人教版高二物理选修课件：粒子和宇宙
合集下载
人教版高中物理选修35课件：粒子与宇宙+(共25张PPT)
6、“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞”。2021年11月2021/11/92021/11/92021/11/911/9/2021 7、“教师必须懂得什么该讲，什么该留着不讲，不该讲的东西就好比是学生思维的器，马上使学生在思维中出现问题。”“观察是 思考和识记之母。”2021/11/92021/11/9November 9, 2021 8、普通的教师告诉学生做什么，称职的教师向学生解释怎么做，出色的教师示范给学生，最优秀的教师激励学生。 2021/11/92021/11/92021/11/92021/11/9
底夸克
顶夸克
3．夸克模型
1964年物理学家 盖尔曼提 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quark。 夸克模型经过几十年的发展，已被 多数物理学家接受。
六种夸克：上夸克u、下夸克d、奇异夸克s、粲夸克c、 底夸克b、顶夸克t。 夸克带电荷为元电荷的2/3或-1/3倍。每种夸克都有 对应的反夸克。
媒介子：传递各种相互作用的粒子。 如：光子、中间玻色子、胶子。 分别传递电磁相互作用、弱相互作用、强相互作 用。
媒介子
光子（传递电磁相互作用） 胶子（传递强相互作用）
电子 粒 轻子 电子中微子 子 (6种) μ子和μ子中微子
τ子和τ子中微子
强子
质子 中子 介子 超子
夸克
上夸克 下夸克 奇夸克 粲夸克
大爆炸之后约10-44s，温度为1032K，产生了夸克、轻子、 胶子等粒子。 大爆炸后约10-6s，温度下降到1013K，夸克构成了质子和 中子等强子，成为强子时代。 再晚一些时候，温度下降到1011K，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，成为轻子时 代。 温度下降到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等其他轻核生成，成为核合成的时 代。 大爆炸1万年之后，温度降到104K，宇宙由电子、质子和 氦核的混合电离气体组成。 温度降到3000K，电子和质子复合成为中性的氢原子。 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。
底夸克
顶夸克
3．夸克模型
1964年物理学家 盖尔曼提 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quark。 夸克模型经过几十年的发展，已被 多数物理学家接受。
六种夸克：上夸克u、下夸克d、奇异夸克s、粲夸克c、 底夸克b、顶夸克t。 夸克带电荷为元电荷的2/3或-1/3倍。每种夸克都有 对应的反夸克。
媒介子：传递各种相互作用的粒子。 如：光子、中间玻色子、胶子。 分别传递电磁相互作用、弱相互作用、强相互作 用。
媒介子
光子（传递电磁相互作用） 胶子（传递强相互作用）
电子 粒 轻子 电子中微子 子 (6种) μ子和μ子中微子
τ子和τ子中微子
强子
质子 中子 介子 超子
夸克
上夸克 下夸克 奇夸克 粲夸克
大爆炸之后约10-44s，温度为1032K，产生了夸克、轻子、 胶子等粒子。 大爆炸后约10-6s，温度下降到1013K，夸克构成了质子和 中子等强子，成为强子时代。 再晚一些时候，温度下降到1011K，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，成为轻子时 代。 温度下降到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等其他轻核生成，成为核合成的时 代。 大爆炸1万年之后，温度降到104K，宇宙由电子、质子和 氦核的混合电离气体组成。 温度降到3000K，电子和质子复合成为中性的氢原子。 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。
粒子和宇宙PPT教学课件
0 +1/3 0 0 +1
d 3.π+ 介子
(u d )
1/3
1/2
1/3
1/2
电荷 Q 2 e 1 e e 33
重子数 B 1 1 0 33
0
奇异数 S 0 自旋 J 1/ 2
同位旋分量 Iz 1
四种基本相互作用 1. 四种基本相互作用的性质
类别 相对强度 力程(m) 作用时间(s) 参与离子
17．(2004天津) 中子内有一个电荷量为+2e/3 的上夸克和两个 电荷量为的 -1e/3 下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为 r 的同一圆周上，如图1所示。图2给出的四幅图中，能正确表 示出各夸克所受静电作用力的是:
A．
B．
C．
D．
78《圆锥曲线背景下的 最值与定值问题》
【考点搜索】
（ 夸 克 ）
盖 尔 曼
一、“基本粒子”不基本
1995美国费米国家加速器实验室 证实了顶夸克(Top Quark)的存在
二、发现新的粒子
粒子的分类
1. 按自旋分类
分类
自旋
费米子
半整数
(电子 质子 中 子 各种重子)
1/2，3/2，…
玻色子 ( 光子 介子 K介子、介子 )
整数 0或1等
泡利不相 容原理 服从
c 粲夸克 1.5 2/3 b 底夸克 4.7 -1/3
00
0 +1/3 +1 0 0 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3
0 +1/3 0 0 +1
例如 质子 奇异粒子 π+ 介子
夸克
质量
电 荷
人教版高中物理选修3-5 19.8 粒子和宇宙教学课件共36张PPT
下列说法正确的是（） A原子是组成物质的不可再分的最小微粒 B原子是最大微粒 C原子有原子核和核外电子构成，质子和 中子组成了原子核 D质子属于强子，光子属于轻子
二、夸克模型:
夸克模型分别由默里·盖尔曼与乔治·茨威格 于1964年独立地提出，现代粒子物理学认为， 夸克共有6种，分别称为上夸克、下夸克、 奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克，它们组
查德威克于1932年发现了中子
于是许多人认为光子、电子、质子和中子 是组成物质的不可再分的粒子并把它们叫 做“基本粒子”。
然而！ 1、科学家发现新粒子不是电子、质子和中 子组成的： 2、科学家还发现质子、中子等本身也有自 己的复杂的结构。 所以20世纪后半期起，就将“基本”二字去 掉，统称为粒子
发现新粒子
1、正电子
1930年，安德森开始通过拍摄宇宙射线穿过云
室的径迹来研究宇宙射线。他发现一种带正电的 粒子几乎和那些带负电的粒子一样频繁地出现。 这种带负电的粒子很明显就是电子，但那些带正 电的粒子显然不是质子(质子是当时所知唯一的带 正电的粒子)，因为它们在云室中不能充分电离。 最后，安德森推断“合乎逻辑的答案只有一个:这种 粒子和普通的带负电的自由电子相比，它们带有 等量的正电荷并且质量同数量级”。事实上，这种 粒子就是正电子，安德森在1932年9月宣布了它 的存在。
三、宇宙的演化: 微观与宏观相互沟通、相互支撑 诺奖获得者格拉肖：“隐藏在原子内心的， 是宇宙结构的秘密”
宇宙大爆炸理论: 宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前 一次大爆炸后膨胀形成的。 1927年，比利时 天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出了宇宙
大爆炸假说。
宇宙的演化:
宇宙的演化:
32
大爆炸后10^-44秒宇宙，温度10 K夸克、
人教版高中物理选修3-5课件 19 粒子和宇宙课件3
1 “基本粒子”不基 本
1．“基本粒子”不基本．
(1)19世纪末，许多人认为光子、电子、质子和中子是组成 栏
物质的不可再分的最基本粒子．
目 链
接
(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．
栏 目 链 接
解析：本题考查的是库仑力的大小、方
向及力的合成、明确每个夸克皆受两个力的作用，电荷量为
栏
目
＋23e 的上夸克受两个下夸克的吸引力，合力的方向一定向下．对
链 接
其中一个下夸克，受力如上页图所示，由于 F1 的水平分力与 F2
大小相等，方向相反，故 F1 与 F2 的合力的方向竖直向上．
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．
例 1 中子内有一个电荷量为＋23e 的上夸克和两个电荷
栏 目 链
接
量为－13e 的下夸克，
一简单模型是三个夸克都在半径为 r 的同一圆周上，上图所示．
在下图给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是 ()
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 表示元电荷．)下列说法正确的是( )
栏
π＋ π－
u
d
u
d
目 链
接
带电荷 量
＋e －e
＋23e
－13e
－23e
＋13e
变式 迁移
A.π＋由 u 和 d 组成
人教版高中物理课件-粒子和宇宙
0 +1/3 0 0 +1
1. 質子 (uud)
電荷 Q 2e 2e 1e e 333
重子數 B 1 1 1 1 333
奇異數 S 0 自旋 J 1/ 2
同位旋 I 1/ 2
誇克
品質
電 荷
e
自 旋
重 子 數
同 位 旋
同位 旋分
量
奇 異 數
頂
超荷
粲 數
底 數
數
d 下誇克
0.00 8
0 +1/3 0 0 +1
2. 奇異粒子 電荷 Q 2 e 2 e 1e e
（uus）
333
重子數 B 1 1 1 1
333
奇異數S 1 自旋 J 1/ 2
誇克
品質
電 荷
e
自 旋
重 子 數
同 同位 位 旋分 旋量
奇 異 數
超荷
粲 數
底 數
頂 數
d 下誇克
0.00 8
-1/3
u 上誇克
四、宇宙的演化
宇宙——從何而來？
• 大爆炸理論 (The Big Bang Theory) • 宇宙從一個“奇點”爆炸產生
➢ ➢
宙 時 各大 間 處爆 的 同炸 零 時是 點 產在
生無 限 的 宇
五、恒星的演化
粒 子 物 理 和 宇 宙 學 殊 途 同 歸
17．(2004天津) 中子內有一個電荷量為+2e/3 的上誇克和兩個 電荷量為的 -1e/3 下誇克，一簡單模型是三個誇克都在半徑為 r 的同一圓周上，如圖1所示。圖2給出的四幅圖中，能正確表 示出各誇克所受靜電作用力的是:
-1 +1
0
优秀课件人教版高中物理选修3-5粒子和宇宙 (共15张PPT)
敢于追梦的人才能实现梦想！
当前人类所认识 的宇宙，最远的 观察极限数量级 为 (10 26 10 27 )m
1、“基本”粒子 “不”
基本 比比谁小
• 分子由__原__子__构成，不同原子构成__化__合__物_分 子，相同原子构成____单__质_分子。
• 原子是由位于中心的_原__子__核__和核外高速旋 转的_电__子___构成的。
（6）描述宇宙演化的过程？
宇宙大爆炸
•宇宙从一个“奇点”爆炸产生
温度1032 K, 产生了夸克、轻子、胶子等粒子 温度1013 K 强子时代 温度1011 K 轻子时代 温度109 K 核合成时代 温度104 K 混合电离态 温度3 000 K 中性的氢原子
恒星和星系
4、宇宙的演化、恒星的演化
（7）描述恒星演化的过程？
欧
洲
上 帝 粒
大 型 强 子
子
对
撞
机
2013年10月8日，诺贝尔物理学奖在瑞典揭晓，比利时理论 物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯 因希格斯玻色子的理论预言获奖。 2014年6月，“上帝粒子”研究显示“宇宙是不存在的”。
人类对真理的追求永无止境
3、夸克模型
强子结构夸克模型 (1964年 ) ：重子（三个夸克组成）
强子、轻子、媒介子
分类
粒子名称
介子
强
