《7. 粒子物理学简介(选学)》PPT课件(甘肃省县级优课)
教科版高中物理选修3-4同步课件第三章粒子物理学简介(选学)
课程目标
情景思考
类型一 类型二 类型三
基础知识
重点难点
典型例题
随堂练习
解析:胶子和中间玻色子以及假定的“引力子”被称为媒介子,它们是 四种基本相互作用的传递媒介,共13种.不参与强相互作用的粒子, 被称为轻子,如电子、中微子等共6种,加上它们各自的反粒子,共有 12种.强子是指一切参与强相互作用的粒子,已发现的几百种粒子 大部分都是强子,人们最早发现的强子是质子和中子.故题目所给 的四个选项均正确. 答案:ABCD 题后反思:了解基本的分类情况,有意识地适当记忆,这样才能够快 速准确地解答此问题.
课程目标
情景思考
基础知识
ห้องสมุดไป่ตู้
重点难点
典型例题
随堂练习
类型一 类型二 类型三
夸克模型的认识
【例题2】 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 夸克电荷量为2e,d 夸克电荷量为-1e,e 为元电
3
3
荷,下列论断正确的是( )
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
课程目标
情景思考
类型一 类型二 类型三
基础知识
重点难点
典型例题
随堂练习
解析:粒子加速器是用人工方法产生高速粒子的设备,天然放射性 物质放出的粒子能量不高,不能满足科研的需要,人们通过粒子加 速器在目前已经能将电子、质子等带电粒子加速到接近光速,这些 高能量的粒子束成为人们认识物质深层结构的主要工具.通用的粒 子加速器中,按加速粒子的路径分为直线加速器、回旋加速器两种. 答案:ABD 题后反思:加速器是“打碎粒子的工具”,使人们发现了不少新粒子, 人们对微观物质世界的认识也随着加速器的出现在逐步深入.
高中物理第三章7粒子物理学简介(选学)课件教科选修35教科高中选修35物理课件
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内容 总结 (nèiróng)
7 粒子物理学简介(选学)。1.初步(chūbù)了解粒子物理学的基础知识,知道基本粒子的分类及夸克
模型.。2.了解产生高速粒子的设备——加速器.。3.在学习中了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学
No 和人文精神.。(2)回旋加速器是一种用固定频率的高频电场加速在圆弧轨道中运动的带电粒子,以获得
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类型
(lèixí ng)一
类型
(lèixí ng)二
类型
(lèixí ng)三
解析:胶子和中间玻色子以及假定的“引力子”被称为媒介子,它们是四种基本 相互作用的传递媒介,共13种.不参与强相互作用的粒子,被称为轻子,如电 子、中微子等共6种,加上它们各自的反粒子,共有12种.强子是指一切参 与强相互作用的粒子,已发现的几百种粒子大部分都是强子,人们最早 发现的强子是质子和中子.故题目所给的四个选项均正确.
3
或
23.至今已经发现了
6
种夸克,除
u、d、s
外,还有粲夸克
(c)、底夸克(kuā kè)(b)和顶夸克(t).
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3.加速器
粒子加速器是用人工方法产生高速粒子的设备. 目前通用的加速器有20多种,按加速粒子的路径大致可分为两类:一类是直
线(zhíxiàn)加速器,其中带电粒子沿直线运动;一类是回旋加速器,带电粒子沿 圆弧运动,并反复加速.
7 粒子(lìzǐ)物理学简介(选学)
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1.初步了解粒子物理学的基础知识,知道基本粒子的分类及夸克模型.
2.了解产生高速粒子的设备(shèbèi)——加速器. 3.在学习中了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神.
