198 粒子和宇宙 学案.doc

19.8粒子和宇宙
【知识要点】
1.“基本粒子”不基本
1897年汤姆生发现电子，1905年爱因斯坦提出光子说，1919年卢瑟福发现质子, 1932年查德威克发现中子。

于是人们认为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子”。

2.发现新粒子
20世纪3 0年代以来，人们对宇宙线的研究中发现了一些新的粒子。

思考下面的问题：
（1）从宇宙线中发现了哪些粒子？
发现了正电子，u子，k介子，“介子，超子。

（2）什么是反粒子？
质量、寿命、自旋等物理性质与过去发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反, 这些粒子叫做反粒子。

（3）现在可以将粒子分为哪几类？
分为在类：强子、轻子、媒介子。

强子：参与强相互作用的粒子。

强子又分为介子和重子两类。

轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子。

有电子、电子中微子、u子、u子中微子、T子、T子中微子这6种。

媒介子：是传递各种相互作用的粒子。

如光子、中间玻色子、胶子。

3.夸克模型
1964年提出夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克。

. 夸克有哪几种？有什么特征？
C1）上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸•克。

2 1
（2）夸克带电荷为元电荷的+兰或-丄倍
3 3
4.宇宙的演化、恒星的演化
阅读教材并初步了解宇宙演化的发展过程。

上夸克
J 下夸克
|奇夸克
AN 兀-由u 和〃组成 兀-由"和d 组成
（强子｛质子、 参与强作用中子卜夸克 「电子 粒丿轻子J 电子中微子 子］（6
种）| u 子和卩子中微子
I 丁子和丁子中微子
粲夸克
底夸克
顶夸克
【典型例题】
例1：已知兀+介子、兀介子都是由一个夸克（夸克U 或夸克67）和一个反夸克（反 夸克"或反夸克R ）组成的，它们的带电荷量如下.表所示，表中e 为元电荷。

+ 兀 兀_ U d U d
带 电
量 +e
2 + — e
3 1 —e 3 2 --- e 3 + le 3
下列说法正确的是（-）
B. 兀+由"和d 组成
解析：根据各种粒子带电情况，“的带应为u 和 d （“ + ”或“・”） 所以选“AD”
例I 2、目前普遍认为，质子和中子都由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成，u 夸克带 电量为2e/3, d 夸克带电量为-e/3, e 为元电荷，则下列论断可能的是（）
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P 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个P 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 中子由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 中子由1个u 夸克和1个d 夸克组成 ）
A.
B. C. D. 7
、 A. B. C. D. 8
、 粒子的符号是（ ）
A. :He
B. ；He
C. j He
D. ；He
C. 质子由1个p 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个p 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P 夸克和1个d 夸克组成
答案:匚|
【巩固练习】
1、 19 世纪末，人们认为光子、 _______________ 、 ______________ 和 ______________ 是 组成物质的不可再分的最基本的粒子，20世纪后半期，科学家发现组成原子核的 和 ___________ 等也有着自己的复杂结构，于是基本粒子不再"基本"。

2、 在实验中发现，对应着许多粒子都存在着质量与之 _______________ ,电荷电性与之 ___________ 的粒子叫反粒子。

如电子的反粒子是 ______________ o
3、 物理学中将粒子分为 ______________ 、 ______________ 和 _____________ 三类。

4、 科学家认为强子由更小的成分组成，这种成分叫 _________________ ,它的电荷量为 元电荷的 ______________ 。

这一理论说明了元电荷不再是电荷量的最小值。

5、 目前普遍认为宇宙起源于 _____________________ o
6、 原子核的组成目前普遍认为：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，u 夸克带电荷量为专e, d 夸克带电
荷量为一扭，e 为元电荷，则（ ）
质子由1个u 夸克和1个d 夸克组成， 质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成， 质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成， 质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成， 下列关于太阳系的说法正确的是（ 太阳是宇宙的中心 太阳系中只存在太阳和它的八
大行星 大阳系是由太阳和若干行星以及它们的卫星和慧星组成 以上说法均不正确 现在科学家正在设法寻找“反物质”。

所谓“反物质”是由“反粒子”组成的，则反« 9、“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核） 俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核（称为子核），并 放出一个中微子的过程。

中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就 是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的。

一个静止的原子核发生“轨道电子俘 获”，衰变为子核并放出中微子。

下列关于该过程的说法正确的是 （ ）
A.母核的质量数等于子核的质量数
B.母核的电荷数大于子核的电荷数
C.子核的动量大小等于中微子的动量大小
D.子核的动能大于中微子的动能
10、 中子星是完全由中子组成的星体，具有极大的密度。

通过观察已知某中子星的 自转角速度为60TI rad/s,该中子星并没有因为自转而解体，根据这些推导出中子星 的密度表示式，
并计算其值为多少。

11、1997年8月26日在日本举行的国际学术大会上，德国Max Plank学会的一个研究组宣布了他们的研究结果：银河系的中心可能存在一个大“黑洞”。

“黑洞”是某些天体的最后演变结果。

（引力常量G=6.67xlO_11N-m2/kg2）
Cl）根据长期观测发现，距离某“黑洞%xl012m的另一个星体（设其质量为刃）正以2xl06m/s的速度绕“黑洞”旋转，求该“黑洞”的质量M（结果要求1位有效数字）;
（2）根据天体物理学知识，物体从某天体上的逃逸速度公式为v = 其中G
为引力常量，M为天体质量，R为天体半径，且已知逃逸速度大于真空中光速的天体叫“黑洞”，真空中光速c=3xl08m/s,请估算（1）中“黑洞”可能的最大半径。

（结果保留1位有效数字）
课题：19.8粒子和宇宙
1、质子，中子，电子，质子，中子
2、相等，相反，正电子（：e）
3、强子，轻子，媒介子
4、夸克，+2e或一4
5、大爆炸
6、B
7、C
8、C
9、
3 3
AB 10、—, 1.3xl014kg/m311、（1） 4xl035kg （2） 3x10%
4nG。