粒子和宇宙ppt课件
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物理198《粒子和宇宙》(新人教版选修35)精品PPT课件
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。
大爆炸后0.1秒后 300亿度,中子质子比从1.0下 降到0.61。
一、“基本粒子”不基 本
最开始人们认为光子、电子、中子、质子 是组成物质的不可再分的最基本粒子
后来科学家们发现了许多不同新粒子 而且质子中子本身也有复杂结
道尔顿 (原子)
( 夸 克 )
盖 尔 曼
汤姆逊 (电子)
(查 中德 子威 )克
卢瑟福 (质子)
五、恒星的演化
宇宙尘埃
星云团
白矮星
超新星SN1987
黑洞
为更好满足学习和使用需求,课件在下载 后自由编辑,请根据实际情况进行调整
Thank you for watching and listening. I hope you can make great progress
夸克有6种; 上夸克,下夸克,奇异夸克,粲夸克,
底夸克,顶夸克。
所带电荷是元电荷的2/3或-1/3 每种夸克都有对应的反夸克
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
➢ ➢
宙 时 各大 间 处爆 的 同炸 零 时是 点 产在
生无 限 的 宇
大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的 产生,例如核反应堆发电(核裂变)、太阳发光 (核聚变)、天然放射性(贝塔衰变)、超新星 爆发等等
玻色子
三、夸克模型
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。
北师大九年级物理下册 《探索微观世界的历程》粒子和宇宙PPT教学课件
实验与探究
19世纪下半叶,人们 研究稀薄气体放电现象时 发现,当放电管内气体足 够稀薄时,阴极就发射出 一种射线,称为阴极射线.
阴极射线管
第十页,共二十六页。
电子的发现
1897年,英国的物理 学家汤姆孙发现,阴极射线 在电场或磁场的作用下可发 生偏转,方向与带负电的粒 子相同,表明这是一种带负 电的粒子流,后来人们称这 种粒子为电子.
第十八页,共二十六页。
纳米技术
纳米科技的思想源自于美国物理学家费恩曼的一次演讲.
1986年发明的扫描隧道显微镜使观察和操纵原子变为了 现实.IBM公司与中国科学院也分别于1990年和1999年展示了原 子的操纵技术.
纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术,它是 在0.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内,研究电子、 原子和分子运动规律和特性的崭新技术.
纳米零件
纳米薄膜
第二十二页,共二十六页。
课堂小结
1.宇宙是由物质组成的,物质由分子、原子组成. 2.人类探索原子的构造的历程. 3.原子结构 (1)分子是由原子组成的. (2)原子是由原子核和核外电子组成的. (3)原子核是由质子和中子组成的. (4)夸克组成了所有质子、中子、介子、超子. 4.纳米技术及其应用.
第二十三页,共二十六页。
3.对应各种元素,存在着各种原子,元素的差异就在于它们的原
子是不同的.原子是元素保持化学性质不变的不可再分的最小单元.
第七页,共二十六页。
原子、分子、物质
1811年,意大利的科学家阿伏伽德罗进一步指出,物质 一般不是直接由原子组成,而是由几个原子相结合的分子构 成的.
第八页,共二十六页。
原摄用 子的场 图钨离 样针子
却占整个原子质量的99.94
19世纪下半叶,人们 研究稀薄气体放电现象时 发现,当放电管内气体足 够稀薄时,阴极就发射出 一种射线,称为阴极射线.
阴极射线管
第十页,共二十六页。
电子的发现
1897年,英国的物理 学家汤姆孙发现,阴极射线 在电场或磁场的作用下可发 生偏转,方向与带负电的粒 子相同,表明这是一种带负 电的粒子流,后来人们称这 种粒子为电子.
第十八页,共二十六页。
纳米技术
纳米科技的思想源自于美国物理学家费恩曼的一次演讲.
1986年发明的扫描隧道显微镜使观察和操纵原子变为了 现实.IBM公司与中国科学院也分别于1990年和1999年展示了原 子的操纵技术.
纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术,它是 在0.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内,研究电子、 原子和分子运动规律和特性的崭新技术.
