19-8粒子和宇宙29张ppt
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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%。
(3)由估算结果可知，k≈2%远小于25%的实 际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后 不久生成的。
下面，我们来看什么是一个密闭容器里的气 压。容器里飞来飞去的气体分子一直在频繁 地撞击容器壁，其趋势是向外推挤容器壁。 单个分子碰在器壁上产生的力自然是微不足 道的，然而同时碰在器壁上的分子数目非常 巨大，合起来就是很大的力，这种推力就是 气压。气压的性质是，当温度和体积不变时， 容器中的空气越稀薄，也就是说容器中气体 分子的数越少，气压越低。在自然环境中， 海拔越高的地方，气压越低。也就是说，越 往高空去，便越接近“完全空”的真空。
于是，我们就要懂得“空气稀薄”是什么意 思。我们知道，空气主要由氧分子和氮分子 组成，而且这些分子总是在不停地飞来飞去。 譬如说，通常处在一个标准大气压下的空气， 其中每立方厘米包含有1019个分子。也就是 说，在一粒骰子大小的空间中就有1万亿的 1000万倍那样多数不清的分子在其中飞来飞 去。空气中分子的数量如此巨大，如果用所 包含的分子数来表示空气是浓密还是稀薄， 显然很不方便。通常，我们就用气压来表示 空气的稀密程度。
s
1032 K
产生了夸克、轻子、胶子等粒子
大爆炸之后 1013 夸克构成了质子和中子等强子， 约10－6 s K 成为强子时代
时间稍大于 10－6 s
1011 K
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
时间比较项
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
要搞清楚真空是什么，就不得不涉及“物质 的本质”和“宇宙如何演化”这两个难题。 探索真空的本质属于现代科学的尖端课题。 现在，就让我们踏上探索真空神秘本质的科 学之旅吧！
真空真的是“什么都没有”吗？
到真空环境中实地检测一下……，从“低压” 真空到产生基本粒子的真空
通常，我们说宇宙空间是没有空气的真空。 真空一词，字面意思就是“完全空”，“空 无一物”，什么都没有，但是，实地检测一 下航天飞机轨道附近的空间，却发现那里仍 然存在着稀薄的空气。即使是真空包装袋和 暖水瓶瓶胆夹层里面，也不是什么都没有。 我们无论采用什么办法，都无法使我们所说
(2)研究表明，银河系的年龄约为t＝ 3.8×1017 s，每秒钟银河系产生的能量约为 1×1037 J(即P＝1×1037 J/s)。现假定该能 量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河 系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字)。
(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要 生成途径作出判断。
这样就产生一个问题：气压要下降到什么程 度，我们才可以说那就是真空？按照工业标 准的规定，真空绝不是“完全空”，而是一 种“低于一个标准大气压的气体充满空间的 状态”。由此可知，工业领域所说的真空， 与我们平时想象中的“完全空”的真空相差 十万八千里。
(1)宇宙的演化
宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时 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，大量自由的光子、中微子和电子 存在。
2．按照粒子与各种相互作用的不同关系， 可以将粒子分为三大类：________、轻子 和________。
(1)强子是参与________相互作用的粒子。 ________是最早发现的强子；
(2)轻子是________强相互作用的粒子。最 早发现的轻子是________。
(3)________是传递各种相互作用的粒子， 如光子等。
(1)强 质子 (2)不参与 不再是 分数
知识点1
粒子
直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质
的不可再分的最小微粒，后来发现了电子、
质子和中子。随着科学家们的研究，逐步发
现了数以百计的不同种类的新粒子，它们不
是由质子、中子、电子组成的，又发现质子、
中子等本身是复合粒子，并且还有着自己的
复杂结构，所以电子、质子、中子并不是组
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
【答案】B
【解析】题目中给出的信息是u夸克与d夸克 的带电荷量，故应从质子带一个元电荷的电 荷量、中子不带电的角度考虑。
知识点2
宇宙和恒星的演化
③核合成时代：温度下降到109 K时，中子
④温度降到104 K时，宇宙由电子、质子和 氦核混合电离气体组成。当温度降到3 000 K时，电子与质子复合成中性的氢原子。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。
(比2)较恒项星的演化
起作用的力
阶段
演化过程
诞生 万有引力
成物质世界的基本粒子。
(发1)现新时粒子的发现
间 1932年
1937年
1947年
60年代 后
比较项
新粒子 正电子
μ子
K介子与 π介子
超子
与电子 质量 相同
基本特 ，带
比质子 的质
质量介 于电 子与
比质子 的质
(2)粒子的分类 现在已经发现的粒子达400余种，可将其分
为三大类：强子、轻子和媒介子。 ①强子 强子是参与强相互作用的粒子。质子是最早