第18章粒子物理简介PPT课件
李政道 杨振宁
在强相互作用和电磁相互作用下宇称守恒定律的 正确性是有充分实验根据的，但在弱相互作用下 宇称是否守恒当时并没有充分的实验证据。针对、 之迷提出弱相互作用过程中宇称不守恒。
12
§18.3 粒子分类的八重法
1961年提出八重法，对强子分类排列。将具有相同自旋 s 、相同宇称 P 的强子结成一“族”，每族按电荷、奇异数 或超荷排列成八重态图、十重态图等 —— 粒子物理中 的周期表
• 协同产生: 一个超子总是和一个或几个K介子同时产生。 •奇异粒子协同产生的过程极快(约为10-23s), 表明是在强 相互作用下进行的；而衰变过程很慢(寿命约为10-8 ～ 10-10s)， 表明是在弱相互作用下进行的。
二. 四种基本相互作用
1. 四种基本相互作用的性质
5
2. 相互作用是通过交换一定粒子实现的
18
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
8个重子 (自旋1/2 宇称 “+”)
6个重子形成正6边形的6个 顶点，另2个在中心。
水平轴~奇异数 斜轴 ~电荷数
13
9个介子 (自旋0 宇称 “-”) 6个形成正6边形，另3个处 于中心。
水平轴~奇异数 斜轴 ~电荷数
在粒子多重态图（自旋为3/2、宇称为“+”）中，有一空位， 对应于后来发现的Ω- 超子 。
9
10
都
粒子物理学及其应用PPT课件
理论的统一，以解决当前物理学面临的基本问题。
发展更精确的实验技术和方法
升级和建设高能物理实验设施
为了探测更小的粒子和更弱的相互作用力，需要更高的实验能量和更精确的探测器技术。 未来的研究将致力于升级和建设更先进的高能物理实验设施，以提高实验的精度和灵敏度 。
发展新的实验方法和数据分析技术
随着技术的发展和数据的积累，需要发展新的实验方法和数据分析技术，以更有效地提取 实验数据中的有用信息，并提高实验结果的可靠性和精确度。
量子场论是描述微观粒子（如电子、光子、夸克等）行为的物理学理论框架。 它基于量子力学和狭义相对论，通过引入场的概念，描述了粒子之间的相互作 用。
相对论
相对论是爱因斯坦提出的经典理论，包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对 论解释了没有引力作用的时空观念，而广义相对论则描述了引力的本质是由物 质引起的时空弯曲。
利用粒子物理学原理，研究核聚变和 核裂变等新能源技术。
医学影像技术
利用粒子物理学原理，发展医学影像 技术和放射治疗技术。
粒子物理学与其他学科的交叉研究
宇宙学
研究宇宙起源、演化等问题的学 科，与粒子物理学在基本理论和
实验技术上有很多交叉。
生物学
研究生物大分子的结构和功能，与 粒子物理学在蛋白质结构和药物设 计等方面有交叉。
实验方法包括散射实验、衰变实验、对撞机实验等，这些实 验方法为粒子物理学的发展提供了重要的实验证据和理论支 持。
基本粒子及其性质
02
物质粒子和传播子
物质粒子
物质粒子是组成物质的基本单位 ，包括电子、质子、中子等。它 们具有电荷和质量，是构成原子 和分子的基础。
传播子
传播子是传递力的粒子，如光子 、介子和胶子等。它们负责传递 电磁力、强核力和弱核力等基本 相互作用力。
《粒子物理简介》PPT课件
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一. 对称性和守恒定律
对称性：物体状态在一定变换下具有的不变性
物理学中的对称性
• 状态的对称性
• 规律的对称性
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所谓物理规律的对称性就是物理规律在一 定变换下的不变性。即某种物理状态或过程 在一定的变换下（例如转动、平移等等）， 它所服从的物理规律不变。
研究物理规律的对称性的意义： • 在探索未知的物理规律的时候，可以以普
▲ 精确测定 m 的意义：
电磁作用耦合常数是 e
弱作用耦合常数是 g 按92年以前数据得到 g(e,)
g(e,) g(,)
1992年BEPC结果：mτ 17.776 80 0..6 63 7
这样三个 g 就一致了，支持了粒子的标准模型。
.
