教科版高中物理选修3-5第三章粒子物理学简介选学课件
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.
高中物理选修3-5光的粒子性ppt课件
(3)光强越大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的 光电子多，因而饱和电流大，所以饱和电流与光强成正比．
4．遏止电压Uc与频率ν、W0的关系 由Ek＝eUc和Ek＝hν－W0联立得Uc＝heν－We 0.
三、康普顿效应及光子的动量 1．康普顿效应解释光的散射：康普顿效应的基本思想 是，X射线的光子不仅具有能量，也像其他粒子那样具有动 量，X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律 和动量守恒定律，求解这些方程，可以得出散射光波长的变化 值Δλ.理论推算的结果与实验现象符合得很好．
(1)每秒内由K极发射的光电子数目． (2)电子到达A极时的最大动能(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)．
【解析】 (1)设每秒发射光电子数为n. n＝Ime·t＝0.516.6××1100－－6×19 1＝3.5×1012个． (2)由光电效应方程可知 Ekm＝hν－W0＝hcλ－hλc0＝hc(1λ－λ10) 在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek，由动 能定理得
【解析】 (1)当入射光频率大于极限频率时才能发生光 电效应，设此时波长为λ0，极限频率为ν0，则由光速c＝λν，可 知当光波波长大于极限波长λ0时，其频率将小于极限频率ν0， 所以大于极限波长的光不能使金属发生光电效应，因此选项A 错误．
(2)由光电效应方程Ek＝hν－W可知，光电子的最大初动 能随入射光频率的增大而增大，但并不与入射光频率成正比， 因此选项B错误．由于光电子的最大初动能与入射光的强度无 关，显然选项C错误．
C．光子能量变大 D．波长变长
解析 光子与电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒．自
由电子碰撞前静止，碰撞后动量增加、能量增加，所以光子的
动量、能量减小，由E＝hν＝h
优秀课件人教版高中物理选修3-5粒子和宇宙 (共15张PPT)
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
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。
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．。
教科版高中物理选修3-5：粒子物理学简介
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．
1．新粒子的发现及特点
发现时间Biblioteka 1932 年1937 年 1947 年 20 世纪 60 年代后
新粒子
反粒子
K 介子与 π
μ子
超子
介子
质量与相对应的粒子
质量介于
比质子的
基本特点 相同而电荷及其他一
电 子 与 核 其质量比质子大
质量小
些物理性质相反
子之间
2.粒子的分类
分类 参与的相互作用 发现的粒子
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．强子中都是带电的粒子 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
【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、B 错误；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－3e，说明电子电荷 不再是电荷的最小单位，C 错误，D 正确．
【答案】 D
5．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.
教科版高中物理选修3-5：《粒子物理学简介(选学)》学案-新版
3.7《粒子物理学简介（选学）》学案学习目标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学习重点了解构成物质的粒子和加速器预习巩固1.K －介子衰变的方程为K －―→π－＋π0.其中K －介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电.如图3-6、7-3所示的1个K －介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP ，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB ，两轨迹在P 点相切，它们的半径R K －与R π－之比为2∶1.π0介子的轨迹未画出.由此可知π－的动量大小与π0的动量的大小之比为（ ）图3-6、7-3A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.1∶6解析 带电粒子K －与π－在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力Bqv ＝mv 2R 得R ＝mv Bq ＝p Bq ，K －介子与π－介子带电量相同，故运动的半径之比等于动量之比p K －∶p π－＝R K －∶R π－＝2∶1在衰变后π－介子与π0介子动量方向相反，设K －介子的动量为正，则π－介子动量为负值，由动量守恒p K －＝－p π－＋p π0则p π－∶p π0＝1∶3故A 、B 、D 错，C 对.答案 C2.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是（ ）A.夸克、轻子、胶子等粒子B.质子和中子等强子C.光子、中微子和电子等轻子D.氢核、氘核、氦核等轻核解析宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错.答案 A3.现在，科学家们正在设法寻找“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷的符号相反.