亿个中微子穿过每平方厘米每秒。
这些来自太阳、地球核反应堆以及宇宙射线等不同来源产生的中微子流深深影响着宇宙演化和结构形成。
通过观测和研究地球产生的大气呼吸过程或者星际射线等现象，科学家们可以更深入地探索宇宙背后更加深邃而复杂的机制与秩序。
而其中微子作为介质和信使参与其中，并且其行为特性可能揭示出更多令人震惊并引人深思的现象。
未来展望与新发现尽管中微子的隐秘世界给科学家们带来巨大挑战，但也正是这种挑战激发了更多前沿领域的研究与探索。
科学家对未知微观粒子的探索历程回顾
科学家对未知微观粒子的探索历程回顾"微观粒子的探索历程"这个题目让我们不由自主地回想起科学史上一系列关于微观世界的重要发现和突破。
从类比到量子，科学家们对微观粒子的探索经历了漫长而艰辛的历程。
本文将回顾一些科学家们在这一过程中所做出的重要贡献，探讨他们在解开微观世界谜团的道路上的挑战和突破。
在19世纪中期，科学家对于原子结构的了解远未达到今天的水平。
人们甚至不能确定原子是否真实存在，更不用说探索其中的微观粒子了。
然而，一些杰出的科学家通过他们的实验和理论发展为我们提供了前进的动力和方向。
首当其冲的就是英国物理学家约翰·道尔顿。
1803年，道尔顿提出了著名的“道尔顿原子学说”，即物质由不可分割的小颗粒——原子组成，每种物质都由特定类型的原子组成，不同物质由不同类型的原子组合而成。
虽然他的原子学说是部分正确的，但道尔顿并没有提出任何关于原子内部结构的理论。
进一步的突破来自于世纪之交时期的科学家——汤姆逊。
他的研究方向主要是电学现象。
通过实验，汤姆逊发现了一种带负电荷的粒子，即电子。
他提出了著名的“蛋糕模型”，认为原子内部由带正电的均匀分布的物质构成，而电子则像葡萄干一样散布在其中。
这一模型为对原子内部结构的理解提供了新的思路和创新。
然而，真正革命性的进展发生在1905年，当时年仅26岁的爱因斯坦提出了他的著名论文，解释了布朗运动。
在研究物质微小粒子在水中的运动时，他成功地揭示了存在于水分子中的原子和分子的存在。
爱因斯坦的工作为量子力学的发展奠定了基础，并将原子内部结构的探索引向了一个新的阶段。
爱因斯坦的贡献开启了一个新时代，在此之后，许多杰出的科学家不断进行探索和实验，用他们的工作推动了微观粒子理论的进展。
其中最引人注目的是勒纳德、卢瑟福、波尔等一批杰出的科学家。
勒纳德利用阴极射线实验证明了汤姆逊的蛋糕模型存在缺陷。
他发现了一个新的粒子，即质子，证实了原子内部存在带正电的粒子。
高能粒子物理的探秘
高能粒子物理的探秘高能粒子物理是研究微观世界最基本粒子及其相互作用的学科，也是现代物理学中最前沿和最具挑战性的领域之一。
通过对高能粒子的加速、碰撞和探测，科学家们揭示了宇宙的奥秘，推动了人类对自然界的认识和技术的发展。
本文将介绍高能粒子物理的基本概念、研究方法和取得的重要成果。
一、高能粒子物理的基本概念高能粒子物理研究的对象是构成物质的基本粒子，包括了电子、质子、中子等已知粒子，以及更加微小和奇特的粒子，如夸克、轻子、强子等。
这些粒子具有不同的质量、电荷和自旋等性质，它们之间通过相互作用力相互影响和转换。
高能粒子物理的目标是揭示这些粒子的本质、相互作用的规律和宇宙的起源。
二、高能粒子物理的研究方法高能粒子物理的研究方法主要包括加速器实验和探测器实验两种。
加速器实验通过将粒子加速到极高的能量，使其具有足够的动能来产生新的粒子或发生粒子间的相互作用，从而揭示微观世界的规律。
探测器实验则是利用粒子与物质相互作用的特性，通过设计和制造各种探测器来观测和测量粒子的性质和行为。
加速器实验中，科学家们使用强大的加速器将粒子加速到接近光速的速度，然后让它们在碰撞点发生高能碰撞。
通过观测和记录碰撞产生的新粒子和能量释放的方式，科学家们可以推断出粒子的性质和相互作用的规律。