5
李政道： 1991—1992年高能物理最重要的
结果就是m 的精确测量。 ▲ m 是否为0 ？ 这涉及宇宙前途！ 1982年苏联实验发现：14eV< m <40eV 后来曾公认： m 7.3 eV ，无下限
●+e 1995年9月 欧洲核子研究中心，制 -e ●p 造了9个反氢原子，存在了4×10-8s 。
2002年8月欧洲核子研究中心成功地 反氢原子 制造出了约5万个低能状态的反氢原子，
这是人类首次在受控条件下大批量制造反物质。
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§5.3 场和媒介子
Dirac的空穴理论并不完整（对玻色子），
但有启发 —— 真空是场的基态。 按照量子场论：每种粒子都相应一种物质场
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• 物理规律的每一种对称性（即不变性） 通常都相应于一种守恒定律。
空间平移不变性 ……………
空间转动不变性 …………… 角动量守恒
粒子物理学基础
原子的有核结构
1911年汤姆逊的学生卢瑟福确立了原子 的有核结构 1913年卢瑟福的学生丹麦物理学家玻尔 建立了量子的原子结构模型 1919提出了原子核内存在中子的设想 1932年查德威克确认了中子n的存在
物质的层次结构
基本粒子的性质
质子和中子的大小约为1个费米 质 子 的 质 量 为 938.3MeV ， 中 子 为 939.6MeV, 电子为0.511MeV 质子和中子称为重子, 电子称为轻子 质子的寿命长于亿亿亿亿年,自由中子的 寿命却只有877秒，中子会衰变成质子、 电子和一个新粒子——反中微子. 这是否预示着质子、中子内部还有结构？
四种基本相互作用力
对象 电磁力 带电粒子间 引力 强力 万物 强子 强度 10-2 10-40 1 10-5 范围 ∞ ∞ 10-15米 10-18米 交换粒子 γ(光子) G (引力子) g (胶子) w±,z0
弱力 有轻子参与
非直接、 非直接、即时相互作用
量子场论
描述物理世界的基本语言 量子力学 狭义相对论
粒子物理学基础
王 淦 昌 先 生
李 文 铸 先 生
汪 容 先 生
王凎昌先生和汪容先生
粒子物理学
物质的基本组成 物质间的基本相互作用 物质运动的基本规律
二十世纪的主要成就
相对论与时空观念 狭义相对论,高速运动粒子 广义相对论,引力理论，宇宙学 量子力学 波粒二象性,微观粒子 量子场论 描述物理世界的基本语言 标准模型 物质的基本组成和基本相互作用
牛顿力学
时间，空间 点粒子：位置，速度，加速度 牛顿定律 惯性 作用与反作用
F =m a
一个伟大的发现：
mm2 1 F = −k 2 r
相对性原理与Galilean变换
粒子物理简介PPT课件
二. 宇称守恒定律
镜
左手
右手
物 像
物和其镜面反演象不同，所以不具有镜面反演对称性 。
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都
可
以
实
镜面反演
现
任意物理过程 A
过程 B
A、B 过程 遵守的规律相同
宇称守恒定律
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粒子都有特定的宇称， 称为 “内禀宇称”，简称 宇称P P = 1（偶宇称） P = -1（奇宇称）
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中微子的自旋方向
（按右螺旋法则）与
运动方向相反；反中
微子的自旋方向与运
动方向一致。
v
v
v v
• 强子分类
分类
粒子名称
自旋
介子 核子
重子 超子
、 、 K介子等
质子、中子及其反粒子 ΩΣΛΞ超子及反粒子
整数
1/2 (Ω超子 3/2)
K 介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象
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• 轻子（共12种）
分类
电子 μ子
轻 τ子 子中
微 子
说明
正反 自旋
粒子
e e
1/2 e e
电荷量 e
-1 +1 -1 +1 -1 +1
0 0 0
重子数 轻子数
B
Le L L
0 -1 +1
寿命 10-6s 稳定
2.2 <2.3
稳定
中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。
2. 奇异粒子 （uus）
电荷 Q 2 e 2 e 1 e e 333
重子数
教科版高中物理选修3-5：《粒子物理学简介(选学)》课件-新版
根据以前所有的理论，这个峰是不应该存在的．这说明我们发现 了一种全新的夸克．这种新粒子有很特别的性质：第一，它们质 量比其他所有已知的粒子都重；第二，它的寿命比其他所有已知 粒子的寿命长1 000倍．这意味着什么呢？大家知道，如果所有人 在世界上活到100岁左右，但你突然发现一个村子里的人能活到10 000岁，这就表示这些人可能有特别的性质．当然，有了这第四种 夸克，你就可以问有没有第五种、第六种——至今为止，已发现了 六种．
丁肇中：寻找宇宙中的基本粒子 如何寻找宇宙中最基本的粒子呢？我用四个故事向大家介绍 一下，这些故事是我在过去的年里所亲自经历的．