子
核
重子
子超
子
、 、 K介子等 质子、中子及其反粒子
Ωห้องสมุดไป่ตู้ΛΞ超子及反粒子
媒介子
分类 传递作用 光子 电磁相互作用
中间波色子 弱相互作用
胶子 强相互作用
分 正反 类 粒子
电子 e e
当前人类所认识 的宇宙，最远的 观察极限数量级 为 (10 26 10 27 )m
1、“基本”粒子 “不”
基本 比比谁小
• 分子由__原__子__构成，不同原子构成__化__合__物_分 子，相同原子构成____单__质_分子。
• 原子是由位于中心的_原__子__核__和核外高速旋 转的_电__子___构成的。
（6）描述宇宙演化的过程？
宇宙大爆炸
•宇宙从一个“奇点”爆炸产生
温度1032 K, 产生了夸克、轻子、胶子等粒子 温度1013 K 强子时代 温度1011 K 轻子时代 温度109 K 核合成时代 温度104 K 混合电离态 温度3 000 K 中性的氢原子
恒星和星系
4、宇宙的演化、恒星的演化
（7）描述恒星演化的过程？
欧
洲
上 帝 粒
大 型 强 子
子
对
撞
机
2013年10月8日，诺贝尔物理学奖在瑞典揭晓，比利时理论 物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯 因希格斯玻色子的理论预言获奖。 2014年6月，“上帝粒子”研究显示“宇宙是不存在的”。
人类对真理的追求永无止境
3、夸克模型
强子结构夸克模型 (1964年 ) ：重子（三个夸克组成）
强子、轻子、媒介子
分类
粒子名称
介子
强
子
核
重子
子超
子
、 、 K介子等 质子、中子及其反粒子
Ωห้องสมุดไป่ตู้ΛΞ超子及反粒子
媒介子
分类 传递作用 光子 电磁相互作用
中间波色子 弱相互作用
胶子 强相互作用
分 正反 类 粒子
电子 e e
第、节核聚粒子和宇宙—人教版高中物理选修课件
返回导航
第十九章 原子核
知识点 6 宇宙与恒量的演化 1．宇宙的演化 经历了①___强__子___时代 ②__轻__子____时代 ③___核__合__成___时代
之后，随着温度降低逐步组成__恒__星____和星系。
④10万年
2．恒星的演化 宇宙尘埃―万―有―引―力→__星__云__团____―凝―聚→恒星⇒mm<＝1.41m.4～日白2矮m星日中子星
例如21H＋31H―→42He＋10n 2．聚变发生的条件 要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到_1_0_－_1_5_m 以内，核力才能起作用。 由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的_库__仑__斥__力_____， 这就要求原子核具有足够的动能，有一种方法就是把它们加热到很高的温度，温 度高达__几__百__万____开尔文，因此聚变又叫__热__核__反__应____。
第 1 9 章 第 7 、8节 核 聚 粒 子 和 宇宙— 2020- 2021人 教版高 中物理 选修3- 5课件
返回导航
第十九章 原子核
知识点 4 发现新粒子 1．新粒子 1932年发现了__正__电__子____，1937年发现了___μ_子____，1947年发现了K介子
和π介子及以后的超子等。 2．粒子的分类 按 照 粒 子 与 各 种 相 互 作 用 的 关 系 ， 可 将 粒 子 分 为 三 大 类 ： __强__子____、
m>2m日黑洞
返回导航
第十九章 原子核
思考辨析
『判一判』
(1)核聚变时吸收能量。
(×)
(2)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能
量大。
(√)
(3)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。( √ )
第十九章 原子核
知识点 6 宇宙与恒量的演化 1．宇宙的演化 经历了①___强__子___时代 ②__轻__子____时代 ③___核__合__成___时代
之后，随着温度降低逐步组成__恒__星____和星系。
④10万年
2．恒星的演化 宇宙尘埃―万―有―引―力→__星__云__团____―凝―聚→恒星⇒mm<＝1.41m.4～日白2矮m星日中子星
例如21H＋31H―→42He＋10n 2．聚变发生的条件 要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到_1_0_－_1_5_m 以内，核力才能起作用。 由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的_库__仑__斥__力_____， 这就要求原子核具有足够的动能，有一种方法就是把它们加热到很高的温度，温 度高达__几__百__万____开尔文，因此聚变又叫__热__核__反__应____。
第 1 9 章 第 7 、8节 核 聚 粒 子 和 宇宙— 2020- 2021人 教版高 中物理 选修3- 5课件
返回导航
第十九章 原子核
知识点 4 发现新粒子 1．新粒子 1932年发现了__正__电__子____，1937年发现了___μ_子____，1947年发现了K介子
和π介子及以后的超子等。 2．粒子的分类 按 照 粒 子 与 各 种 相 互 作 用 的 关 系 ， 可 将 粒 子 分 为 三 大 类 ： __强__子____、
m>2m日黑洞
返回导航
第十九章 原子核
思考辨析
『判一判』
(1)核聚变时吸收能量。
(×)
(2)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能
量大。
(√)
(3)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。( √ )
最新人教版高中物理选修课件 19-8粒子和宇宙