目前，世界上最大的加速器是欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC），它能够产生极高能量的质子对撞，为高能粒子物理研究提供了重要的实验平台。
探测器实验中，科学家们设计和制造各种精密的探测器，用于观测和测量粒子的性质和行为。
这些探测器包括粒子追踪探测器、电磁量能器、强子量能器等，它们能够测量粒子的轨迹、能量、电荷等信息。
通过对这些信息的分析和研究，科学家们可以了解粒子的性质和相互作用的规律。
三、高能粒子物理的重要成果高能粒子物理的研究取得了许多重要的成果，对人类对自然界的认识和技术的发展产生了深远的影响。
以下是一些重要的成果： 1. 发现了新的基本粒子：通过加速器实验和探测器实验，科学家们发现了许多新的基本粒子，如夸克、轻子、强子等。
幽灵粒子中微子的隐秘世界
幽灵粒子中微子的隐秘世界中微子是一类极其神秘的基本粒子，它在宇宙中无处不在，并且与普通物质的相互作用非常微弱。
由于中微子具有很小的质量和几乎无穷小的反应截面，因此它们被称为“幽灵粒子”。
然而，通过对中微子的研究，我们可以窥探到自然界中最基本、最奇妙的物理规律。
本文将带领读者一起探索中微子的隐秘世界。
中微子的发现在20世纪50年代初，物理学家雷诺·带维克等人首次观测到中微子现象，并获得了诺贝尔物理学奖。
他们利用了一种名为反应堆中微子的实验方法，在核反应堆辐射出来的自由中子与质子相互作用时，会释放出一种特殊的粒子——中微子。
通过探测这种粒子的存在，科学家们验证了宇宙中存在着一种新型的基本粒子。
中微子与物质之间的相互作用与其他基本粒子不同，中微子与物质之间的相互作用非常微弱。
中微子在传播过程中几乎不与普通物质发生相互作用，可以穿透地球上几十亿吨的物质而毫无阻碍。
这使得中微子在寻找宇宙奥秘、研究地球内部构造等领域有着独特的应用价值。
中微子振荡现象曾经有一个谜题困扰了科学家们很长时间：观测到太阳中微子和地球上探测器上记录到的太阳中微子数量不符。
这个问题被称为“太阳中微子问题”。
然而，在20世纪80年代末至90年代初，科学家发现了一个重大突破：原来中微子是可以改变自己的身份！这个现象被称为“中微子振荡”，它揭示了中微子具有质量，并且能够在传播过程中跃迁到不同类型的中微子。
通过研究这一现象，科学家们解决了太阳中微子问题，并深入探索了中微子的隐秘世界。
中微子质量和震荡角度根据目前的研究结果，科学家们已经确定了三种类型的中微子：电子型、缺失型和令肾型。
这三种类型的中微子具有不同的质量，并且在传播过程中会发生震荡。
为了描述这种振荡现象，科学家引入了两个参数：质量差和混合角。
其中，质量差表示不同类型中微子之间的质量差异，而混合角则描述了不同类型之间相互转变的概率。
中微子实验装置为了深入研究中微子振荡现象，科学家们设计并建造了一系列复杂而庞大的实验装置。
心藏粒子物理 探秘神奇世界
心藏粒子物理探秘神奇世界作者：武光磊来源：《科学中国人》 2018年第18期1897年，英国物理学家汤姆森发现了第一个基本粒子电子，自此，与粒子物理有关的一切从这里开始……随着科研人员对粒子物理的深入研究，早在20世纪60年代初，通过实验发现的基本粒子数量就已达到近百种。
显然，随着加速器能量的提高，还会有大量的新粒子将被发现。
在基本粒子的研究初期，人们曾寄希望于基本粒子会为物质世界描绘出一幅简洁明了的图象，但没想到，基本粒子的种类竟如此之多，物质世界的奥秘也竟如此复杂。
于是，科研人员开始向粒子物理的深层次探索更多的秘密，近年来，粒子加速器、探测手段、数据记录以及计算技术应用的不断发展，在带来粒子物理本身进展的同时，也促进了整个科学技术的发展，取得的一系列丰硕成果也已经在宇宙演化的研究中发挥重要作用。
在进行粒子物理实验的过程中，探测器是其中的“重头戏”，中国科学院高能物理研究所副研究员梁志均自2006年起就参与了欧洲大型强子对撞机（L H C）实验中的A T L A S实验，而A T L A S作为L H C中四个大型探测器之一，主要进行的正是粒子物理实验。