3．许多实验事实表明，强子是有________ 结构的，强子由________的成分组成，这 种成分叫做夸克。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 ________电荷的最小单元，即存在 ________电荷。
答案：
1．质量 电荷 2．强子 媒介子
电子 (3)媒介子 3．内部 更基本
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
隐藏巨大奥秘的真空
真空：基本粒子的奇幻世界
理应“没有任何物质”的真空中却活跃着基 本粒子！
什么是真空？是虚无，是宇宙……？在许多 人的心目中，真空就是没有空气的空间。环 顾四周，我们可以看到真空包装袋、暖水瓶 的瓶胆、电灯泡等等，它们都是利用了真空 的产品。
【例2】天文学家测得银河系中氦的含量约 为25%。有关研究表明，宇宙中氦生成的途 径有两条：一是在宇宙诞生后3分钟左右生 成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒 星内部的氢核聚变反应生成的。
(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核( H)聚变 成氦核( He)，同时放出2个正电子( e)和2 个中微子(νe)，请写出该氢核聚变反应的方 程，并计算一次反应释放的能量。
1.粒子分类概览
分类 参与的相 互作用
发现的粒子
备注
强子
强相互作用
质子、中子、介 子、超子
质子是最早发现 的强子
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 中微子
无内部结构
τ子、τ子中微子
2比.宇较宙项的演温化度过程
时间
粒子
宇宙形成之 初
“粒子家族”
大爆炸之后 约10－44
稳定期
辐射产生的 向外的压 力与引力 产生的收 缩压力
恒星收缩、升温，当温度 超过107 K时，氢核聚 变成为氦核。通过热核 反应释放的核能主要以 电磁波的形式向外辐射
比较 项 阶 段
衰老 期
起作用的力
收缩压力与 辐射压力
演化过程
当核心部分的氢大部分聚变 为氦后，收缩压力大于辐 射压力，星核再次收缩， 引力势能转变为内能，温 度升得更高，氦核聚变为 碳核，类似过程一波接一 波，出现了氧、硅，直到 铁等元素。恒星经历多次 膨胀与收缩，光度也会反 复变化
(可能用到的数据：银河系质量约为M＝ 3×1041 kg，原子质量单位1 u＝1.66×10－ 27 kg,1 u相当于1.5×10－10 J的能量，电子 质量me＝0.000 5 u，氦核质量mα＝4.002 6 u，氢核质量mp＝1.007 8 u，中微子νe质量 为零。)
【答案】(1)4.14×10－12 J (2)2% (3)银河 系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的。
【例克的两类夸克组成的。u夸克带电荷量为
2 3
e，d夸
克带电荷量为－
1 3
e，e为元电荷，下列论断中可能正确的
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夸克组成
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%。
(3)由估算结果可知，k≈2%远小于25%的实 际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后 不久生成的。
下面，我们来看什么是一个密闭容器里的气 压。容器里飞来飞去的气体分子一直在频繁 地撞击容器壁，其趋势是向外推挤容器壁。 单个分子碰在器壁上产生的力自然是微不足 道的，然而同时碰在器壁上的分子数目非常 巨大，合起来就是很大的力，这种推力就是 气压。气压的性质是，当温度和体积不变时， 容器中的空气越稀薄，也就是说容器中气体 分子的数越少，气压越低。在自然环境中， 海拔越高的地方，气压越低。也就是说，越 往高空去，便越接近“完全空”的真空。
于是，我们就要懂得“空气稀薄”是什么意 思。我们知道，空气主要由氧分子和氮分子 组成，而且这些分子总是在不停地飞来飞去。 譬如说，通常处在一个标准大气压下的空气， 其中每立方厘米包含有1019个分子。也就是 说，在一粒骰子大小的空间中就有1万亿的 1000万倍那样多数不清的分子在其中飞来飞 去。空气中分子的数量如此巨大，如果用所 包含的分子数来表示空气是浓密还是稀薄， 显然很不方便。通常，我们就用气压来表示 空气的稀密程度。
s
1032 K
产生了夸克、轻子、胶子等粒子
大爆炸之后 1013 夸克构成了质子和中子等强子， 约10－6 s K 成为强子时代
时间稍大于 10－6 s
1011 K
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
时间比较项
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
要搞清楚真空是什么，就不得不涉及“物质 的本质”和“宇宙如何演化”这两个难题。 探索真空的本质属于现代科学的尖端课题。 现在，就让我们踏上探索真空神秘本质的科 学之旅吧！
真空真的是“什么都没有”吗？
到真空环境中实地检测一下……，从“低压” 真空到产生基本粒子的真空
通常，我们说宇宙空间是没有空气的真空。 真空一词，字面意思就是“完全空”，“空 无一物”，什么都没有，但是，实地检测一 下航天飞机轨道附近的空间，却发现那里仍 然存在着稀薄的空气。即使是真空包装袋和 暖水瓶瓶胆夹层里面，也不是什么都没有。 我们无论采用什么办法，都无法使我们所说
(2)研究表明，银河系的年龄约为t＝ 3.8×1017 s，每秒钟银河系产生的能量约为 1×1037 J(即P＝1×1037 J/s)。现假定该能 量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河 系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字)。