第一个故事是测量电子的半径．现代电磁学的理论认为电子 的半径为零.1964年，美国的麻省理工学院和哈佛大学建造了一个 当时最大的加速器，这个加速器周长为1 000英尺(1英尺为0.304 8 m)．当时来自哈佛大学和康乃尔大学的世界上很有名的专家，在 这个加速器里做一个很重要的实验，实验结果同时证明量子电动 力学是错误的，电子是有半径的．这是一个非常重要的实验.1966 年，我在德国用不同的方法重新做了这个实验，结果发现电子的 半径确实小到不可测量，电子是没有半径的．实验的结果和理论 的预期的比值等于1，即是说电子的半径等于零，也就是说以前许 多专家所做的实验结果是错误的．
B．质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸 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 解析 题目中给出的信息是 u 夸克与 d 夸克的带电荷量，据质子11 H 带一个元电荷的电荷量及中子10n 不带电，分析可知 B 项正确． 答案 B
物理选修3-5 第3章 6 核聚变+7 粒子物理学简介(选学)
6.核聚变7．粒子物理学简介(选学)[先填空]1．定义：把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应，简称核聚变．2．热核反应(1)举例：一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核的核反应方程：21H＋31H―→42He ＋10n＋17.60 MeV(2)反应条件①轻核的距离要达到10－15 m以内．②需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．(3)优点①轻核聚变产能效率高．②地球上聚变燃料的储量丰富．③轻核聚变更为安全、清洁．3．可控核聚变反应研究的进展(1)把受控聚变情况下释放能量的装置，称为聚变反应堆，20世纪下半叶，聚变能的研究取得重大进展．(2)核聚变的约束方法：磁约束和惯性约束，托卡马克采用的是磁约束方式．(3)核聚变是一种安全，不产生放射性物质、原料成本低的能源，是人类未来能源的希望．3．恒星演化中的核反应(1)现阶段，供太阳发生核聚变过程的燃料是氢．(2)大约50亿年后，太阳的核心的核聚变过程是：42He＋42He→84Be，42He＋84 Be→126C.[再判断]1．核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．(×)2．轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生．(×)3．现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应．(√)[后思考]1．核聚变为什么需要几百万度的高温？【提示】要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离在10－15m，在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库仑斥力就需要原子核具有非常大的动能才会撞到一起，当温度达到几百万度时，原子核就可以具有这样大的动能．2．受控核聚变中磁约束的原理是什么？【提示】原子核带有正电，垂直磁场方向射入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，绕着一个中心不断旋转而不飞散开，达到约束原子核的作用．3．恒星是如何形成的？它在哪个阶段停留的时间最长？【提示】宇宙尘埃在外界影响下聚集，某些区域在万有引力作用下开始向内收缩，密度不断增加，形成星云团，星云团进一步凝聚使得引力势能转化为内能，温度升高．当温度上升到一定程度时就开始发光，形成恒星．恒星在辐射产生向外的压力和引力产生的收缩压力平衡阶段停留时间最长．1．聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．2．轻核聚变是放能反应从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．3．核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．4．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸．(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．5．重核裂变与轻核聚变的区别1．下列关于聚变的说法中正确的是 ( ) A ．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B ．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C ．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D ．自然界中不存在天然的热核反应E ．