据此，反α粒子为（）.A.42HeB.－42HeC.－4－2HeD.4－2He解析这类问题在前两年的高考中经常出现.根据题目中的描述，结合α粒子的特点很容易选出正确选项为D.答案 D4.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图图3-6、7-4所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（）图3-6、7-4A.离子由加速器的中心附近进入加速器B.离子由加速器的边缘进入加速器C.离子从磁场中获得能量D.离子从电场中获得能量解析回旋加速器的工作原理是使离子在两个D形盒的缝隙中受电场力加速，在D形盒的内部受洛伦兹力作匀速圆周运动，在磁场中所受的洛伦兹力不做功因此选项C错、D正确.随着加速次数的增加，离子的能量越来越大，速度越来越大，由r＝mvqB可知离子的圆周运动半径越来越大，最后从加速器的边缘飞出加速器，因此选项B错、A正确.答案AD5.1989年初，我国投入运行的高能粒子回旋加速器可以把电子的能量加速到2.8 GeV；若改用直线加速器加速，设每级的加速电压为U＝2.0×105V，则需要几级加速？解析设经n级加速，由neU＝E k有n＝E keU＝1.4×104(级).答案 1.4×104(级)6.正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质—反物质.1 000秒并不太长，但对于欧洲核子研究中心(CERN)反氢激光物理装置(ALPHA)项目的物理学家来说，却是4个数量级的重大突破.据美国物理学家组织网2011年5月4日报道，CERN此前的记录是捕获了38个反氢原子并保持了172毫秒，而本次实验捕获了309个反氢原子并保持了1 000秒，如图3-6、7-1所示，为进一步证明反物质属性铺平了道路，这是人类探索反物质的一大进步.你推测反氢原子的结构是（）图3-6、7-1A.由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B.由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C.由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成D.由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成解析由题目中所给的信息知，物质与反物质的质量相同，电荷量相同，而电性相反，所以选B.答案 B7.美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果如图3-6、72所示，该站揭示了中微子失踪的原因，即观测到的中微子数目比理论值少是因为部分中微子在运动中转化为一个μ子和一个τ子.在上述研究中有以下说法，正确的是（）图3-6、72A.若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向相反B.若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致C.若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反D.若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能相反解析中微子在转化为μ子和τ子的前后过程中满足动量守恒定律.若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的动量方向可能与中微子相同，也可能相反，所以选项A错误、B正确.若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的动量一定与中微子相同，即τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相同，所以选项C、D错误.答案 B学后反思：。
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1(多选)下列所述正确的是( ) A.强子是参与强相互作用的粒子 B.轻子是不参与强相互作用的粒子 C.目前发现的轻子只有8种 D.夸克有 6 种,它们带的电荷量分别为元电荷的+23或-13 解析:强子参与强相互作用,而轻子不参与强相互作用.目前发现的 轻子有6种,夸克也有6种. 答案:ABD
类型一 类型二 类型三
加速器的了解 【例题3】 (多选)下列关于加速器的说法正确的是( ) A.粒子加速器是用人工方法产生高速粒子的设备 B.高能量的粒子束成为人们认识物质深层结构的主要工具,人们需 要通过粒子加速器获得高能粒子 C.目前通用的粒子加速器中,按加速粒子的路径大致可分为三类,一 类是直线加速器,一类是回旋加速器,再就是对撞机 D.目前通用的粒子加速器中,按加速粒子的路径大致可分为两类, 一类是直线加速器,一类是回旋加速器
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2加拿大萨德伯里中微子观测站揭示了中微子失踪的原因,即观测 到的中微子数目比理论值少是因为部分中微子在运动过程中转化
为一个μ子和一个τ子.在上述研究中有以下说法,正确的是( )
①若发现μ子和中微子的运动方向一致,则τ子的运动方向与中微子 的运动方向一定相反 ②若发现μ子和中微子的运动方向一致,则τ 子的运动方向与中微子的运动方向可能一致 ③若发现μ子和中
粒子的分类
按照粒子与各种相互作用的关系,分类如下表所示:
比较项
参与的相 互作用
发现的粒子
备注
质子和中子是最早发现
强子
强相互作 质子、中子、超 的强子
用
子
强子又分为介子和重子
两类,强子有内部结构
电子、电子中微
轻子
不参与强 相互作用
子、μ 子、μ 子 现代实验还没有发现轻 中微子、τ 子、τ 子的内部结构 子中微子
光子传递电磁相互作用
媒介子
传递各种 相互作用
光子、中间玻色 中间玻色子传递弱相互
子、胶子
作用
胶子传递强相互作用
根据粒子参与的相互作用进行分类,而不是根据粒子质量,如τ子 的质量比核子的质量大,但从力的性质分析它仍属于轻子.