③媒介子 媒介子是传播各种相互作用嘚粒子，如光子、中间玻色子、胶子。光子传递电磁相互作用， 中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用。 (3)夸克模型 ①夸克嘚提出 1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子嘚夸克模型，认为强子是由夸克构成嘚。
②夸克嘚种类 上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。 ③夸克所带电荷
大爆炸一万年 之后
大爆炸十万年 后
时间继续推移
温度 104 K 3 000 K 继续冷却
粒子
此时的宇宙由电子、质 子和氦核的混合电离气 体组成
电子与质子复合成为中 性的氢原子
质子、电子、原子等与 光子分离而逐步组成恒 星和星系
隐藏巨大奥秘嘚真空 真空：基本粒子嘚奇幻世界 理应“没有任何物质”嘚真空中却活跃着基本粒子！ 什么是真空？是虚无，是宇宙……？在许多人嘚心目中，真空就是没有空气嘚空间。环顾四 周，我们可以看到真空包装袋、暖水瓶嘚瓶胆、电灯泡等等，它们都是利用了真空嘚产品。
1013 K 1011 K
109 K
夸克构成了质子和中子等强子，成为强子 时代
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
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，此时成为核合成的时代。目前宇宙中 存在的大部分氦是那时形成的
时间比较项
宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采嘚时期。
①强子时代：大爆炸之后约10－44 s，温度为1032 K，产生了夸克、轻子、胶子等粒子。
约10－6 s后，温度为1013 K左右，夸克构成了质子和中子等强子。
②轻子时代：温度下降到1011 K时，只剩下少量夸克，大量自由嘚光子、中微子和电子存
人教版高中物理选修3-5课件第8节粒子和宇宙
＝
年＝1×1010年．
答案：1×1010
变式迁移 2．（双选）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(反夸克或反夸克组成的，它们的带电 荷量如下表所示，表示e为元电荷．)下列说法正确的是( ) π＋ 带电荷量 A.π＋由u和 C．π－由u和 ＋e π－ －e u
2 ＋3e
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．
C．1∶3
D．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＋m2v2① K－介子和π－介子在匀强磁场中做匀速圆周运动， R＝ ， 则mv＝qBR∝R，② 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，选项C正确． 答案：C
作用 3．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
粒子和宇宙课件
属性和相互作用。
04
粒子和宇宙的研究方法
实验观测
总结词
实验观测是研究粒子和宇宙的重要手段之一，通过直 接观察和测量粒子的属性和行为，以及宇宙中的天文 现象，可以获取大量关于粒子和宇宙的信息。
详细描述
实验观测涉及各种高能物理实验和天文观测。在高能 物理实验中，科学家利用粒子加速器和探测器观测和 测量粒子的属性和行为，例如电子、质子、中子等基 本粒子的质量和电荷等基本物理量。在天文观测中， 科学家利用望远镜、卫星等观测设备观测宇宙中的天 体和天文现象，例如星系、恒星、行星、黑洞、暗物 质等。通过这些观测，科学家可以了解宇宙的起源、 演化和结构。
宇宙对粒子的影响
粒子演化
宇宙中的温度、压力、密度等环 境因素影响着粒子的演化过程， 使粒子在不同的条件下形成不同
的物质形态。
粒子分布
宇宙中的物质分布和演化影响着粒 子的分布，如星系的形成和演化过 程中，粒子的分布和运动状态也随 之发生变化。
粒子性质
宇宙中的环境因素也影响着粒子的 性质，如电子在原子中的能级和跃 迁方式，以及粒子的自旋和电荷等。
03
粒子和宇宙的关系
粒子在宇宙中的作用
01
02
03
构成物质
粒子是构成物质的基本单 位，宇宙中的所有物质都 是由粒子构成的。
传递力
粒子在宇宙中传递各种力， 如电磁力、弱力、强力等， 这些力影响着宇宙中物质 的相互作用和演化。
维持平衡
粒子在宇宙中通过相互反 应和转化，维持着各种平 衡状态，如电子和质子的 数量平衡。
粒子的分类
根据其来源和性质，粒子可以分为多 种类型，如原子核粒子、强子、轻子 和光子等。
粒子还可以根据其电荷和重子数进行 分类，如带电粒子、中性和重子等。
04
粒子和宇宙的研究方法
实验观测
总结词
实验观测是研究粒子和宇宙的重要手段之一，通过直 接观察和测量粒子的属性和行为，以及宇宙中的天文 现象，可以获取大量关于粒子和宇宙的信息。
详细描述
实验观测涉及各种高能物理实验和天文观测。在高能 物理实验中，科学家利用粒子加速器和探测器观测和 测量粒子的属性和行为，例如电子、质子、中子等基 本粒子的质量和电荷等基本物理量。在天文观测中， 科学家利用望远镜、卫星等观测设备观测宇宙中的天 体和天文现象，例如星系、恒星、行星、黑洞、暗物 质等。通过这些观测，科学家可以了解宇宙的起源、 演化和结构。
宇宙对粒子的影响
粒子演化
宇宙中的温度、压力、密度等环 境因素影响着粒子的演化过程， 使粒子在不同的条件下形成不同
的物质形态。
粒子分布
宇宙中的物质分布和演化影响着粒 子的分布，如星系的形成和演化过 程中，粒子的分布和运动状态也随 之发生变化。
粒子性质
宇宙中的环境因素也影响着粒子的 性质，如电子在原子中的能级和跃 迁方式，以及粒子的自旋和电荷等。
03
粒子和宇宙的关系
粒子在宇宙中的作用
01
02
03
构成物质
粒子是构成物质的基本单 位，宇宙中的所有物质都 是由粒子构成的。
传递力
粒子在宇宙中传递各种力， 如电磁力、弱力、强力等， 这些力影响着宇宙中物质 的相互作用和演化。
维持平衡
