人教版高中物理选修3-5课件19.8《粒子和宇宙》.ppt
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人教版高二物理选修课件：粒子和宇宙
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
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
宇宙的演化 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
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
早在1929年，埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑 意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正 急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。 这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上， 似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚 好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大 爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。
人马座礁湖星云
猎户座马头星云
天蛇座老鹰星云
麒麟座玫瑰星云
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
粒子和宇宙
基本粒子，基本？
分子
原子
电子 质子 中子
夸克
道尔顿（原子） 盖 尔 曼 （ 夸 克 ）
汤姆逊（电子）
卢瑟福（质子）
查 德 威 克 （ 中 子 ）
1995美国费米国家加速器实验室证 实了顶夸克(Top Quark)的存在
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
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
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人 教 版 高 二 物理选 修-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
宇宙的演化 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
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
早在1929年，埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑 意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正 急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。 这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上， 似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚 好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大 爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。
人马座礁湖星云
猎户座马头星云
天蛇座老鹰星云
麒麟座玫瑰星云
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
粒子和宇宙
基本粒子，基本？
分子
原子
电子 质子 中子
夸克
道尔顿（原子） 盖 尔 曼 （ 夸 克 ）
汤姆逊（电子）
卢瑟福（质子）
查 德 威 克 （ 中 子 ）
1995美国费米国家加速器实验室证 实了顶夸克(Top Quark)的存在
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 课件： 19.8粒 子和宇 宙(共 24张PP T)
人教版选修3-5 19.7核聚变 19.8粒子和宇宙(共30张PPT)
强子
轻子
媒介子
介子 重子
电子、电子中 光子，中间
微子、μ子、 玻色子、胶
π K 质子、中 μ子中微子、 子
介 介 子、超子 τ子、τ子中
子子
微子
4．夸克模型
• 1964年提出夸克模型，
认为强子由更基本的成
分组成，这种成分叫做
夸克（quark）。
盖 尔
• 1995美国费米国家加 曼
速器实验室证实了顶夸
磁约束 ——环流器
带电粒子运动时在均匀磁场中会由于洛仑兹力的 作用而不飞散，因此，有可能利用磁场来约束参 与反应的物质，这就是磁约束。环流器是目前性 能最好的一种磁约束装置，图19.7-3是其结构示 意图。
惯性约束
也可以利用聚变物质的惯性进行约束。由于聚变反应 的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散 就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个 方向照射参与反以反应的物质，使它们“挤”在一起 发生反应
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）
• 例：已知π+介子、π-介子都是由一个夸克
（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克u
• 或反夸克d）组成的，它们的带电荷量如下表
所示，表中e为元电荷。下列说法正确的是AD
（）
• A.π+由u和 d 组成
π+ π- u d u d
(3)1 s 内参与上述热核反应的质子数目．
解析：(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PΒιβλιοθήκη N Δ4 E ，有N＝ 4m
p－m4αP－2mec2.
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．
人教版高中物理选修3-5课件第十九章7-8粒子和宇宙
（1）计算释放出的结合能； （2）若反应前两氘核的动能均为 Ek0＝0.35 MeV， 它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动 能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
