高中物理第十九章原子核8粒子和宇宙名师导航学案新人

8 粒子和宇宙
名师导航
知识梳理
1.许多粒子都存在着质量与其相同而电荷及其他一些物理性质与其__________的粒子，叫做__________.
2.强子是参与的__________粒子，__________是最先发觉的强子；轻子是__________强彼此作用的粒子，最先发觉的轻子是__________；媒介子是__________各类彼此作用的粒子.疑难冲破
对宇宙大爆炸模型的正确理解
剖析：1932年勒梅特第一次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了咱们的宇宙.美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中，提出了热大爆炸宇宙模型：宇宙开始于高温、高密度的原始物质，最初的温度超过几十亿度，随着温度的继续下降，宇宙开始膨胀.
问题探讨
问题：黑洞的本质是什么？
探讨：关于宇宙和咱们人类所在的太阳系结构问题，是人类文化历史中最古老的课题之一.这些问题的科学研究，也就是天文学，推动了物理学的进展，而且对哲学也产生了庞大的影响.今天，天文学已成为物理学不可分割的组成部份，研究它的目的是为了熟悉宇宙和组成它的所有宏观部份的形成和进展.这就需要把经验研究，就是观测和实验，与理论研究结合起来，这就使天文学必然与许多物理领域产生必不可少的联系，专门是与粒子物理，黑洞是一种超级神秘的天体.它的体积很小，但密度却大得惊人，每立方厘米就有几百亿吨乃至更高.至于它的密度大，所以引力也特别壮大.无论什么东西，只要被它吸进去，就别想“爬”出来，连跑得最快的光也逃脱不掉黑洞的庞大引力.
由于黑洞本身不发光，所以用任何壮大的望远镜都看不见黑洞.虽然如此，大多数科学家仍相信，宇宙中有着许许多多黑洞.当大质量的恒星演化到晚年，通过超新星暴发，就有可能坍缩成黑洞.在宇宙初期，也会形成一些小黑洞.小黑洞的体积只有原子核那么大，质量和一座山差不多，达到上亿吨，里面蕴藏的能量相当于10个大型的发电站.
探讨结论：黑洞是含有庞大能量和质量的宇宙实体.
典题精讲
【例题】科学家发觉太空中的γ射线一般都是从很远的星体放射出来的.当γ射线暴发时，在数秒钟内所产生的能量相当于太阳在过去100亿年所发生的能量的总和的1 000倍左右，大致相当于将太阳的全数质量转变成能量的总和.科学家利用超级运算机对γ射线的状态进行了模拟.经模拟发觉γ射线暴发是起源于一个垂死的星球的“坍缩”进程，只有星球“坍缩”时，才能够发出这么庞大的能量.已知太阳光照射到地球上大约需要8分20秒时刻，由此来估算：在宇宙中，一次γ射线暴发所放出的能量.
（万有引力常量G=×10-11 N·m 2/kg 2，1年时刻约为×107
s ）
思路解析：r=c t=3×108×500 m=×1011 m ，地球做匀速圆周运动，万有引力为向心力： 2224T
r m r GMm π=，太阳的质量为 M=kg GT r 27113
11232)
1015.3(1067.6)105.1(1044⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-π，γ射线暴发所发出的能量： E=Mc 2=×1030×(3×108)2 J=×1047
J.
答案：×1047 J
知识导学
自然界的一切都是由物质组成的.本节主要从微观的角度去探讨物质的结构与物体的尺度.使学生能大致了解人类探索微观世界的历程，并熟悉到这种探索将不断深切；同时将微观世界和宇宙联系在一路，给出物质世界从微观到宏观的尺度的数量级；并将目前人类探索宇宙的进程展现给学生，使学生大致了解人类探索太阳系及宇宙结构的历程，而这种探索也是渐进的.
疑难导析
要理解大爆炸模型就必需理解宇宙的起源：最初是比原子还要小的硒鼓点，然后是大爆炸，通过大爆炸的能量形成了一些大体粒子，这些粒子在能量的作用下，逐渐形成了宇宙中的各类物质.至此，大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论.但是，至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持，而且咱们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景. 问题导思
爱因斯坦相对论指出，任何物体的速度都不可能超过光速，由此能够推断，对这种天体来讲，任何物体都不能摆脱它的吸引而逃脱出来，这种天体就是咱们常听到的黑洞.
黑洞是不是存在不仅对理论物理的研究超级重要，对天体物理、宇宙学等都超级重要，于1990年发射升空的哈勃太空望远镜几年来的观察结果支持黑洞理论，1997年2月改换过
设备的哈勃太空望远镜已发还许多更清楚、详细的观测资料，供科学研究.
黑洞就像一个谜，没有人能看见它.但黑洞壮大的吸引力会影响它周围的天体，这些天体在被黑洞吸收、吞没的进程中，会发射出X 射线或Y 射线，而一旦落入黑洞，便无影无踪.科学家就是通过观测这些射线，发觉了黑洞的蛛丝马迹.例如，天鹅座X 1的伴星可能就是一个黑洞.还有科学家以为，银河系的中心也存在一个庞大的黑洞.
典题导考
绿色通道：真空不是空荡荡的，真空中老是充满着粒子和反粒子，他们不断出现，又彼此消灭，因此真空能量是丰硕的.在进行有关计算时同时运用万有引力和质能方程.
【典题变式】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ω=60π rad/s，该中子星并无因为自转而解体，按照这些速度人们能够推知中子星的密度，试写出该中子星的密度最小值的表达式为ρ=___________，计算出该中子星的密度至少为___________.（假设中子通过万有引力结合成球状星体，保留两位有效数字） 答案：G πω432
×1014 kg/m 3.。