粒子在宇宙中通过相互反 应和转化，维持着各种平 衡状态，如电子和质子的 数量平衡。
粒子的分类
根据其来源和性质，粒子可以分为多 种类型，如原子核粒子、强子、轻子 和光子等。
粒子还可以根据其电荷和重子数进行 分类，如带电粒子、中性和重子等。
人教版选修3-5 第十九章 第8节 粒子和宇宙(共30张PPT)
• 引力子 由于自旋为2，无法量子化，尚未囊括进标准模型、 静止质量和电荷为零，以光速运动。 • 光子 自旋为1，是玻色子
强子分类
分类 介子 核子 重子 粒子名称 、 、 K介子等 自旋 整数 玻色子
质子、中子及其反粒 子 ΩΣΛΞ超子及反粒子
超子
1/2 (Ω超子 3/2)
费密子
轻子（共12种）
恒星的演化
• 恒星演化就是一颗恒星诞 生，成长成熟到衰老死亡 的过程，恒星演化是十分 缓慢的过程。天文学家根 据对各种各样的恒星的观 测和理论研究，弄清楚了 恒星的一生是怎样从孕育 到诞生，再从成长到成熟 ，最后到衰老、死亡的整 个过程。恒星演化论，是 天文学中，关于恒星在其 生命期内演化的理论。
所谓“上帝粒子”
建造LHC一个最为重要的目 的是为了验证英国物理学家彼 得希格斯关于一种规范玻色子 的理论，由于在此机制下，这 种粒子将赋予万质量，所以 人们称其为“上帝粒子”。
新粒子的发现！
2012年7月4日，位于瑞士日 内瓦的欧洲核子中心在发布会上 向全球宣布，在双光子道和轻子 道分别以6个西格玛的标准差探测 到了希格斯玻色子（Higgs） 人们发现并证实了标准模型 预言中最后一种粒子，这是现代 物理学的一大步！
反粒子：所有的粒子，都有与其质量、寿命、 自旋、同位旋相同，但电荷、重子数、轻子数、 奇异数等量子数异号的粒子存在，称为该种粒 子的反粒子。除了某些中性玻色子外，粒子与 反粒子是两种不同的粒子。 一切粒子均有其相应的反粒子，如电子e-的 反粒子是正电子e+，质子p的反粒子是反质子， 中子n的反粒子是反中子，一些中性玻色子如 光子、π0介子等，其反粒子就是它们自己。
• 大爆炸后0.01秒：约1000亿度，光 子、电子、中微子为主，质子中子 仅占10亿分之一，热平衡态，体系 急剧膨胀，温度和密度不断下降。 • 大爆炸后0.1秒后：约300亿度，中 子质子比从1.0下降到0.61。 • 大爆炸后1秒后：约100亿度，中微 子向外逃逸，正负电子湮没反应出 现，核力尚不足束缚中子和质子。 • 大爆炸后10秒后：约30亿度，核时 期，氢、氦类稳定原子核（化学元 素）形成。当宇宙冷却到10^9开尔 文以下（约100秒后），粒子转变不 可能发生了。核合成计算指出，重 子密度仅占拓扑平宇宙所需物质的 2%~5%，强烈暗示了其他物质能量 的形式（非重子暗物质和暗能量） 充满了宇宙
人教版高中物理选修3-5课件 19 粒子和宇宙课件
返回主页
人民教育出版社 高二 |选修3-5
一、“基本粒子”不基本
•
正电子 子
• μ
•
K介子、 介子
基本粒子
……
0 1
1 1
•
• • •
电子——
质子—— 中子—— 光子——
e
新粒子
H
1 0
n
“基本粒子”不基本
人民教育出版社 高二 |选修3-5
介子
质量介于质子、电子之间 宇宙射线中 介子、K介子
的宇宙射线，于是发现了更多的粒子。
• 现在已经发现的粒子达400多种。
人民教育出版社 高二 |选修3-5
二、粒子的分类
——按照粒子与各种相互作用的不同关系
强子
是参与强相互作用的粒子。质子是最早发现的强子。强子 又分为介子和重子
轻子
是不参与强相互作用的粒子。电子是最早发现的轻子。现 在还没发现轻子的内部结构
粒 子 物 理 和 宇 宙 学 殊 途 同 归
返回主页
人民教育出版社 高二 |选修3-5
人民教育出版社 高二 |选修3-5
未来已经来临 只是还未惠及所有人
的，科学家们直到今天都还未捕捉
到自由的夸克。 • 夸克不能以自由的状态单个出现，
这种性质称为夸克的“禁闭”
能否解放被禁闭的夸克，是21世纪物理 学面临的重大课题之一
返回主页
人民教育出版社 高二 |选修3-5
研究微观世界的粒子物 理、量子理论，与研究 宇宙的理论相互沟通、 相互支撑。
正如诺贝尔物理学 奖获得者格拉肖所说： “隐藏在原子内心的， 是宇宙结构的秘密。”
10-23
强子
10-20 ~ 10-16 强子 轻子 光子 ~ 10-8 强子 轻子 一切物质
人教版高中物理课件-核聚变和粒子和宇宙
Δm＝ΔcE2 ＝33.8××11008226kg＝4.2×109kg 太阳还能用t＝Δmm＝42.×2×1013009s＝4.76×1020s ＝1.5×1013年。
答案：(1)2－01e＋411H―→24He (2)3.24×10－12J (3)4.2×109kg 1.5×1013年
一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH ＝1.007 3u，中子质量mn＝1.008 7u，氚核质量m＝3.018 0u。
电子、电子中微子、μ
不参与强相互作用 子、μ子中微子，τ
未发现内部结构
子、τ子中微子
光子、中间玻色子、 传递各种相互作用
胶子
光子、中间玻色子、 胶子分别传递电磁、
弱、强相互作用
3.夸克模型 (1)夸克的提出 1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认 为强子是由夸克构成的。 (2)夸克的种类 上夸克(u) 、下夸克(d)、奇夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克 (b)和顶夸克(t)。
一个反夸克(反夸克 u 或反夸克 d )组成的，它们带电量如下
表所示，表中e为元电荷。
π＋ π－ u d u d
带电 量
＋e
－e
＋23e
－13e
－23e
＋13e
下列说法正确的是( ) A．π＋由u和 d 组成 C．π－由u和 d 组成
B．π＋由d和 u 组成 D．π－由d和 u 组成
答案：AD
解析：根据题目所给图表可以知道各种粒子的带电量， 由电荷守恒定律可得A、D正确，B、C错误。
知识点5 夸克模型