轻核聚变易控制，目前世界上的核电站多数是利用核聚变反应释放核能 【解析】 轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15 m ，所以必须克服库仑斥力做功，A 正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B 、C 正确，E 错误；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D 错误．【答案】 ABC2．如图3-6-1所示，托卡马克(Tokamak) 是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal(环形的)、kamera(真空室)、magnit(磁)的头两个字母以及katushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词．根据以上信息，下述判断中可能正确的是( )图3-6-1A ．这种装置的核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量，和太阳发光的原理类似B ．线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出C ．这种装置同我国秦山、大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同D ．这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地进行E．这种装置是利用电场来约束带电粒子的【解析】聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A正确；线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用不飞出，故B正确，E错误；核电站的原理是裂变，托卡马克的原理是聚变，故C错误；该装置使人们可以在实验中控制反应速度，平稳释放核能，故D正确．【答案】ABD3．氘核(21H)和氚核(31H)结合成氦核(42He)的核反应方程如下：21H＋31H→42He＋1n＋17.6 MeV(1)这个核反应称为________．(2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV是核反应中________(选填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(选填“增加”或“减少”)了________kg(保留一位有效数字)．【解析】在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由ΔE＝Δmc2，可以求得Δm＝ΔEc2≈3×10－29 kg.【答案】(1)核聚变(2)放出减少3×10－29(1)核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依据.(2)核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损，然后代入ΔE＝Δmc2进行计算.[先填空]1．基本粒子(1)1897年汤姆孙发现了电子后，人们又陆续发现了质子、中子，认为电子、中子、质子是组成物质的基本粒子．(2)1932年，安德森发现了正电子，它的质量、电荷量与电子相同，电荷符号与电子相反，它被称为电子的反粒子，正电子也成为了基本粒子．2．基本粒子的分类按粒子参与相互作用的性质把粒子分为三类：它们分别是：媒介子、轻子、强子．3．加速器粒子加速器是用人工方法产生高速粒子的设备，按加速粒子的路径大致分为两类：一类是直线加速器，带电粒子沿直线运动；一类是回旋加速器，带电粒子沿圆弧运动，并反复加速．能够实现两束相对运动的粒子对接的设备叫做对撞机．[再判断]1．质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子．(×)2．质子和反质子的电量相同，电性相反．(√)3．按照夸克模型，电子所带电荷不再是电荷的最小单元．(√)4．回旋加速器加速带电粒子时，高频电源的频率应等于回旋粒子的频率．(√)[后思考]1．为什么说基本粒子不基本？【提示】一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己的复杂结构，另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的．2．北京正负电子对撞机于1988年10月完成建设，成功实现正负电子对撞，你了解对撞机的工作原理吗？它有什么作用？【提示】对撞机的工作原理是粒子先在同步加速器中加速，然后射入对撞机．在对撞机里两束粒子流反方向回旋，并进一步加速，在轨道交叉的地方相互碰撞．对撞机的出现，大大提高了有效作用能，因此它在高能物质实验中起着日益显著的作用．近年来，在粒子物质中的一系列重大发现和研究成果，几乎都是在对撞机上获得的．1．新粒子的发现及特点夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷是电子或质子所带电荷的23或13.