长期以来，梁志均投身于L H C中有关ATLAS的研究，重点开展物理分析和探测器硬件研发工作，一点一滴探寻着粒子物理世界中的神奇。
始于兴趣忠于粒子物理研究之所以执着于从事粒子物理这个研究方向，对梁志均来说，唯有“兴趣”二字可以解释。
“我对物理很感兴趣，而粒子物理可以研究物质的深层次结构，这对我很有吸引力。
”梁志均如是说。
提到梁志均如何与物理结缘，还得从他的大学说起。
对物理有着很深“执念”的梁志均，在高中时期就参加了多个物理竞赛，取得的好成绩也让他对物理的感情愈发浓厚。
2000年填报高考志愿时，他毅然决然地选择了中山大学物理学专业，一直到2010年博士毕业他都在中山大学围绕物理学进行研究，不曾离开。
期间梁志均真正接触到了L H C，并成为ATLAS实验团队中的一员。
季向东粒子物理探秘答案
A ．弱相互作用
B ．电磁相互作用
C ．强相互作用
D ．引力相互作用
12. 用以描述原子及更基本的粒子的运动不能用 C
A ．狭义相对论
B ．量子力学
C ．牛顿力学
D ．电动力学
13. 在观测宇宙中反物质分布时主要的观测手段是 C A ．观测宇宙射线中电子的含量
B ．观测宇宙射线中反氢的含量
C ．观测宇宙射线中反氦的含量
1. 下面哪些粒子可以算是最基本的粒子 A
A ．光子 夸克 电子
B ．夸克 介子 电子
C ．中子 光子 夸克
D ．质子 中子 光子
2. 基本粒子分类为 C A ．质子、中子、电子、光子
B ．重子、轻子、胶子、光子
C ．夸克、轻子、相互作用传播子、Higgs 粒子
D ．重子、轻子、介子、光子
3. 为什么对于原子的认识会起源于化学 A A ．化学反应过程涉及到原子间的相互作用
A ．万有引力相互作用
B ．电磁相互作用
C ．弱相互作用
D ．强相互作用
32. 关于中子和中微子，下述表述不正确的是 B A ．中子和中微子都不带电
B ．中微子除了质量比中子小很多外其他性质与中子相同
C ．中子既参与强相互作用也参与弱相互作用，而中微子仅参与弱相互作用
D ．中子是强子，中微子是轻子
33. 关于中微子，下列表述正确的是 A A ．只有左手的中微子
C ．胶子有三种颜色
D ．胶子有三种
21. 关于洛伦兹对称性，以下正确的是 B A ．洛伦兹对称性是内部对称性
B ．洛伦兹对称性是时空变换对称性
C ．洛伦兹对称性不是连续对称性
D．
22. 关于电荷共轭对称性，以下正确的是 A A ．电荷共轭对称性是内部对称性
《科学家谈物理》第三辑 粒子世界探秘
前 言自然界是一个形形色色、丰富多彩的物质世界，人类自古以来就在不断地进行探索，以便了解这个物质世界是由什么构成的，是怎样构成的。
在古代人们就已经对物质世界的构成提出过许多种理论，但是由于科学技术水平的限制，这些认识一直停留在非常粗浅的水平上。
直到近代，工业革命使得科学技术获得了突飞猛进的进步，为科学实验的开展提供了前所未有的条件，也带动了科学理论的飞速发展。
微观世界一直是人们进行研究的一个主要方面。
因为宏观世界是以微观世界为基础的，研究微观世界及其规律不仅可以使人们对自然界的结构及运动知其然，而且可以知其所以然。
１９世纪以前，由于化学和经典物理学的发展，使人们对微观世界的物理学规律有了许多本质的认识。
虽然当时的人们认为科学理论已经发展得日臻完美，但是，那些理论毕竟仍然受到当时的实验技术水平的限制，还不可能在实验上接触到大量经典物理学所未涉及到的领域。
一直到１９世纪末，人们才逐渐注意到一些用经典物理学所不能解释的自然现象。
历史进入了２０世纪，随着相对论的诞生、量子力学的建立，人类对微观物质世界的认识又登上了一层新的台阶。
物理学家们通过大量的实验和理论研究，逐渐认识到组成物质世界的分子和原子并不是微观世界的最小单元，并且进而建立了原子结构的模型，在这个基础上建立和发展了原子物理学和原子核物理学，从此，物理学就以前所未有的速度向前飞跃发展。