组成强子的粒子有六种夸克，分为上夸克和下夸克、奇 夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，所带电荷分别为元电荷 的±23 或±13 ，每种夸克都有对应的反夸克，夸克不能以自由 的状态单个出现。
答案：(1)2－01e＋411H―→24He (2)3.24×10－12J (3)4.2×109kg 1.5×1013年
一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH ＝1.007 3u，中子质量mn＝1.008 7u，氚核质量m＝3.018 0u。
电子、电子中微子、μ
不参与强相互作用 子、μ子中微子，τ
未发现内部结构
子、τ子中微子
光子、中间玻色子、 传递各种相互作用
胶子
光子、中间玻色子、 胶子分别传递电磁、
弱、强相互作用
3.夸克模型 (1)夸克的提出 1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认 为强子是由夸克构成的。 (2)夸克的种类 上夸克(u) 、下夸克(d)、奇夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克 (b)和顶夸克(t)。
一个反夸克(反夸克 u 或反夸克 d )组成的，它们带电量如下
表所示，表中e为元电荷。
π＋ π－ u d u d
带电 量
＋e
－e
＋23e
－13e
－23e
＋13e
下列说法正确的是( ) A．π＋由u和 d 组成 C．π－由u和 d 组成
B．π＋由d和 u 组成 D．π－由d和 u 组成
答案：AD
解析：根据题目所给图表可以知道各种粒子的带电量， 由电荷守恒定律可得A、D正确，B、C错误。
知识点5 夸克模型
组成强子的粒子有六种夸克，分为上夸克和下夸克、奇 夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，所带电荷分别为元电荷 的±23 或±13 ，每种夸克都有对应的反夸克，夸克不能以自由 的状态单个出现。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
强子结构的夸克模型
强子结构夸克模型 (1964年 ) ： 介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s 粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
宇宙的演化 宇宙——从何而来？
• 大爆炸理论 (The Big Bang Theory) • 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
早在1929年，埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑 意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正 急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。 这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上， 似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚 好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大 爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。
人马座礁湖星云
猎户座马头星云
天蛇座老鹰星云
麒麟座玫瑰星云
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
粒子和宇宙
基本粒子，基本？
分子
原子
电子 质子 中子
夸克
道尔顿（原子） 盖 尔 曼 （ 夸 克 ）
汤姆逊（电子）
卢瑟福（质子）
查 德 威 克 （ 中 子 ）
1995美国费米国家加速器实验室证 实了顶夸克(Top Quark)的存在
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
相互作用是通过交换一定粒子实现的
作用类型 引力作用 电磁作用 弱作用
交换粒子 引力子
光子
玻色子 (W+ 、W–
Z0 粒子)
引力子尚未被实验证实
强作用 胶子
弱电统一理论:电磁相互作用和弱相互作用 被看作是一种相互作用。
要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云 块，直至恒星和恒星系统。
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
恒星的演化
恒星的摇篮——星云
1983年，鲁比亚实验组在高能质子—反质子对撞试验中发现了W +、 W -和 Z0 粒子。为60年代提出的弱电统一理论提供了实验上的支持。
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
四种基本相互作用
类别
强作用
电磁作 用
弱作用
引力作 用
相对强度 力程(m) 作用时间(s)
1
< 10-15
10-23
~10-2
长程
10-20 ~ 10-
16
~10-13 < 10-17 ~ 10-8
参与离子
强子 强子 轻子 光
子 强子 轻子
~10-39 长程
一切物质
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。 • 大爆炸后0.1秒后 300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。 • 大爆炸后1秒后 100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，
