粒子和宇宙 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。
人教版高中物理课件-粒子和宇宙

0 +1/3 0 0 +1
1. 質子 (uud)
電荷 Q 2e 2e 1e e 333
重子數 B 1 1 1 1 333
奇異數 S 0 自旋 J 1/ 2
同位旋 I 1/ 2
誇克
品質
電 荷
e
自 旋
重 子 數
同 位 旋
同位 旋分
量
奇 異 數
頂
超荷
粲 數
底 數
數
d 下誇克
0.00 8
0 +1/3 0 0 +1
2. 奇異粒子 電荷 Q 2 e 2 e 1e e
(uus)
333
重子數 B 1 1 1 1
333
奇異數S 1 自旋 J 1/ 2
誇克
品質
電 荷
e
自 旋
重 子 數
同 同位 位 旋分 旋量
奇 異 數
超荷
粲 數
底 數
頂 數
d 下誇克
0.00 8
-1/3
u 上誇克
四、宇宙的演化
宇宙——從何而來?
• 大爆炸理論 (The Big Bang Theory) • 宇宙從一個“奇點”爆炸產生
➢ ➢
宙 時 各大 間 處爆 的 同炸 零 時是 點 產在
生無 限 的 宇
五、恒星的演化
粒 子 物 理 和 宇 宙 學 殊 途 同 歸
17.(2004天津) 中子內有一個電荷量為+2e/3 的上誇克和兩個 電荷量為的 -1e/3 下誇克,一簡單模型是三個誇克都在半徑為 r 的同一圓周上,如圖1所示。圖2給出的四幅圖中,能正確表 示出各誇克所受靜電作用力的是:
-1 +1
0
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
《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
粒子和宇宙课件

属性和相互作用。
04
粒子和宇宙的研究方法
实验观测
总结词
实验观测是研究粒子和宇宙的重要手段之一,通过直 接观察和测量粒子的属性和行为,以及宇宙中的天文 现象,可以获取大量关于粒子和宇宙的信息。
详细描述
实验观测涉及各种高能物理实验和天文观测。在高能 物理实验中,科学家利用粒子加速器和探测器观测和 测量粒子的属性和行为,例如电子、质子、中子等基 本粒子的质量和电荷等基本物理量。在天文观测中, 科学家利用望远镜、卫星等观测设备观测宇宙中的天 体和天文现象,例如星系、恒星、行星、黑洞、暗物 质等。通过这些观测,科学家可以了解宇宙的起源、 演化和结构。
宇宙对粒子的影响
粒子演化
宇宙中的温度、压力、密度等环 境因素影响着粒子的演化过程, 使粒子在不同的条件下形成不同
的物质形态。
粒子分布
宇宙中的物质分布和演化影响着粒 子的分布,如星系的形成和演化过 程中,粒子的分布和运动状态也随 之发生变化。
粒子性质
宇宙中的环境因素也影响着粒子的 性质,如电子在原子中的能级和跃 迁方式,以及粒子的自旋和电荷等。
03
粒子和宇宙的关系
粒子在宇宙中的作用
01
02
03
构成物质
粒子是构成物质的基本单 位,宇宙中的所有物质都 是由粒子构成的。
传递力
粒子在宇宙中传递各种力, 如电磁力、弱力、强力等, 这些力影响着宇宙中物质 的相互作用和演化。
维持平衡
粒子在宇宙中通过相互反 应和转化,维持着各种平 衡状态,如电子和质子的 数量平衡。
粒子的分类
根据其来源和性质,粒子可以分为多 种类型,如原子核粒子、强子、轻子 和光子等。
粒子还可以根据其电荷和重子数进行 分类,如带电粒子、中性和重子等。
04
粒子和宇宙的研究方法
实验观测
总结词
实验观测是研究粒子和宇宙的重要手段之一,通过直 接观察和测量粒子的属性和行为,以及宇宙中的天文 现象,可以获取大量关于粒子和宇宙的信息。
详细描述
实验观测涉及各种高能物理实验和天文观测。在高能 物理实验中,科学家利用粒子加速器和探测器观测和 测量粒子的属性和行为,例如电子、质子、中子等基 本粒子的质量和电荷等基本物理量。在天文观测中, 科学家利用望远镜、卫星等观测设备观测宇宙中的天 体和天文现象,例如星系、恒星、行星、黑洞、暗物 质等。通过这些观测,科学家可以了解宇宙的起源、 演化和结构。
宇宙对粒子的影响
粒子演化
宇宙中的温度、压力、密度等环 境因素影响着粒子的演化过程, 使粒子在不同的条件下形成不同
的物质形态。
粒子分布
宇宙中的物质分布和演化影响着粒 子的分布,如星系的形成和演化过 程中,粒子的分布和运动状态也随 之发生变化。