解析：（1）核反应方程为21H＋21H→10n＋32He. 该反应质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝0.003 5 u. 由质能方程得释放出的核能ΔE＝Δm×931.5 MeV ＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV. （2）将两氘核作为一个系统，由动量守恒有 0＝mHevHe＋mnvn，① 由动能守恒有：12mHev2He＋12mnv2n＝ΔE＋2Ek0.② 由①②代入数据得 EkHe＝0.99 MeV，Ekn＝2.97 MeV. 答案：（1）3.26 MeV （2）0.99 MeV 2.97 MeV
小试身手 2.关于粒子，下列说法中不正确的是（ ） A.质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒 子 B.质子、中子本身也有复杂的结构 C.质子是带电的强子 D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
解析：质子和中子是由不同夸克组成的，B对；不同的夸克组
答案：ABC
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．
解析：（1）核反应方程为21H＋21H→10n＋32He. 该反应质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝0.003 5 u. 由质能方程得释放出的核能ΔE＝Δm×931.5 MeV ＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV. （2）将两氘核作为一个系统，由动量守恒有 0＝mHevHe＋mnvn，① 由动能守恒有：12mHev2He＋12mnv2n＝ΔE＋2Ek0.② 由①②代入数据得 EkHe＝0.99 MeV，Ekn＝2.97 MeV. 答案：（1）3.26 MeV （2）0.99 MeV 2.97 MeV
小试身手 2.关于粒子，下列说法中不正确的是（ ） A.质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒 子 B.质子、中子本身也有复杂的结构 C.质子是带电的强子 D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
解析：质子和中子是由不同夸克组成的，B对；不同的夸克组
答案：ABC
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．
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。
人教版高中物理选修3-5 19.8 粒子和宇宙教学课件共36张PPT
下列说法正确的是（） A原子是组成物质的不可再分的最小微粒 B原子是最大微粒 C原子有原子核和核外电子构成，质子和 中子组成了原子核 D质子属于强子，光子属于轻子
二、夸克模型:
夸克模型分别由默里·盖尔曼与乔治·茨威格 于1964年独立地提出，现代粒子物理学认为， 夸克共有6种，分别称为上夸克、下夸克、 奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克，它们组
查德威克于1932年发现了中子
于是许多人认为光子、电子、质子和中子 是组成物质的不可再分的粒子并把它们叫 做“基本粒子”。
然而！ 1、科学家发现新粒子不是电子、质子和中 子组成的： 2、科学家还发现质子、中子等本身也有自 己的复杂的结构。 所以20世纪后半期起，就将“基本”二字去 掉，统称为粒子
发现新粒子
1、正电子
1930年，安德森开始通过拍摄宇宙射线穿过云
室的径迹来研究宇宙射线。他发现一种带正电的 粒子几乎和那些带负电的粒子一样频繁地出现。 这种带负电的粒子很明显就是电子，但那些带正 电的粒子显然不是质子(质子是当时所知唯一的带 正电的粒子)，因为它们在云室中不能充分电离。 最后，安德森推断“合乎逻辑的答案只有一个:这种 粒子和普通的带负电的自由电子相比，它们带有 等量的正电荷并且质量同数量级”。事实上，这种 粒子就是正电子，安德森在1932年9月宣布了它 的存在。
三、宇宙的演化: 微观与宏观相互沟通、相互支撑 诺奖获得者格拉肖：“隐藏在原子内心的， 是宇宙结构的秘密”
宇宙大爆炸理论: 宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前 一次大爆炸后膨胀形成的。 1927年，比利时 天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出了宇宙
大爆炸假说。
宇宙的演化:
宇宙的演化:
32
大爆炸后10^-44秒宇宙，温度10 K夸克、
高中物理人教版选修3-5课件第十九章7~8核聚变粒子和宇宙
规律总结核聚变反应方程的书写与核能的计算
(1)聚变的核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒。
(2)核能计算的关键是求出核反应中的质量亏损,然后根据爱因斯
坦质能方程求解。
探究一
探究二
粒子与宇宙
问题探究
(1)为什么现在将“基本”二字去掉,统称为粒子?
(2)为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破?
要点提示:(1)随着科学的发展,科学家们发现了很多的新粒子都
粒子。 (
)
解析:随着科学的发展,科学家们发现质子、中子等本身也有复
杂结构。
答案:×
(2)太阳辐射的巨大能量来自太阳中本身储存的大量内能。
(
)
解析:太阳辐射的巨大能量主要来自太阳内部氢核聚变成氦核时
释放的能量。
答案:×
(3)要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功。 (
)
解析:轻核聚变时,要使轻核之间距离达到10-15 m,所以必须克服
(2)此反应过程的质量亏损为
Δm=2.014 1 u+3.016 0 u-4.002 6 u-1.008 665 u=0.018 835 u,
ΔE=Δmc2=0.018 835×931.5 MeV≈17.5 MeV。
1
13
12
12
应方程为 1 H+6 C→ 7 N+Q1,11 H+15
7 N→6 C+X+Q2。
方程中 Q1、Q2 表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:
1
原子核
3
4
12
13
15
H
He
He
C
N
N
2
2
6
7
(1)聚变的核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒。
(2)核能计算的关键是求出核反应中的质量亏损,然后根据爱因斯
坦质能方程求解。
探究一
探究二
粒子与宇宙
问题探究
(1)为什么现在将“基本”二字去掉,统称为粒子?
(2)为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破?