３０年代以来，人类对微观物质世界探索的前沿推进到粒子物理学。
物理学家们通过大量的不断涌现的新实验进展和理论研究，６０年代又进一步认识到组成物质世界的基本粒子并不是微观世界的最小单元，基本粒子并不“基本”，它们还是由更深层次的粒子组成，认识到物质间的错综复杂的相互作用都可以还原为粒子间的三种最基本的相互作用，实现对微观物质世界结构和运动基本规律认识的巨大飞跃。
建立和发展了强子结构理论、量子色动力学和电弱统一理论，形成了粒子物理的标准模型。
本书力图用浅显易懂的语言，介绍粒子物理学的起源以及近年来的重大进展，使读者能够对微观世界有一个直观和感性的认识。
追寻“上帝粒子”
追寻“上帝粒子”演讲者之一的欧洲核子中心主任霍耶尔（Rolf-Dieter Heuer）的名字被推到最醒目的位置。
霍耶尔之前，一直是新闻不断的明星生物学家克里格-文特尔占据着头条。
沿用利昂-莱德曼在科普书里的叫法，媒体喜欢称希格斯粒子为“上帝粒子”。
身为一个无神论者，希格斯本人并不喜欢这个名字，原因很简单，“这会冒犯那些上帝的信徒。
”希格斯粒子的消息传来后，《大西洋月刊》记者还真找到了英国威斯敏斯特大教堂的大主教，但这位大主教婉拒道：“我们不想卷入这件事情。
”《新科学家》杂志发起了一轮投票：“既然科学家已经找到了希格斯粒子，我们还该叫它‘上帝粒子’吗？”3天内，投票吸引了众多的推荐和转发。
有人认为：希格斯给了这个世界质量，它是夸克之父，它是永远的“上帝粒子”。
也有人认为：叫它“上帝粒子”，我们就需要定义“什么是上帝”——那多麻烦！3天后的投票结果显示：79%的人支持仍把希格斯叫作“上帝粒子”。
诺奖难题在瑞士日内瓦，最高建筑是圣皮埃尔大教堂的钟楼，高度是37.5米，而日内瓦地下最深的建筑，毫无疑问就是郊外距地面深达百米的隧道——大型强子对撞机（LHC）。
不过还好，在这个以加尔文的宗教改革和“日内瓦圣经”著称的城市，发现“上帝粒子”不是件特别让人吃惊的事情。
经过了“毁灭地球”的谣言以及数次停机，耗费了25年，这座周长27公里的加速管道终于撞出了结果。
发布会上，吉亚诺蒂宣布“5个标准差”的结果后，霍耶尔补充：作为一个物理学家，我只能说发现了一个新粒子，但我更想像一个外行的普通人一样说：我们发现了希格斯粒子。
这个管理着七千多名工作人员的老头儿语言幽默、表情丰富，擅长用新鲜有趣的语言讲粒子物理。
在欧洲科学论坛的会场上，开场5分钟之内，他就不动声色地抖出了个新鲜得冒着热气的冷笑话：“宇宙的年龄有137亿年，如果你觉得不好理解，把它们换算成美金。
想象一下，这个数字大约有美国财政赤字的1%-2%。
那该是多么可观的天文数字呀！”霍耶尔的幽默与耐心是CERN找到希格斯粒子的原因之一，他们必须擅长沟通，善于向普通人推介那个令无数理论物理学家着迷一生的“上帝粒子”——根据福布斯估算，寻找希格斯粒子的花费大约为132.5亿美元，经费的主要来源是欧洲各国的税收，另外，这个项目还是美国能源部在海外投资最大的科研项目。
高能粒子物理的探秘
高能粒子物理的探秘高能粒子物理是一门探索宇宙奥秘的学科，通过对微观世界的研究，揭开了许多自然界之谜。
粒子物理学家致力于研究微观世界中构成物质的基本粒子及其相互作用规律，通过不断地发展，已经取得了令人瞩目的成就。
本文将从高能粒子物理的发展历程、基本粒子的分类和实验方法以及对宇宙起源和性质的认识等方面展开探讨。
一、高能粒子物理的发展历程高能粒子物理学作为理论物理学的一个分支，起源于20世纪初。
爱因斯坦在提出相对论后，引发了人们对微观世界更深层次规律的探索。
20世纪30年代，研究者们发现了中微子，这是人们首次发现了一种新型基本粒子，这标志着高能粒子物理学正式被纳入人类科学的视野之中。
此后，随着技术的不断进步和实验手段的日益完善，高能粒子物理取得了飞速发展。