纳米零件
纳米薄膜
第二十二页,共二十六页。
课堂小结
1.宇宙是由物质组成的,物质由分子、原子组成. 2.人类探索原子的构造的历程. 3.原子结构 (1)分子是由原子组成的. (2)原子是由原子核和核外电子组成的. (3)原子核是由质子和中子组成的. (4)夸克组成了所有质子、中子、介子、超子. 4.纳米技术及其应用.
第二十三页,共二十六页。
3.对应各种元素,存在着各种原子,元素的差异就在于它们的原
子是不同的.原子是元素保持化学性质不变的不可再分的最小单元.
第七页,共二十六页。
原子、分子、物质
1811年,意大利的科学家阿伏伽德罗进一步指出,物质 一般不是直接由原子组成,而是由几个原子相结合的分子构 成的.
第八页,共二十六页。
原摄用 子的场 图钨离 样针子
却占整个原子质量的99.94
19.8粒子和宇宙ppt课件
16
物理学中有一个非常有趣的现象:研究 微观粒子物理、量子理论、与研究宇宙的 理论竟然相互沟通,相互支持。正如诺贝 尔物理学奖学者格拉肖所说:“隐藏在原 子内心的,是宇宙结构的秘密。”,那么 宇宙到底从何而来呢?
17
大爆炸理论 (The Big Bang Theory) 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
21
爆炸之初,物质只能以中子、质子、 电子、光子和中微子等基本粒子形态 存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀,导 致温度和密度很快下降。随着温度降 低、冷却,逐步形成原子、原子核、 分子,并复合成为通常的气体。气体 逐渐凝聚成星云,星云进一步形成各 种各样的恒星和星系,最终形成我们 如今所看到的宇宙。
22
20
宇宙大爆炸理论: (Big Bang)是一种学说,是根据天文观
测研究后得到的一种设想.大约在150亿年 前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着 极高的温度,因而发生了巨大的爆炸.大爆炸 以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我 们看到的宇宙.现在,许多科学家都支持这 一说法,并产生了大量的科学证据证明这 一学说。
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, 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 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。
物理学中有一个非常有趣的现象:研究 微观粒子物理、量子理论、与研究宇宙的 理论竟然相互沟通,相互支持。正如诺贝 尔物理学奖学者格拉肖所说:“隐藏在原 子内心的,是宇宙结构的秘密。”,那么 宇宙到底从何而来呢?
17
大爆炸理论 (The Big Bang Theory) 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
21
爆炸之初,物质只能以中子、质子、 电子、光子和中微子等基本粒子形态 存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀,导 致温度和密度很快下降。随着温度降 低、冷却,逐步形成原子、原子核、 分子,并复合成为通常的气体。气体 逐渐凝聚成星云,星云进一步形成各 种各样的恒星和星系,最终形成我们 如今所看到的宇宙。
22
20
宇宙大爆炸理论: (Big Bang)是一种学说,是根据天文观
测研究后得到的一种设想.大约在150亿年 前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着 极高的温度,因而发生了巨大的爆炸.大爆炸 以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我 们看到的宇宙.现在,许多科学家都支持这 一说法,并产生了大量的科学证据证明这 一学说。
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, 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 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。
《走进微观》小粒子与大宇宙PPT精品课件
知2-讲
【例2】 (青岛,多选题)关于物质的组成,下列说法中 正确的是( C ) A.我国的古人对物质的组成提出了“四元素 说” B.物质都是直接由分子组成的 C.物质是由分子或原子组成的 D.分子可以直接用肉眼看见
知2-讲
【导引】 “四元素说”是古希腊人提出的,我国古人提出了 “五行说”,A错误;有的物质由分子组成,分子又 由原子组成,有的物质是直接由原子组成的,B错误, C正确;分子非常小,不能直接用肉眼看见,只有用 高倍电子显微镜才能看见,D错误。
A.物质是由大量分子组成的,分子是不可以再分
的,是最小微粒
B.物质是由分子或原子组成的,分子由原子组成,
原子是最小的微粒
C.物质是由分子或原子组成的,分子由原子组成,
原子由更小的微粒组成
D.原子核由质子和中子组成,质子和中子是构成
物质的最小微粒
(来自《典中点》)
请完成《典中点》 Ⅱ 、 Ⅲ板块 对应习题!