要点提示:(1)随着科学的发展,科学家们发现了很多的新粒子都
粒子。 (
)
解析:随着科学的发展,科学家们发现质子、中子等本身也有复
杂结构。
答案:×
(2)太阳辐射的巨大能量来自太阳中本身储存的大量内能。
(
)
解析:太阳辐射的巨大能量主要来自太阳内部氢核聚变成氦核时
释放的能量。
答案:×
(3)要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功。 (
)
解析:轻核聚变时,要使轻核之间距离达到10-15 m,所以必须克服
(2)此反应过程的质量亏损为
Δm=2.014 1 u+3.016 0 u-4.002 6 u-1.008 665 u=0.018 835 u,
ΔE=Δmc2=0.018 835×931.5 MeV≈17.5 MeV。
1
13
12
12
应方程为 1 H+6 C→ 7 N+Q1,11 H+15
7 N→6 C+X+Q2。
方程中 Q1、Q2 表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:
1
原子核
3
4
12
13
15
H
He
He
C
N
N
2
2
6
7
人教版高中物理选修35课件：第19章19.8+粒子和宇宙+(共24张PPT)
粒子的分类
1、按自旋分类
分类
自旋
泡利不相容原 理
统计规律
费米子 (电子 质子 中子 各
种重子)
半整数 1/2，3/2，…
服从
费米—狄拉克统计分 布
玻色子 ( 光子 介子 K介子、介子 )
整数 0或1等
不服从
玻色— 爱因斯坦统计 分布
2、共振态粒子— 寿命极短（约10-23s）
3、正粒子、反粒子
正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物
（ 夸 克 ）
盖 尔 曼
一、“基本粒子”不基本
1995美国费米国家加速器实验室证实了 顶夸克(Top Quark)的存在
1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
类别 强作用 电磁作用 弱作用 引力作用
相对强度 1
~10-2 ~10-13 ~10-39
力程(m) < 10-15 长程 < 10-17 长程
作用时间(s) 10-23
10-20 ~ 10-16 ~ 10-8
参与离子 强子
强子 轻子 光子 强子 轻子 一切物质
相互作用是通过交换一定粒子实现的
作用类型 引力作用 电磁作用 交换粒子 引力子 光子
u 上夸克
0.00 4
2/3
-1/2 0 +1/3 0 0 0 1/2
1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 1/2 1/3
1、按自旋分类
分类
自旋
泡利不相容原 理
统计规律
费米子 (电子 质子 中子 各
种重子)
半整数 1/2，3/2，…
服从
费米—狄拉克统计分 布
玻色子 ( 光子 介子 K介子、介子 )
整数 0或1等
不服从
玻色— 爱因斯坦统计 分布
2、共振态粒子— 寿命极短（约10-23s）
3、正粒子、反粒子
正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物
（ 夸 克 ）
盖 尔 曼
一、“基本粒子”不基本
1995美国费米国家加速器实验室证实了 顶夸克(Top Quark)的存在
1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
类别 强作用 电磁作用 弱作用 引力作用
相对强度 1
~10-2 ~10-13 ~10-39
力程(m) < 10-15 长程 < 10-17 长程
作用时间(s) 10-23
10-20 ~ 10-16 ~ 10-8
参与离子 强子
强子 轻子 光子 强子 轻子 一切物质
相互作用是通过交换一定粒子实现的
作用类型 引力作用 电磁作用 交换粒子 引力子 光子
u 上夸克
0.00 4
2/3
-1/2 0 +1/3 0 0 0 1/2
1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 1/2 1/3
人教版高中物理选修3-5课件19.7、8核聚变粒子和宇宙
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
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
【思路点拨】题目中给出的信息是u夸克与d夸克的带电荷量，
据质子11H带一个元电荷的电荷量及中子10n不带电进行判断.
3.
（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
特 （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
点 （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
【特别提醒】常见的聚变反应：21H+21H→31H+11H+4MeV， 21H+31H→42He+10n+17.6MeV.在这两个反应中，前一反应的材料 是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应的产物， 所以氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重水的组成部分， 在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的.从这个意义 上讲，轻核聚变是能源危机的终结者.
【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，求： (1)写出核反应方程. (2)核反应所释放的能量Δ E. (3)1s内参与上述热核反应的质子数目.
一、核聚变 1.定义:两个轻核结合成_质__量__较__大__的原子核的反应.
2.核反应举例：21H+31H→_42_H_e_+10n+17.6MeV 3.条件：(1)轻核的距离要达到__1_0_-_15_m__以内. (2)聚变可以通过高温来实现,因此又叫_热__核__反__应__.