类型一 类型二 类型三
粒子的分类 【例题1】 (多选)自然界存在着四种基本相互作用,根据粒子参与 相互作用的性质可以把粒子分为三类,下列与之相关的说法正确的 是( ) A.传递强相互作用的是胶子,强子是指一切参与强相互作用的粒子 B.传递弱相互作用的是中间玻色子,不参与强相互作用的粒子是轻 子 C.电子、中微子都属于轻子,轻子都有自己的反粒子 D.人们最早发现的强子是质子和中子
或
23.至今已经发现了
6Leabharlann 种夸克,除u、d、s
外,还有粲夸克
(c)、底夸克(b)和顶夸克(t).
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. (1)直线加速器是一种用高频电场加速带电粒子的谐振加速器. (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,以获得高能粒子的设备. (3)对撞机是能够实现两束相对运动的粒子对撞的设备.近几十年 来发展起来的高能加速器,多数是对撞机.
提示:根据物理学发展过程可知:科学家们发现许多新粒子不是 由质子、中子、电子组成的;科学家们发现质子、中子等粒子本身 也有复杂结构,所以说“基本粒子”不是组成物质的不可再分的最基 本的粒子.
1.基本粒子的分类
现在已发现的粒子分为媒介子、轻子和强子.电子属于轻子,不
参与强相互作用.人们最早发现的强子是质子和中子,强子是指一
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
类型一 类型二 类型三
解析:由于强子是由不同夸克组成的,而夸克可带分数电荷量,由此 可根据强子(如质子、中子)的带电特性,确定其组成情况.由于质子 是带电荷量为e的正电荷,则由两个u夸克和一个d夸克组成,其总电 荷量为e;中子不带电,则由一个u夸克和两个d夸克组成,其总电荷量 为0.故B正确. 答案:B 题后反思:明确质子带一个单位的正电荷,中子不带电,以及u夸克和 d夸克所带的电荷量是解决该类问题的关键.
7 粒子物理学简介(选学)
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——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.
现在我们已发现的粒子达400多种,难道它们都是“基本粒子”吗? 特别是参与强相互作用的粒子,形形色色,种类繁多,你了解这些粒 子吗?
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
成
B.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2个d夸克组
类型一 类型二 类型三
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. 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.
微子的运动方向相反,则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定
一致 ④若发现μ子和中微子的运动方向相反,则τ子的运动方向与
中微子的运动方向可能相反
A.①③
B.②③
C.③④
D.①②
解析:中微子在转化为μ子和τ子的前后过程中满足动量守恒定律.
答案:B
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3现在科学家们正在设法探寻“反物质”,所谓“反物质”是由“反粒子”
类型一 类型二 类型三
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.
构成的,与其对应的正粒子具有相同的质量数和相同的电荷量,但
电荷的符号相反,据此,若有“反α粒子”,则它的质量数为
,电
荷数为
.
解析:由于“正α粒子”为
4
2He
,质量数为4,电荷数为2,根据题中对“反
粒子”的定义,反α粒子,质量数也为4,而电荷数则应为-2.
答案:4 -2
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4人们最早发现的基本粒子是电子、质子、中子和光子,说明它们 分别是粒子三大类中的哪一类. 答案:电子是轻子,质子、中子是强子,光子是媒介子.
切参与强相互作用的粒子.
2.夸克模型
1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子结构的夸克模型,它认为
强子是由更基本的3种夸克组成的,分别是上夸克(u)、下夸克(d)和
奇异夸克(s).各种夸克都有相应的反夸克.强子是由这3种夸克和相
应的反夸克组成的.每个夸克的电荷量都不是e(元电荷)的整数倍,
而是
e
的1
3