知1-讲
知1-讲
【例1】(内蒙古呼伦贝尔)下列物体的尺度从小到大排序 正确的是( C ) A.地球 生物体 太阳系 银河系 B.地球 生物体 银河系 太阳系 C.生物体 地球 太阳系 银河系 D.银河系 太阳系 地球 生物体
(来自《点拨》)
知1-讲
【解析】 宏观的银河系大于宏观的太阳系,地球是太阳系里的 一个组成部分,生物体生活在地球上,所以由小到大 的顺序是:生物体、地球、太阳系、银河系,故选C。
知识点 1 自然的尺度
知1-讲
在人们不能直接看到的世界里,同样奥秘无穷,那里 有细胞、病毒、分子、原子……目前科学家的研究已 深入到了10-10m的微观领域。
电子显微镜下的SARS病毒
知1-讲
放大后的硅表面的原子图像
19-8粒子和宇宙29张ppt
1.了解有关新粒子的情况。 2.了解恒星及宇宙的演化情况。 过程与方法
在网上查阅关于粒子和宇宙的相关资料,丰 富自己的课外知识。
情感、态度与价值观 培养探索宇宙、探索自然奥妙的情趣。
1.许多粒子都存在着________等物理性质与 它相同而________等其他性质相反的粒子, 叫做反粒子。
发现的强子。强子又分为介子和重子两类, 同时强子也有内部结构。 ②轻子 轻子是不参与强相互作用的粒子。最早发现
③媒介子
媒介子是传播各种相互作用的粒子,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夸克的提出
其实,真空中隐藏着巨大的奥秘。在小到不 能再小的微观世界,竟然可以从什么也没有 的真空飞出许多基本粒子来。这样的基本粒 子不计其数,而且它们急匆匆地一会儿生成, 一会儿消失。真空,绝非我们想象中“静止” 的,什么也没有的空间。相反地,真空是一 种正在发生着激烈活动的场所,是不可思议 的奇异环境。
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)、奇异夸克(s)、粲夸
克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。 ③夸克所带电荷
夸克所带的电荷量是分数电荷量,即其中电荷量为元
电荷的±13或±23 。例如上夸克的电荷量为+2e/3,下夸克带 的电荷量为-e/3。
【解析】(1)4 H→ He+2e+2νe, Δm=4mp-mα-2me, ΔE=Δmc2=4.14×10-12 J。
(2)m=ΔPEt mα=6.1×1039 kg,
氦的含量k=Mm=63.1××11004139×100%≈2%。
在网上查阅关于粒子和宇宙的相关资料,丰 富自己的课外知识。
情感、态度与价值观 培养探索宇宙、探索自然奥妙的情趣。
1.许多粒子都存在着________等物理性质与 它相同而________等其他性质相反的粒子, 叫做反粒子。
发现的强子。强子又分为介子和重子两类, 同时强子也有内部结构。 ②轻子 轻子是不参与强相互作用的粒子。最早发现
③媒介子
媒介子是传播各种相互作用的粒子,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夸克的提出
其实,真空中隐藏着巨大的奥秘。在小到不 能再小的微观世界,竟然可以从什么也没有 的真空飞出许多基本粒子来。这样的基本粒 子不计其数,而且它们急匆匆地一会儿生成, 一会儿消失。真空,绝非我们想象中“静止” 的,什么也没有的空间。相反地,真空是一 种正在发生着激烈活动的场所,是不可思议 的奇异环境。
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)、奇异夸克(s)、粲夸
克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。 ③夸克所带电荷
夸克所带的电荷量是分数电荷量,即其中电荷量为元
电荷的±13或±23 。例如上夸克的电荷量为+2e/3,下夸克带 的电荷量为-e/3。
【解析】(1)4 H→ He+2e+2νe, Δm=4mp-mα-2me, ΔE=Δmc2=4.14×10-12 J。
(2)m=ΔPEt mα=6.1×1039 kg,
氦的含量k=Mm=63.1××11004139×100%≈2%。
《浩瀚的宇宙》粒子和宇宙PPT教学课件
3.小明认为“光年”是一个时间单位,你认为小明的说 法对吗?为什么?