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(1)夸克的提出
二、夸克模型
许多实验事实表明，强子是有内部结构的.1964年提出的夸克模 型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克。
(2)夸克的分类
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。每种夸克都有对应的反夸克。
(3)夸克模型的意义
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 荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
3. 正粒子、反粒子
正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量 ( 如电荷、磁矩 等 ) 的符号相反。
4. 按相互作用分类
万有引力
电磁力
弱相互作用
强相互作用
引力子
＋
光子
＋
＋
轻子
＋
＋
＋
强子
＋
＋
＋
＋
• 引力子 自旋应为2、静止质量和电荷为零，以光速运动。 • 光子 自旋为1，是玻色子。
轻子（共12种）
一、“基本粒子”不基本
1.“基本粒子”不基本
(1)19世纪末，许多人认为光子、电子、质子和中子是组 成物质的不可再分的最基本粒子．
(2)从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子， 它们不是由质子、中子、电子组成的．
(3)科学家进一步发现质子、中子、电子等本身也是复合 粒子，且还有着复杂的结构．
(4)研究粒子的主要工具 粒子加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具．
2. 粒子的分类 （1）按自旋分类
分类
自旋
费米子 (电子、质子、中子 等各种重子)
玻色子
( 光子、 介子 K介子、介子 )
整数 0 或1 等
泡利不相容原 理
统计规律
服从
费米—狄拉克统计 分布
不服从
玻色— 爱因斯坦统 计分布
3.共振态粒子— 寿命极短（约10-23s）
提出了宇宙演化的大爆炸假说．它的主要观点是，宇宙是由一个 超高温、超高密度的“原始火球”发生大爆炸而开始的．然后经 历了从热到冷的演化，在这个时期里，宇宙不断地膨胀(也称暴 胀)，宇宙物质从密到稀．当温度下降到几千摄氏度时，宇宙间 主要是气态物质．后来气体逐渐凝聚成气云，并且进一步收缩形 成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙天体． 2．恒星的演化
1/2 1/3 2/3
0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3
00
0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3
0 +1/3 0 0 +1
例如 ：质子 奇异粒子 π+ 介子
1. 质子 (uud)
电荷: 重子数: 奇异数:
自旋: 奇异数:
A．1∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．1∶6
答案：C
➢ ➢
三、宇宙的演化 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
宇 时 宙大 间 各爆 的 处炸 零 同是 点 时在
产无 生限
的
1．宇宙的演化 20世纪40年代，在大量天文学家观测的基础上，物理学家
媒介子
轻子 强相互作用
夸克 底夸克
顶夸克
μ子 各种相互作用
4．宇宙的演化
研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究 宇宙 ________的理论是相互沟通，相互支撑的，从大爆炸开始的 不同时间里，对应的温度不同，组成宇宙的物质不相同。
5．恒星的演化
当温度降到__3_0_0_0_K__时，中性原子组成的宇宙尘埃在 万有引力作用下，尘埃收缩凝集，引力势能转化为内能，温 度升高，开始发光形成了恒星，当恒星核能耗尽时，进入末 期，恒星的末期形态主要有：白矮星、中子星或___黑__洞___。
密度很低的星际物质逐渐形成星云，大块的星云由于引力作用 而收缩逐渐凝成原恒星．
原恒星继续收缩，温度不断升高，发生热核反应， 当热核反应产生的斥力和引力作用达到平衡时，恒星不 再收缩，进入相对稳定阶段．
当核能源供应不足时，恒星的稳定状态遭到破坏， 引力作用又开始大于斥力，星体又开始收缩，温度升高， 发光能力增强，光度增加，外部膨胀，表面积增大，但 表面温度降低，看上去呈红色，这时恒星便演化为红巨 星或新星．
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___，又认为它们是 组成物质的基本粒子．现在已发现粒子有400余种，有些也具有复 杂的__内_部__结_构__．
2．发现新粒子 (1)新粒子：20世纪30年代人们对_宇__宙_射__线__的研究发现一些 新粒子，人们用高能加速器进行实验发现更多新粒子，1932年发 现了__正__电_子___，1937年发现____μ_子___，1947年发现___K_介_子___和π 介子及以后的超子、反粒子等．
粒子名称
、 、 K介子等 质子、中子及其反粒子
ΩΣΛΞ超子及反粒子
自旋
整数
玻色子 费密子
K 介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象。 • 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。
夸克
质量
电荷 e
自 旋
重 同 同位 子 位 旋分 数旋 量
奇 异 数
顶
超荷
粲 数
底数 数
d 下夸克 0.008 -1/3 u 上夸克 0.004 2/3
-1/2 0 +1/3 0 0 0 1/2
1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3
-1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5
自旋:
3.π+ 介子(ud)
电荷: 重子数: 奇异数:
自旋: 同位旋分量:
例1．K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π －介子带负的基元电荷，π0介子不带电．一个K－介子沿垂直于 磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为右下图中圆弧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RK－与Rπ－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的动量大小之比为
当恒星核能耗尽时，就进入末期．恒星的末期形态 主要有三种：白矮星、中子星或黑洞．
分类
正反粒 自旋
子
电子、 e e μ子、τ
子 轻 子
中
微
子
e e
说明
电荷量 e
-1 +1 -1 +1 -1 +1
0 0 0
重子数B 0
轻子数
Le L L 寿命10-6s
稳定 2.2 <2.3 -1 +1
稳定
中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。
强子分类
分类
介子
重子
核子 超子
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1．“基本粒子”不基本