粒子性质
宇宙中的环境因素也影响着粒子的 性质,如电子在原子中的能级和跃 迁方式,以及粒子的自旋和电荷等。
03
粒子和宇宙的关系
粒子在宇宙中的作用
01
02
03
构成物质
粒子是构成物质的基本单 位,宇宙中的所有物质都 是由粒子构成的。
传递力
粒子在宇宙中传递各种力, 如电磁力、弱力、强力等, 这些力影响着宇宙中物质 的相互作用和演化。
维持平衡
粒子在宇宙中通过相互反 应和转化,维持着各种平 衡状态,如电子和质子的 数量平衡。
粒子的分类
根据其来源和性质,粒子可以分为多 种类型,如原子核粒子、强子、轻子 和光子等。
粒子还可以根据其电荷和重子数进行 分类,如带电粒子、中性和重子等。
《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.”
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参与的 相互作用
参与强相互作 用
不参与强相互 作用
传递各种相互 作用
发现的粒子
备注
质子、中子、介子、 超子
电子、电子中微子、 μ子、μ子中微子、τ 子、τ子中微子
光子、中间玻色子、 胶子
强子有内部结构,由 “夸克”构成;强子 又可分为介子和重子
未发现内部结构
光子、中间玻色子、 胶子分别传递电磁、 弱、强相互作用
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.
(1)写出核反应方程; (2)求核反应所释放的能量ΔE; (3)求 1 s 内参与上述热核反应的质子数目.
解析:(1)根据质量数守恒和电荷数守恒,可得核反 应方程为 411H→42He+201e.
(2)反应过程中的质量亏损为 ΔE=4mp-(mα+2me). 根据ΔE=Δmc2 得 ΔE=[4mp-(mα+2me)]c2=(4mp-mα-2me)c2.
(4)意义:电子电荷不再是电荷的最小单位,即存在 分数电荷.
【典例 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的.u 夸克带电荷量为 23e,d 夸克的带电荷量为-13e,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 2 个 d 夸克组成,中子由 1 个 u 夸克和 2 个 d 夸克组成
5.恒星的演化. 宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合成氦核→ 氦核聚合成碳核→其他聚变过程→无聚变反应,形成白 矮星或中子星或黑洞.
拓展一 核聚变的特点及应用
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 10-15 m,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.
7 核聚变 8 粒子和宇宙
知识点一 核聚变
提炼知识 1.核聚变. (1)定义:两个轻核结合成质量较大的核,并释放出 能量的反应. (2)举例:21H+31H→__42H__e_+10n+17.6 MeV.
(3)条件: ①轻核的距离要达到 10-15 以内. ②需要加热到很高的温度,因此又叫热核反应. 2.受控热核反应. (1)聚变与裂变相比有很多优点 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. (2)约束核聚变材料的方法:磁约束和惯性约束.
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
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 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成
拓展二 对粒子的认识
1.新粒子的发现及特点.
新粒子 反粒子
发现 时间
基本 特点
1932年
质量与相对 应的粒子相 同而电荷及 其他一些物 理性质相反
μ子 1937年
K介子 与π介子
1947年
超子
20世纪 60年代后
比质子 的质量 小
质量介于 电子与核 子之间
其质量比 质子大
2.粒子的分类.