每种夸克都有对应的反夸克．4．两点提醒(1)质子是最早发现的强子，电子是最早发现的轻子，τ子的质量比核子的质量大，但力的性质决定了它属于轻子．(2)粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，它们相遇时会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子．4．关于粒子，下列说法正确的是( )A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B．强子中也有不带电的粒子C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位E．超子的质量比质子的质量还大【解析】由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A错误，B正确；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋23e和－e3，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C错误，D正确，超子属于强子，其质量比质子质量还大些，E正确．【答案】BDE5．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中11H的核反应，间接地证实了中微子的存在.【导学号：11010053】(1)中微子与水中的11H发生核反应，产生中子(10n)和正电子(01e)，即：中微子＋11H→10n＋01e可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________．(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即01e＋0－1e→2γ已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是什么？【解析】(1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0.(2)产生的能量是由于质量亏损．两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则E＝Δmc2，故一个光子的能量为E2，代入数据得E2＝8.2×10－14J．正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故只有产生2个光子，此过程才遵循动量守恒定律．【答案】0和08.2×10－14 J见解析对核反应中新生成粒子的认识新生成的粒子和实物粒子一样，它们之间发生相互作用时，同样遵循动量守恒定律等力学规律．。
2013年物理选修3-5册课件：第3章第6、7节
【精讲精析】
由质量数守恒及核电荷数守
恒定律可得 X 为1n(中子)， 再根据质能方程可 0 得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与 c2 的乘积，故 D 项正确．
【答案】 D
变式训练 1 一个氘核(2H)与一个氚核(3H)发生聚 1 1 变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏 损．该聚变过程中( ) 4 A．吸收能量，生成的新核是2He B．放出能量，生成的新核是4He 2 3 C．吸收能量，生成的新核是2He D．放出能量，生成的新核是3He 2
核心要点突破
一、对聚变反应的理解 1．从比结合能的图线看，聚变后比结合能增
3 加， 因此反应中会释放能量． 例如： H＋2H→4 1 1 2
He＋1n＋17.60 MeV. 0
2．聚变发生的条件 要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作 用的距离10 －15 m，但是原子核是带正电的， 要使它们接近10 －15 m就必须克服很大的库仑 斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能， 方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高 温．
【答案】 见自主解答
【方法总结】
从数据上看题中聚变释放的能量
并不很大，但如果考虑到轻核的摩尔质量很小，
可知聚变出1 kg氚放出的核能远大于核裂变；因
此，轻核聚变能释放出比重核裂变更多的能量．
变式训练2 太阳不断地向外辐射能量，太阳内 部存在大量氢，在超高温作用下，氢原子被电离， 互相碰撞能使4个氢核聚变成一个氦核He，同时 放出大量能量．已知质子质量mH ＝1.0078 u，α 粒子质量mα＝4.0026 u，正电子质量me＝0.00055 u. (1)写出这个核反应方程式； (2)核反应中释放的能量为多少兆电子伏； (3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太 阳每秒减少的质量为多少千克？
粒子物理简介
Higgs玻色子是一种短寿命的粒子，它通过自发对称性破缺机制赋予其他粒子质量。这一发现有助于 解释宇宙中质量的起源，并解决了标准模型中的一些问题。