答案:不对,因为光年表示光在1年内通过的路程,所 以光年是长度的单位。
一、浩瀚的宇宙:宇宙是无穷的,太阳只是 银河系的普通恒星,地球是太阳系的一颗行 星。 二、人类不断探索宇宙,取得了很大进步。
课堂小结
1.浩瀚的宇宙:宇宙是无穷的,太阳只是银河系的普 通恒星,地球是太阳系的一颗行星. 2.人类不断探索宇宙,取得了显著成果. 3.大爆炸理论认为宇宙起源于一次大爆炸.
课堂小结
1.太阳系有__八____大行星,地球在离太阳较 __近____的第 ___三____条轨道上. 2.下列关于宇宙的说法中正确的是( C ) A.宇宙是由银河系和太阳系组成的 B.宇宙只是由银河系组成,太阳是银河系中的一员 C.宇宙中有数十亿个星系,银河系是其中的一员 D.太阳系只有九大行星
宇 宙 中 的 天 体
古往今来,人类对宇宙的好奇与探索从未停止.
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嫦娥奔月
二 飞向太空
探索宇宙太空的奥秘是人类自古以来的梦想. 19世纪中叶俄国学者齐奥尔科夫斯基提出利用喷 气反作用力推进火箭太空飞行.
1957年10月4日,世界第一颗人造地球卫星发射 成功.1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐飞船 成功绕地一圈并返航,铸就人类第一次乘飞船进入太 空的丰碑.
1969年7月,“阿波罗-11”号飞船宇航员阿姆斯特 朗成功踏上月球,说道:“对个人来说,这不过是小 小的一步,但对人类而言,却是一个巨大的飞跃.”
《粒子和宇宙》PPT课件
2021/4/25
5
强子
轻子
媒介子
作用
参与强相 不参与强 传递各种 互作用 相互作用 相互作用
举例
2021/4/25
质子, 中子等
电子, μ子
光子, 中间玻色 子,胶子
6
强子结构的夸克模型
介子(夸克和反夸克组成)
强子
重子(三个夸克组成)
六种夸克:
下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s
粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t
白矮星、地球和中 子星大小的比较
2021/4/25
18
恒星的演化 恒星的死亡(四)——黑洞
质量更大的致密天体,中子的简并压力不足以 抗衡引力,这个天体还要坍缩 , 它坍缩的结果会
变成一种非常特殊的比中子星更致密的天体——
其体积无限被压缩,以致其第二宇宙速度超过光 速,光也无法从其内部逃出,所以叫黑洞。
2021/4/25
10
么么么么方面
• Sds绝对是假的
• 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10-44秒 产生了夸克、轻子、胶子等粒子。
• 大爆炸后10-6秒 10万亿度,夸克构成了质子和中子等强 子,进入强子时代。
2021/4/25
1
2021/4/25
2
基本粒子,基本?
电子
分子 原子
质子
共
400
原子核
夸克 中子
多
种
μ子 K介子 π介子
2021/4/25
反粒子……
3
相关主题
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高考链接
1.(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, 如图所示。下面给出的四幅图中,能正确表示出 各夸克所受静电作用力的是( D )
A
B
C
D
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由于一种叫“夸 克禁闭”的现象, 夸克不能够直接 被观测到,或是 被分离出来,只 能够在强子里面 找到。对夸克的 所知大都是间接 的来自对强子的 观测。
“基本粒子不基本、基本电荷非整数
1995美国费米国家加速器实验室证实 了顶夸克(Top Quark)的存在
四、宇宙的演化
“疯狂”而正确的 宇宙理论:宇宙大爆炸!
第十九章 原子核 第八节 粒子和宇宙
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。
• (电子带_负__电,原子核带__正_电) • 原子核是由_质___子_和__中__子_构成的。
从最初的地心论到日心说,再到现在 的宇宙大爆炸,我们对宇宙的认识越来越 深。而在这个漫长的过程中,有些理论看 似合理却被证明是错误的,而有些理论虽 然看上去非常疯狂,但却被证实是正确的。
物理学中有一个非常有趣的现象:研究 微观粒子物理、量子理论、与研究宇宙的 理论竟然相互沟通,相互支持。正如诺贝 尔物理学奖学者格拉肖所说:“隐藏在原 子内心的,是宇宙结构的秘密。”,那么 宇宙到底从何而来呢?