核力尚不足束缚中子和质子。 • 大爆炸后13.8秒后 30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。 • 大爆炸后35分钟后 3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。 • 大爆炸后30万年后 3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主
大统一理论试图将强、电、弱三种相互作 用统一起来。
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
欧洲核子中心高能质子同步加速器上的UAI 探测器
彭齐亚斯 威尔逊
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
• 从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙 学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：
• 大爆炸开始时 150－200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。 • 大爆炸后10-43秒 宇宙从量子背景出现。 • 大爆炸后10-35秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。 • 大爆炸后10-5秒 10万亿度，质子和中子形成。 • 大爆炸后0.01秒 1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占
1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的 观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发 生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的 那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就 充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离 开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的 急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙， 或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位 置的有限宇宙。
根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微 观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以 很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温 度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而 称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原 子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。
宇宙微波背景辐射
1964年，美国贝尔实验室的工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯 特·威尔逊发现了一种充满整个宇宙的电磁辐射。特徵和绝对 温标2.725K的黑体辐射相同。频率属与微波范围。它给了大 爆炸理论一个有力的证据，并且与类星体、脉冲星、星际有 机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。彭 齐亚斯和威尔逊也因发现了宇宙微波背景辐射而获得1978年 的诺贝尔物理学奖。
强子结构夸克模型 (1964年 ) ： 介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s 粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
宇宙的演化 宇宙——从何而来？
• 大爆炸理论 (The Big Bang Theory) • 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
早在1929年，埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑 意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正 急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。 这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上， 似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚 好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大 爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。
人马座礁湖星云
猎户座马头星云
天蛇座老鹰星云
麒麟座玫瑰星云
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
粒子和宇宙
基本粒子，基本？
分子
原子
电子 质子 中子
夸克
道尔顿（原子） 盖 尔 曼 （ 夸 克 ）
汤姆逊（电子）
卢瑟福（质子）
查 德 威 克 （ 中 子 ）
1995美国费米国家加速器实验室证 实了顶夸克(Top Quark)的存在