中微子振荡
总结词
中微子振荡是一种现象，其中中微子在 不同类型之间相互转换。这一发现提供 了对中微子质量的进一步证据，并可能 有助于解决宇宙中的反物质问题。
数据处理
实验产生的大量数据需要进行处理和分析，包括去噪、重建、粒子的识别和跟踪等。
分析技术
分析技术包括统计分析方法、蒙特卡罗模拟、机器学习和人工智能等方法，以提取有关粒子物理现象的详细信息 。
04
粒子物理的最新发现
Higgs玻色子
总结词
2012年，欧洲核子研究中心（CERN）宣布发现了Higgs玻色子，这是粒子物理领域的一项重要突破 。
Z玻色子、胶子等。
光子是电磁相互作用的传递粒子，W和Z玻色子是弱
02 相互作用的传递粒子，胶子是强相互作用的传递粒子
。
03
玻色子的自旋为整数，遵循玻色-爱因斯坦统计规律
。
粒子物理中的对称性
对称性是物理学中的一个重要概 念，指一个物理系统在某种变换
后保持不变的性质。
在粒子物理中，对称性可以用来 描述不同粒子之间的相互关系和
线性加速器（Linear Accelerat…
与超级对撞机不同，线性加速器采用一维线性结构，具有更高的束流质量和亮度。未来线 性加速器的发展将致力于提高束流能量和强度，以实现更精确的测量和更深入的研究。
探测器升级（Detector Upgrade…
高精度探测器是粒子物理研究的重要工具。随着实验需求的变化和技术的发展，探测器的 升级和改进也是未来发展的重要方向。新一代探测器将具有更高的灵敏度、更低的背景噪 声和更强的数据处理能力。
教科版高中物理选修3-5：《粒子物理学简介(选学)》教案-新版
3.7《粒子物理学简介（选学）》教案★新课标要求（一）知识与技能1．了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史2．初步了解加速器的发展（二）过程与方法1．感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法2．能够突破传统思维重新认识客观物质世界（三）情感、态度与价值观1．让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性。
2．培养学生的科学探索精神。
★教学重点了解构成物质的粒子和加速器★教学难点各种微观粒子模型的理解★教学过程（一）引入新课教师：宇宙的起源一直是天文学中困难而又有启发性的问题。
宇宙学中大爆炸论的基本观点是宇宙正在膨胀，要了解宇宙更早期的情况，我们必须研究组成物质的基本粒子。
问题：现在我们所知的构成物体的最小微粒是什么？学生：构成物体的最小微粒为“原子”（不可再分）。
点评：从宇宙的起源角度去引起对物质构的粒子的了解，激发学生的兴趣，积极回答。
教师：其实直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质不可分的最小微粒。
20世纪初人们发现了电子，并认为原子并不是不可以再分，而且提出了原子结构模型的研究。
问题：现在我们认为原子是什么结构模型，由什么组成？学生回忆并回答：现在我们认为原子是核式结构，说明原子可再分，原子核由质子与中子构成。
点评：引起学生回忆旧知识并巩固知识。
（二）进行新课1．基本粒子的分类教师：1897年汤姆生发现电子，1911年卢瑟福提出原子的核式结构。
继而我们发现了光子，并认为“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”。
那么随着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子呢？学生思考并惊奇。
点评：因为学生所能了解的最小粒子只有这些，所以这节课引起了学生的兴趣。
（可以不按教材顺序介绍，接着介绍新粒子的发现）教师：20世纪30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）通过科学核物理实验又发现了哪些粒子？（2）什么是反粒子？（3）现在可以将粒子分为哪几类？在老师的引导下学生带着问题阅读教材。
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中国科学院高能物理研究所 35MeV直线加速器加速的电子 的速度已接近光速；质子或离子 的质量较大，其速度较低。
1966年建成的美国斯坦福电 子直线加速器管长3050米。
回旋加速器
回旋加速器是利用磁场使带 电粒子作回旋运动，在运动中经 高频电场反复加速的装置，是高 能物理中的重要仪器。
“上帝粒子”
希格斯玻色子（或称希格斯粒子、 希格斯子Higgs boson）是粒 子物理学标准模型预言的一种自 旋为零的玻色子。它也是标准模 型中最后一种未被发现的粒子。
欧洲核子研究中心的大 型强子对撞机(Large Hadron Collider， 简称LHC)将有机会 发现希格斯粒子。
2012年7月2日，美国能源部下属的费米国家加 速器实验室宣布，该实验室最新数据接近证明被 称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在。 2013年2月4日，该实验室确认上帝粒子的存在。
➢ ➢
时 时 产大 间 生爆 的炸 零是 点在