(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要 生成途径作出判断。
这样就产生一个问题：气压要下降到什么程 度，我们才可以说那就是真空？按照工业标 准的规定，真空绝不是“完全空”，而是一 种“低于一个标准大气压的气体充满空间的 状态”。由此可知，工业领域所说的真空， 与我们平时想象中的“完全空”的真空相差 十万八千里。
(1)宇宙的演化
宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时 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，大量自由的光子、中微子和电子 存在。
2．按照粒子与各种相互作用的不同关系， 可以将粒子分为三大类：________、轻子 和________。
(1)强子是参与________相互作用的粒子。 ________是最早发现的强子；
(2)轻子是________强相互作用的粒子。最 早发现的轻子是________。
(3)________是传递各种相互作用的粒子， 如光子等。
(1)强 质子 (2)不参与 不再是 分数
知识点1
粒子
直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质
的不可再分的最小微粒，后来发现了电子、
质子和中子。随着科学家们的研究，逐步发
现了数以百计的不同种类的新粒子，它们不
是由质子、中子、电子组成的，又发现质子、
中子等本身是复合粒子，并且还有着自己的
复杂结构，所以电子、质子、中子并不是组
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
【答案】B
【解析】题目中给出的信息是u夸克与d夸克 的带电荷量，故应从质子带一个元电荷的电 荷量、中子不带电的角度考虑。
知识点2
宇宙和恒星的演化
③核合成时代：温度下降到109 K时，中子
④温度降到104 K时，宇宙由电子、质子和 氦核混合电离气体组成。当温度降到3 000 K时，电子与质子复合成中性的氢原子。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。
(比2)较恒项星的演化
起作用的力
阶段
演化过程
诞生 万有引力
成物质世界的基本粒子。
(发1)现新时粒子的发现
间 1932年
1937年
1947年
60年代 后
比较项
新粒子 正电子
μ子
K介子与 π介子
超子
与电子 质量 相同
基本特 ，带
比质子 的质
质量介 于电 子与
比质子 的质
(2)粒子的分类 现在已经发现的粒子达400余种，可将其分
为三大类：强子、轻子和媒介子。 ①强子 强子是参与强相互作用的粒子。质子是最早
3．许多实验事实表明，强子是有________ 结构的，强子由________的成分组成，这 种成分叫做夸克。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 ________电荷的最小单元，即存在 ________电荷。
答案：
1．质量 电荷 2．强子 媒介子
电子 (3)媒介子 3．内部 更基本
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
隐藏巨大奥秘的真空
真空：基本粒子的奇幻世界
理应“没有任何物质”的真空中却活跃着基 本粒子！
什么是真空？是虚无，是宇宙……？在许多 人的心目中，真空就是没有空气的空间。环 顾四周，我们可以看到真空包装袋、暖水瓶 的瓶胆、电灯泡等等，它们都是利用了真空 的产品。
【例2】天文学家测得银河系中氦的含量约 为25%。有关研究表明，宇宙中氦生成的途 径有两条：一是在宇宙诞生后3分钟左右生 成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒 星内部的氢核聚变反应生成的。
(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核( H)聚变 成氦核( He)，同时放出2个正电子( e)和2 个中微子(νe)，请写出该氢核聚变反应的方 程，并计算一次反应释放的能量。
1.粒子分类概览
分类 参与的相 互作用
发现的粒子
备注
强子
强相互作用
质子、中子、介 子、超子
质子是最早发现 的强子
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 中微子
无内部结构
τ子、τ子中微子
2比.宇较宙项的演温化度过程
时间
粒子
宇宙形成之 初
“粒子家族”
大爆炸之后 约10－44
稳定期
辐射产生的 向外的压 力与引力 产生的收 缩压力
恒星收缩、升温，当温度 超过107 K时，氢核聚 变成为氦核。通过热核 反应释放的核能主要以 电磁波的形式向外辐射
比较 项 阶 段
衰老 期
起作用的力
收缩压力与 辐射压力
演化过程
当核心部分的氢大部分聚变 为氦后，收缩压力大于辐 射压力，星核再次收缩， 引力势能转变为内能，温 度升得更高，氦核聚变为 碳核，类似过程一波接一 波，出现了氧、硅，直到 铁等元素。恒星经历多次 膨胀与收缩，光度也会反 复变化
(可能用到的数据：银河系质量约为M＝ 3×1041 kg，原子质量单位1 u＝1.66×10－ 27 kg,1 u相当于1.5×10－10 J的能量，电子 质量me＝0.000 5 u，氦核质量mα＝4.002 6 u，氢核质量mp＝1.007 8 u，中微子νe质量 为零。)
【答案】(1)4.14×10－12 J (2)2% (3)银河 系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的。
【例克的两类夸克组成的。u夸克带电荷量为
2 3
e，d夸
克带电荷量为－
1 3
e，e为元电荷，下列论断中可能正确的
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夸克组成