二、发现新粒子
1、人们在对宇宙研究的同时发现了一些新 的粒子。
(1)1932年发现正电子;1937年发现μ子; (2)1947年发现K介子与π介子。实验中发现 了许多反粒子,现在发现的粒子多达400多种。 (3)许多粒子都存在着质量与它相同而电荷 磁矩等物理性质相反的粒子,叫做反粒子。 (4)按媒介子。
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 始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。
1、宇宙演化过程的方框图: 大爆炸→夸克、轻 子、胶子等→强子时代→轻子时代→核合成时代 →电子与质子符合成氢原子→形成恒星和星系。
2、恒星的诞生
宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合成 氦核→氢核聚合成碳核→其他聚变过程→无聚 变反应、形成白矮星或中子星或黑洞
2、恒星最后的归宿 恒星质量小于太阳1.4倍 →白矮星 恒星质量是太阳1.4~2倍→中子星 恒星质量更大时(无法抵抗)→黑洞
实验证明强子是有内部结构的,1964 年提出的夸克模型证明强子由更基本的粒 成分组成,这种成分叫做夸克。夸克由六 种模型:上夸克d、下夸克u 、奇异夸克s、 粲夸克c,底夸克b、顶夸克t。
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
爆炸之初,物质只能以中子、质子、 电子、光子和中微子等基本粒子形态 存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀,导 致温度和密度很快下降。随着温度降 低、冷却,逐步形成原子、原子核、 分子,并复合成为通常的气体。气体 逐渐凝聚成星云,星云进一步形成各 种各样的恒星和星系,最终形成我们 如今所看到的宇宙。
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, 宙学家
• (质子带正___电,中子___不__带__电)
• 质子和中子都是由__夸__克_组成的。
发现各种微粒的科学家
道尔顿 (原子)
( 夸 克 )
盖 尔 曼
汤姆逊 (电子)
(查 中德 子威 )克
卢瑟福 (质子
一、“基本粒子”不基 本
1897年汤姆生发现电子,1911年卢瑟福 提出原子的核式结构。继而又发现了光子, 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?
想像一下,在宇宙中存在着这样一种物质, 这种物质特别致密,且隐匿着巨大的引力场, 其引力场特别强以至于包括光子在内的任何物 质只能进去而无法逃脱。1783年,一位地质学 家提出了这一设想。设想本身的疯狂以及提出 者的身份,令世人都以为这是疯言疯语。很多 年后,数学领域的巨大发展,使黑洞理论逐渐 被人们接受。天文学的观测,如引力透镜和伽 玛射线爆发也侧面证实了黑洞的存在。
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。
五、恒星的演化
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 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。
宇宙大爆炸理论: (Big Bang)是一种学说,是根据天文观
测研究后得到的一种设想.大约在150亿年 前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着 极高的温度,因而发生了巨大的爆炸.大爆炸 以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我 们看到的宇宙.现在,许多科学家都支持这 一说法,并产生了大量的科学证据证明这 一学说。
2、按粒子与各种相互作用的关系 粒子的分类是:
介子的静态质量介于轻子和重子之间, 超子是质量超过核子(中子、质子)的各种重子。
三、夸克模型
如果原子理论够疯狂,那么研究比原 子微粒更小的次原子微粒可以说是令人疯 狂至极。夸克被称为“基本粒子”,并属 于原子粒子(质子、中子)的组成要素。 19世纪60年代,这一理论问世,却仅仅作 为人们解释未知事物的抽象概念。经过几 十年后,进一步的研究以及挖掘到的证据 造就了夸克模型的产生,最终使人们信服 了这种理论的正确性。
大爆炸理论 (The Big Bang Theory)
宇宙从一个“奇点”爆炸产生
大爆炸模型认为,最初的宇 宙是连10-25厘米也未充满的超高 温、 高密度的“一点”。大约180 亿年前,这“一点”突然爆炸了,仅 用10-36秒,伴随着真空相转移的过 冷却现象, “一点”做了瞬间几十 个数量级的膨胀,成为一个厘米规 模的宇宙。