1947年，意大利物理学家朱利奥·奥尔西提首次观测到了正荷量固定的可变动量K介子，并因此获得了诺贝尔物理学奖；1956年，中国科学家杨振宁和李政道提出了卡巴阿希-扬-米尔斯场论，并因此获得了诺贝尔物理学奖。
这些都标志着高能粒子物理取得了令人瞩目的成就。
二、基本粒子的分类和实验方法在高能粒子物理领域，科学家们对基本粒子进行了系统分类。
按照标准模型的说法，基本粒子可以分为费米子和玻色子两大类。
其中费米子包括了夸克、轻子等；玻色子包括了希格斯玻色子等。
这些基本粒子以及它们之间的相互作用规律被认为是构成宇宙的基础。
在实验高能粒子物理时，科学家们采用了许多先进技术和设备。
加速器是进行高能物理实验的利器，在加速器中可以将基本粒子激发到极高能态，并保留其轨迹，从而研究其性质和相互作用规律。
此外，探测器也是非常重要的实验设备，它可以记录并分析基本粒子在加速器撞击后产生的各种反应及其相关参数，为科学家们提供了大量珍贵信息。
三、对宇宙起源和性质的认识通过高能粒子物理实验与研究，科学家们对宇宙起源和性质有了更深层次的认识。
据标准模型所描述的事实表明，在大爆炸后不久形成了光子、电弱相互作用玻色子等基本粒子；后来由于对称性破缺形成夸克、轻子等多种新型基本粒子。
世界上最大粒子加速器探秘
世界上最大粒子加速器探秘
徐娜
【期刊名称】《科学24小时》
【年(卷),期】2008(000)012
【摘要】@@ 要看肉眼看不到的粒子,我们首先想到的办法是什么?是显微镜、电子显微镜或原子力显微镜.没错,要看清肉眼看不清的粒子,就得靠显微镜.但要了解它们的性质,就得修建庞大的仪器,粒子加速器就是这样一种大型仪器.世界上最大的粒子加速器名叫大型强子对撞机,简称LHC.这台加速器居然重达5万吨,有27公里长,造价25亿美元,于2008年春天投入使用.
【总页数】2页(P17-18)
【作者】徐娜
【作者单位】无
【正文语种】中文
【相关文献】
1.美军麦金莱气候实验室——世界上最大的气候气象战研究基地探秘 [J], 牛宝成
2.超级粒子加速器世界上能量最高的质子反质子对撞机 [J], 保山
3.世界最大粒子加速器再创纪录 [J], ;
4.世界上最大的粒子加速器重新启动 [J], 卜灵
5.探秘世界上最大的巫术市场巫师横行、商品惊悚的“购物天堂” [J], 安镇坤;Dan Sloan(图);Ninara Paul Williams(图)
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粒子世界知识点总结
粒子世界知识点总结一、粒子世界的基本概念粒子世界指的是物质组成的微观世界，是由各种基本粒子构成的。
根据标准模型的描述，目前已知的基本粒子包括夸克、轻子、光子、介子、强子等。
这些基本粒子通过相互作用形成各种物质，构成了我们所看到的宇宙。
在粒子世界中，还存在一系列相互作用，如引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用等。
二、发现历程1. 原子结构的发现早在公元前5世纪，古希腊的苏格拉底就提出了原子存在的观点。
而后的伏尔泰、道尔顿也曾提出原子学说。
到了19世纪，英国科学家汤姆逊发现了电子，并提出了原子的结构模型。
随后的卢瑟福通过散射实验证实了原子核的存在，提出了卢瑟福模型。
这一系列的发现奠定了原子结构的基本概念。
2. 基本粒子的发现20世纪初，研究人员开始发现原来的"基本"粒子不是最终的基本粒子。
人们陆续发现了众多新的基本粒子，进而推动了基本粒子物理的发展。
如光子的发现、玻色子的发现等，都为基本粒子物理奠定了基础。
3. 标准模型的建立上世纪70年代，科学家提出了标准模型，这个模型总结了基本粒子的分类以及相互作用的规律。
标准模型基本上囊括了目前已知的粒子，并解释了这些粒子之间的相互作用。
标准模型被认为是粒子物理的理论基础，为进一步的研究提供了重要的理论支撑。
三、主要粒子1. 夸克夸克是构成介子和强子的基本粒子。