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
相互作用是通过交换一定粒子实现的
作用类型 引力作用 电磁作用 弱作用
交换粒子 引力子
光子
玻色子 (W+ 、W–
Z0 粒子)
引力子尚未被实验证实
强作用 胶子
弱电统一理论:电磁相互作用和弱相互作用 被看作是一种相互作用。
要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云 块，直至恒星和恒星系统。
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
恒星的演化
恒星的摇篮——星云
1983年，鲁比亚实验组在高能质子—反质子对撞试验中发现了W +、 W -和 Z0 粒子。为60年代提出的弱电统一理论提供了实验上的支持。
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
四种基本相互作用
类别
强作用
电磁作 用
弱作用
引力作 用
相对强度 力程(m) 作用时间(s)
1
< 10-15
10-23
~10-2
长程
10-20 ~ 10-
16
~10-13 < 10-17 ~ 10-8
参与离子
强子 强子 轻子 光
子 强子 轻子
~10-39 长程
一切物质
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。 • 大爆炸后0.1秒后 300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。 • 大爆炸后1秒后 100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，
核力尚不足束缚中子和质子。 • 大爆炸后13.8秒后 30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。 • 大爆炸后35分钟后 3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。 • 大爆炸后30万年后 3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主
大统一理论试图将强、电、弱三种相互作 用统一起来。
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
欧洲核子中心高能质子同步加速器上的UAI 探测器
彭齐亚斯 威尔逊
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
• 从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙 学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：
• 大爆炸开始时 150－200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。 • 大爆炸后10-43秒 宇宙从量子背景出现。 • 大爆炸后10-35秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。 • 大爆炸后10-5秒 10万亿度，质子和中子形成。 • 大爆炸后0.01秒 1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占
1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的 观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发 生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的 那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就 充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离 开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的 急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙， 或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位 置的有限宇宙。
根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微 观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以 很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温 度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而 称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原 子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。
宇宙微波背景辐射
1964年，美国贝尔实验室的工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯 特·威尔逊发现了一种充满整个宇宙的电磁辐射。特徵和绝对 温标2.725K的黑体辐射相同。频率属与微波范围。它给了大 爆炸理论一个有力的证据，并且与类星体、脉冲星、星际有 机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。彭 齐亚斯和威尔逊也因发现了宇宙微波背景辐射而获得1978年 的诺贝尔物理学奖。