无 限 的 宇 宙 各 处 同
恒星、星系 核合成
强子时代
氢原子 轻子时代 夸克轻子胶子
大爆炸
恒星的演化
白矮星、 中子星、 黑洞
氦核聚变
星云团
恒星诞生 宇宙尘埃
大爆炸
简介地球在宇宙尘埃中诞生
研究微观世界的粒子
物理、量子理论，与 粒
研究宇宙的理论相互
宇宙大爆炸理论和恒星的演化过程 感悟：科学发展过程中蕴藏着的科学精神
人们人对们物对质物本质本的质认的识认是识不是断不深断入深的入的
➢
1932年 安德森发 现正电子
1937年 发现μ子
1947年 发现K介 子介子
对 真 理
的
追
求
永
无
止
境
1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在
种 上夸克 u 粲夸克 c 顶夸克 t
类 下夸克 d 奇夸克 s 底夸克 b
展 中的一个重大突破；
• 电子电荷不再是电荷的最小单元， 即存在分数电荷；
• 目前人们对夸克的认识还是很初步 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”；
子 物
沟通、相互支撑。
理
和
宇
宙
学
殊
正如诺贝尔物理学
欧洲核子研究中心的负责人 罗尔夫·霍耶尔
“这是我们在认识自然道路上 的一座里程碑”
“别忘了，标准模型只能解释 4%的宇宙，” 占宇宙质量96% 的暗物质仍没有得到解释， “我们还有很长的路要走”。
粒子物理学的基础知识
一、“基本粒子”不基本
基本粒子
e •
电子——
0 1
• 质子—— 11H
n • 中子—— 1 0
粒子物理学简介
1897年汤姆逊 发现电子
铍
石蜡
1932年查德威克 发现中子
1803年 道尔顿发现原子
1919年 卢瑟福发现质子
原子模型
学习目标
1．了解构成物质的“基本粒子” 及粒子物理的发展简史
2．初步认识几种加速器 3．初步了解宇宙的演化过程及宇
宙与粒子的和谐统一
内本 容节
主 要
人们对物质本质的认识是不断深入的 粒子物理学的基础知识 粒子加速器
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
媒介子
是传递各种相 互作用的粒子
光子 中间玻色子
胶子
电磁相互作用 弱相互作用 强相互作用
四种基本相互作用
相互作 相对强
用
度
力程 (m)
参与离子
强作用 1 < 10-15 强子
强子对撞机
欧洲大型强子对撞机 是现在世界上最大、能量 最高的粒子加速器。大型 强子对撞机坐落于日内瓦 附近瑞士和法国的交界侏 罗山地下100米深·总长17 英里(含环形隧道)的隧道 内。2008年9月10日，对 撞机初次启动进行测试。
宇宙大爆炸理论和恒星的演化过程
大爆炸理论 (The Big Bang Theory) 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
➢ 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。
粒子加速器
• 1932年发明的加速器，能使带电粒 子加速到很高的能量。人们用它进 行了许多核物理实验而不再依赖天 然的宇宙射线，于是发现了更多的 粒子。
• 现在已经发现的粒子达400多种。
直线加速器
高频直线加速器，是指用沿 直线轨道分布的高频电场加速带 电粒子的装置。
至此，一套称之为标准模型的粒子物理学模型所预言的62个粒子中的61 个都已经得到了实验数据的支持与验证，但仍有一个粒子未被发现。
看上去标准模型马上就要获得决定 性的胜利，对物质微观结构的探索 已经到达了它的尾声，似乎人类也 马上就要听到这一跌宕起伏的，充 满了高潮与华彩的探索乐章的终曲， 但是仍然有一个粒子，游离在这座 辉煌的大厦之外，仿佛一个幽灵， 这就是希格斯粒子，而且就是这个 粒子可能会击垮整座大厦。
• 光子——
• 正电子
• μ子
• K介子、 介子
……
新粒子
“基本粒子”不基本
新粒子
介子
质量介于质子、电子之间
宇宙射线中 介子、K介子…
超子 质量比质子大的粒子
反粒子
物理性质与已知粒子相同， 而电荷量等其他性质相反。
0 1
e
0 1
e
11H 11H
4 2
He
4 2
He
二、粒子的分类
——按照粒子与各种相互作用的不同关系
电磁作 用
弱作用
~10-2 ~10-13
长程 < 10-17
强子、轻 子
强子、轻 子
引力作 用
~10-39
长程
一切物质
举例
核子之 间
电荷之 间
β衰变 中
天体之 间
交换粒 子
胶子
光子
中间玻 色子
引力子 （尚未 被证实
）
三、强子结构的夸克 模型 (1964年 )
介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
对撞机
对撞机是能够实现两束 相对运动的粒子对撞的设备， 是在高能同步加速器基础上 发展起来的。
北京正负电子对撞机(BEPC)是世界八大高能加速 器中心之一， 是我国第一台高能加速器，也是高能物 理研究的重大科技基础设施；由长202米的直线加速器、 输运线、周长240米的圆型加速器(也称储存环)、高6米 重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置 等几部分组成，外型象一只硕大的羽毛球拍。