它们有6种不同的类型，即上夸克、下夸克、顶夸克、底夸克、粲夸克和异夸克。
夸克之间是由强子相互作用力所结合的，由于强子的相互作用力非常大，因此夸克无法被孤立地观察到。
2. 轻子轻子是另一类基本粒子，包括电子、中微子、以及它们的反粒子。
电子是构成原子的基本组成部分，而中微子则是一种不带电、质量非常小的粒子，其特性使得科学家们可以借此来研究宇宙中的一些重要问题。
3. 光子光子是电磁相互作用的传播媒介，也是电磁场的基本单位。
光子不带有电荷、质量为零，并且能够以光的形式传播。
光子在粒子世界中扮演着非常重要的角色，其性质对于人们对电磁相互作用的认识起着至关重要的作用。
霍金认输：“上帝粒子”存在
4.方茴说：“可能人总有点什么事，是想忘也忘不了的。
”5.方茴说：“那时候我们不说爱，爱是多么遥远、多么沉重的字眼啊。
我们只说喜欢，就算喜欢也是偷偷摸摸的。
”6.方茴说：“我觉得之所以说相见不如怀念，是因为相见只能让人在现实面前无奈地哀悼伤痛，而怀念却可以把已经注定的谎言变成童话。
”7.在村头有一截巨大的雷击木，直径十几米，此时主干上唯一的柳条已经在朝霞中掩去了莹光，变得普普通通了。
8.这些孩子都很活泼与好动，即便吃饭时也都不太老实，不少人抱着陶碗从自家出来，凑到了一起。
9.石村周围草木丰茂，猛兽众多，可守着大山，村人的食物相对来说却算不上丰盛，只是一些粗麦饼、野果以及孩子们碗中少量的肉食。
哈尔滨市普通住宅电梯收费指导价格备注：1.基本物业服务收费标准＝基本物业定价成本（包括基础服务成本和级差服务成本）＋利润（政府指导价标准幅度6%—12%）＋法定税金2.法定税金＝基本物业服务收费标准×税率二、哈尔滨最新物业费收取标准政策和法律依据哈尔滨市物业服务收费管理办法第一条为了规范物业服务收费行为，维护业主、物业使用人和物业服务企业的合法权益，根据《中华人民共和国价格法》、《物业管理条例》、国家发展和改革委员会《物业服务收费管理办法》、《哈尔滨市物业管理条例》、《哈尔滨市人民政府办公厅关于1.“噢，居然有土龙肉，给我一块！”2.老人们都笑了，自巨石上起身。
而那些身材健壮如虎的成年人则是一阵笑骂，数落着自己的孩子，拎着骨棒与阔剑也快步向自家中走去。
3.石村不是很大，男女老少加起来能有三百多人，屋子都是巨石砌成的，简朴而自然。
4.在村头有一截巨大的雷击木，直径十几米，此时主干上唯一的柳条已经在朝霞中掩去了莹光，变得普普通通了。
5.这些孩子都很活泼与好动，即便吃饭时也都不太老实，不少人抱着陶碗从自家出来，凑到了一起。
4.方茴说：“可能人总有点什么事，是想忘也忘不了的。
”5.方茴说：“那时候我们不说爱，爱是多么遥远、多么沉重的字眼啊。
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·具有这么大能量的电子不可能和质子一起被束缚在中子里，这表明中子不可能由质子和电子再加其他中性粒子所组成。
·中子是人们发现的第一个不稳定粒子，中子的衰变过程不是复合粒子的分解，而是粒子的转化。
·中子衰变是，中子消失了，同时产生了一个质子和一个电子，再加一个反中微子。
·在这个衰变过程中，中子、质子、电子、反中微子的数目都是可变的。
粒子世界探秘
·1 正电子、中子、反质子和反中子
·2 μ子、π介子、中微子和反中微子
·3 从基本粒子到粒子
·4 粒子世界运动的特点
·5 粒子的普遍内在属性
·6 场、粒子和真空
·7 相互作用
·8 粒子世界的对称和对称性
·9 粒子世界的守恒量
·10 左右对称性和宇称守恒问题
·引力相互作用总是互相吸引；
·电磁相互作用则是遵循“同性相斥，异性相吸”的规律。
·质子和电子之间既有电磁相互作用，又有引力相互作用。但质子和电子之间的引力相互作用比电磁相互作用要弱得多，其比值为4.40676×10的-40次方。
·英国天文学家和理论物理学家爱丁顿（Arthur Stanley Eddington）曾认为基本粒子就是质子、电子、光子三种，而宇宙就是由总数约10的79次方个质子和电子构成，是一个有限无边的正在膨胀的宇宙。