分类 强子 轻子 媒介子
典型问题——轻核聚变释放核能的计算方法
轻核聚变时释放出的能量的计算可分为以下两种: (1)根据质量亏损计算. 根据爱因斯坦质能方程,用核子结合成原子核时质 量亏损(Δm)的千克数乘以真空中光速(3×108 m/s(u)相当于 931.5 MeV 能量, 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以 931.5 MeV,即ΔE=Δm×931.5 MeV.②
3.夸克模型. (1)夸克的提出: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, 即其电荷量为元电荷的-13或+23.例如,上夸克带的电荷 量为+23e,下夸克带的电荷量为-3e.
(3)设单位时间内参与热核反应的质子数为 N,依据 能量关系得:
N·ΔE Pt= 4 , 有 N=4ΔPEt=(4mp-m4αP-2me)c2.
答案:(1)411H→42He+201e (2)(4mp-mα-2me)c2 4P
(3)(4mp-mα-2me)c2
名师点评 (1)核聚变反应和一般的核反应一样,也遵循电荷数 守恒和质量数守恒,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.
解析:根据质子和中子所带的电荷量,经验证: 质子11H 带电荷量为 2×23e+-13e=e.
中子10n 带电荷量为23e+2×-13e=0.故 B 项正确. 答案:B
名师点评 (1)明确各种粒子的信息,是解决这类问题的关键. (2)粒子具有对称性,一个粒子必存在一个其反粒子, 所以每种夸克都有对应的反夸克.
注意:式①中Δm 的单位为 kg,式②中Δm 的单位是
u,ΔE 的单位是 MeV.
【典例】 使两个氘核聚变生成一个氦核要放出多少 核能?
解析:聚变的核反应式为 221H→42He. 根据不同的已知条件,通常可以有两种计算方法.
法一:先查出氘核和氦核的质量 mD=2.014 102 u,mHe=4.002 603 u. 然后根据反应前后的质量亏损,用质能方程计算出释 放的核能. 法二:先查出氘核和氦核的结合能 ED=1.11 MeV,EHe=7.07 MeV.
4.宇宙的演化. 宇宙大爆炸约―1―0-→44 s温度为 1032 k,产生了夸克、轻 子、胶子等粒子约―10―-6→s后温度下降到 1013 K 左右,强子 时代→温度下降到 1011 K 时,轻子时代→温度下降到 109K 时,核合成时代一―万―年→后温度下降到 104,混合电离 态→温度下降到 3 000 K 时,中性的轻原子继―续―冷→却恒星 和星系.
知识点二 粒子和宇宙
提炼知识 1.“基本粒子”不基本. (1)直到 19 世纪末,人们都认为光子、电子、质子和 中子是基本粒子. (2)随着科学的发展,科学家们发现了很多的新粒子 并不是由以上基本粒子组成的,并发现质子、中子等本 身也有复杂结构.
2.发现新粒子. (1)新粒子:1932 年发现了正电子,1937 年发现了μ 子,1947 年发现了 K 介子和π介子及以后的超子等. (2)粒子的分类:按照粒子与各种相互作用的关系, 可将粒子分为三大类:强子、轻子和媒介子. 3.夸克模型的提出: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.
然后采用“先拆散、后结合”的方法,即先把 2 个氘 核分解成 4 个自由核子(2 个中子和 2 个质子),再使这 4 个自由核子结合成氦核,比较前后两个过程中释放的结合 能,同样可得出结果.
如法一,核反应前后的质量亏损为Δm=2mD-mHe =
2×2.014 102 u-4.002 603 u=0.025 601 u, 释放出的核能为 ΔE=0.025 601×931.5 MeV=23.847 331 5 MeV. 答案:23.847 331 5 MeV
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.
【典例 1】 太阳的能量来自下面的反应:四个质子
(氢核)聚变成一个 α 粒子,同时发射两个正电子,若太阳 辐射能量的总功率为 P,质子11H、氦核42He、正电子01e 的 质量分别为 mp、mα、me,真空中的光速为 c.