·因此真空并不是真正的“空”，不是真正的一无所有。真空中充满了处于负能态的电子，但这些电子并不会直接给出显示其存在的直接的信号。
·按照这个理论，如果把一个电子从某一个负能状态激发到一个正能状态上去，需要从外界输入至少两倍于电子静止能量的能量。
·这表现为可以看到一个正能状态的电子和一个负能状态的空穴。
·这个正能状态的电子带负电荷-e，所具有的能量相当于或大于一个电子的静止能量。
·按照电荷守恒定律和能量守恒定律的要求，这个负能状态的空穴应该表现为一个带电荷为+e的粒子，这个粒子所具有的能量应当相当于或大于一个电子的静止能量。
·这个粒子的运动行为是一个带正电荷的“电子”，即正电子。
·狄拉克的理论语言了正电子的存在。
E=±c根号下（m²c²+p²）
·p是电子的动量。
·p=0给出正能的最低值和负能的最高值。
·这两个能级之间的能量差2mc²。
·自由电子最低的正能态是一个静止电子的状态，其能量值是一个电子的静止能量，其它的正能态的能量比一个电子的静止能量要高，并且可以连续地增加到无穷。
·与此同时，自由电子最高的负能态的能量值是一个电子静止能量的负值，其它的负能态的能量比这个能量要低，并且可以连续地降低到负无穷。
·这些成就促使人们相信狄拉克方程是一个正确地描写电子运动的相对论性量子力学方程。
·既然实验已充分验证了狄拉克方程的正确，人们自然期望利用狄拉克方程预言新的物理现象。按照狄拉克方程给出的结果，电子除了有能量取正值的状态外，还有能量取负值的状态，并且所有正能状态和负能状态的分布对能量为零的点是完全对称的。
·1932年美国物理学家安德森（Carl David Anderson）在宇宙射线实验中观察到高能光子穿过重原子核附近时，可以转化为一个电子和一个质量与电子相同但带有的是单位正电荷的粒子，从而发现了正电子，狄拉克对正电子的这个预言得到了实验的证明。
·正电子的发现表明对于电子来说，正负电荷还是具有对称性的。
·11 CP守恒和CP破坏
·12 奇异粒子和奇异数
·13 粒子的分类
·14 强子结构的夸克模型理论
·15 强子结构的基本图像
·16 粲夸克、底夸克和顶夸克
·17 标准模型和粒子的分类
·18 相互作用的统一理论
1、正电子。中子、反质子和反中子
·最初认识的基本粒子
·狄拉克的理论和正电子的发现
狄拉克的理论和正电子的发现
·然而物理学实验和理论的发展很快地打破了这个格局，陆续发现了几个新的基本粒子，展示了粒子世界丰富多彩的新局面。
·1928年英国物理学家狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac）提出了一个电子运动的相对论性量子力学方程，即狄拉克方程。
·利用这个方程研究氢原子能级分布时，考虑有自旋角动量的电子作高速运动时的相对论效应，给出了氢原子能级的精细结构，与实验符合得很好。
·这个理论认为由于电子是费米子，满足泡利不相容原理，每一个状态最多只能容纳一个电子。
·物理学上的真空状态实际上是所有负能态都已填满电子，同时正能态中没有电子的状态。
·因为这时任何一个电子都不可能找到能量更低的还没有填入电子的能量状态。
·也就不可能跳到更低的能量状态而释放出能量，也就是说不能输出任何信号，这正是真空所具有的物理性质。
·粒子的转化是粒子世界中粒子运动特有的新形式，尽管粒子世界中观察到大量的粒子反应和衰变过程，看起来很像化学中的化合与分解，但是两者的性质和机理是截然不同的。
·化学中的化合与分解时原子间的重新组合，粒子世界中的粒子反应和衰变则完全是粒子的转化，是粒子的淹没（消失）和产生，一般并不能归结为粒子的重新组合。
·反粒子
·中子
最初认识的基本粒子
·原子世界物质结构的基本组元是原子，原子世界的基本特征尺度为十分之一纳米，能量标度是电子伏特。再把特征尺度缩小十万倍，小到百万分之一纳米，就进入了粒子世界。
·20世纪初在研究原子结构规律时，就已经认识了最初的几个基本粒子——质子、电子、光子。这三种粒子都是稳定的粒子，（稳定：如果这个粒子自由存在，不会再衰变）质子带单位正电荷，电子带单位负电荷，光子不带电，质子和电子有放出和吸收光子的能力，它们通过电磁相互作用互相联系起来。
·狄拉克的空穴理论给出了反粒子的概念，正电子是电子的反粒子。
·这样自然提出了一个新问题：究竟反粒子的存在时电子所特有的性质，还是所有的粒子都具有的普遍的性质。
·如果所有的粒子都有相应的反粒子，首先的检验的应该存在质子的反粒子、中子的反粒子。
·这个问题在24年之后解决了，1956年美国物理学家张伯伦（Owen Chamberlain）等在加速器的实验中，发现了反质子，即质量和质子相同，自旋量子数也是1/2，带一个单位负电荷的粒子。接着又发现了反中子。
·从这种理论出发，也就提出了一系列需要研究解答的基本问题：
为什么电荷有最小单位？
为什么电荷最小单位所决定的精细结构常数值约为1/137.036？
为什么正电荷的最小单位比负电荷的最小单位质量重1836.15倍？
为什么宏观上正负电是对称的，但正负电荷的最小单元质子和电子又非常不对称？
·从这个方程还可自动导出电子的自旋量子数应为1/2。
·自动导出电子自旋磁矩与自旋角动量之比的朗德g因子为轨道角动量情形时朗德g因子的二倍。
·电子的这些性质都是过去从分析实验结果中总结出来的，并没有理论的来源和解释。
·利用这个方程还可以讨论高速运动电子的许多性质，这些结果都与实验符合的很好。
·这个结果表明：如果有一个电子处于某个正能状态，则任意小的外来扰动都有可能促使它跳到某个负能状态而释放出能量。
·同时由于负能状态的分布包含延伸到负无穷的连续谱，这个释放能量的跃迁过程可以一直持续不断地继续下去，这样任何一个电子都可以不断地释放能量，成为永动机，完全不合理。
·针对这个矛盾，1930年狄拉克提出一个理论，被称为空穴理论。
·“反粒子”已成为粒子物理学中一个重要的而基本概念，并且其本身的含义也在不断地发展和充实。
中子
·1932年查德威克在实验中发现中子，中子不带电，质量比质子略重，是电子的1939.67倍，自旋量子数是1/2，中子和原子核之间在近距离有很强的相互作用，中子是基本粒子家族的新成员。
·中子有一个性质和质子及电子都不同，自由质子和自由电子都是稳定粒子，但自由中子却不是稳定的粒子。
·这个可能性立即就被排除掉了，当时的实验没有观察到质子的体积大小，如果质子有一定的体积大小，它的半径不会大于1费米，中子的半径也是相同的数量级。
·如果中子中包含电子，电子的位置就被限制在中子的体积内，即在半径小于1费米的球体积内。从不确定关系给出在中子中电子动量的不确定范围，从而可以估计出电子具有的静止能量加动能之至少达到49.3兆电子伏特，这是自由电子静止能量的96.5倍。
·自由中子产生后，平均经过887秒就要衰变掉，中子消失了，产生一个质子和一个电子，再加一个当时还没有被观察到和被发现的中性粒子，即反中微子。
·中子的这个特性就是人们怀疑中子是否是一个复合粒子，是由质子和电子再加另外的中性粒子组成。自由中子的衰变就是一个分界的过程，就像水分子分解成氢原子和氧原子一样。
·当时实验上还显示不出它们的体积太小，看不到它们有内部结构，可以认为是“点”粒子。
·人们认为这些粒子是物质结构的最小的单元，把他们统称为基本粒子。
·20世纪初，物理学中已清楚地认识了的物质的基本相互作用有两种：引力相互作用和电磁相互作用。
·它们之间有共同点又有不同点：
·它们都是与距离平方成反比的长程力；
·后来发现，各种粒子都有相应的反粒子存在这个种粒子成为纯中性粒子。
·在粒子物理学中，已不再采用狄拉克的空穴理论来认识正反粒子之间的关系，而是从正反粒子完全对称的场论观点来认识。
·一切粒子都有与之相应的反粒子，这个普遍结论被几十年的粒子物理的发展不断印证。