高中物理竞赛教程：4.1《基本粒子》.doc
高中物理竞赛讲义(完整版)
高中物理竞赛讲义目录高中物理竞赛讲义 (1)第0部分绪言 (5)一、高中物理奥赛概况.....................................错误!未定义书签。
二、知识体系....................................................错误!未定义书签。
第一部分力＆物体的平衡 (5)第一讲力的处理 (13)第二讲物体的平衡 (15)第三讲习题课 (16)第四讲摩擦角及其它 (21)第二部分牛顿运动定律 (24)第一讲牛顿三定律 (24)第二讲牛顿定律的应用 (25)第二讲配套例题选讲 (35)第三部分运动学 (35)第一讲基本知识介绍 (35)第二讲运动的合成与分解、相对运动 (37)第四部分曲线运动万有引力 (40)第一讲基本知识介绍 (40)第二讲重要模型与专题 (42)第五部分动量和能量 (52)第一讲基本知识介绍 (52)第二讲重要模型与专题 (55)第三讲典型例题解析 (70)第六部分振动和波 (70)第一讲基本知识介绍 (70)第二讲重要模型与专题 (75)第三讲典型例题解析 (86)第七部分热学 (86)一、分子动理论 (87)二、热现象和基本热力学定律 (89)三、理想气体 (91)四、相变 (98)五、固体和液体 (102)第八部分静电场 (103)第一讲基本知识介绍 (104)第二讲重要模型与专题 (107)第九部分稳恒电流 (120)第一讲基本知识介绍 (120)第十部分磁场 (134)第一讲基本知识介绍 (134)第二讲典型例题解析 (138)第十一部分电磁感应 (146)第一讲、基本定律 (146)第二讲感生电动势 (150)第三讲自感、互感及其它 (154)第十二部分量子论 (157)第一节黑体辐射 (158)第二节光电效应 (161)第三节波粒二象性 (168)第四节测不准关系 (172)第0部分绪言全国中学生物理竞赛内容提要--理论基础(2013年开始实行)说明：．本次拟修改的部分用楷黑体字表示，新补充的内容将用“※”符号标出，作为复赛题和决赛题增补的内容；※※则表示原属预赛考查内容，在本次修改中建议改成复赛、决赛考查的内容。
高三物理教案 基本粒子-精选教育文档
高三物理教案基本粒子基本粒子与恒星演化三维教学目标1、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)初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一。
2、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。
3、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宇宙演化过程教学难点：各种微观粒子模型的理解教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
(一)引入新课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1：现在我们所知的构成物体的最小微粒是什么?(构成物体的最小微粒为原子，不可再分)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2：现在我们认为原子是什么结构模型，由什么组成? 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。
(二)进行新课1、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?2、发现新粒子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。
看教材(103页发现新粒子)思考：(1)从宇宙线中发现了哪些粒子?这些粒子有什么特点?(2)通过科学核物理实验又发现了哪些粒子?(3)什么是反粒子?(4)现在可以将粒子分为哪几类?提示：(1)1932年发现正电子;1937年发现1947年发现K介子与介子。
(2)实验中发现了许多反粒子，现在发现的粒子多达400多种。
基本粒子教案分享与交流
基本粒子教案分享与交流在物理学领域中，基本粒子是指构成我们所知物质和能量的最基本单位。
基本粒子教案的设计与分享对于教学的有效性和教育改革具有重要意义。
本文将分享一份关于基本粒子教案的设计，并就该教案进行进一步的交流和讨论。
教案名称：探索基本粒子的性质与相互作用教案简介：本教案旨在帮助学生理解基本粒子的概念、性质以及相互作用。
通过实验、讨论和小组合作等多样化的学习活动，学生将深入探索基本粒子领域中的重要概念和现象。
通过本教案的学习，学生将不仅能够掌握基本粒子的基本知识，还能够培养科学思维和实验技能。
一、教学目标1. 理解基本粒子的概念和分类。
2. 了解基本粒子的性质与相互作用。
3. 掌握基本粒子的实验检测方法。
4. 提高学生的科学思维和实验技能。
二、教学内容1. 基本粒子的概念和分类- 引导学生通过观察和讨论，理解基本粒子的定义和分类。
- 通过示意图和实例，向学生介绍夸克、轻子等基本粒子的概念。
2. 基本粒子的性质与相互作用- 学习基本粒子的电荷、质量等性质，并进行实验验证。
- 探索强相互作用和弱相互作用对基本粒子的影响。
3. 基本粒子的实验检测方法- 学习利用加速器和探测器等装置，对基本粒子进行实验检测。
- 分析实验数据，掌握实验方法和技巧。
4. 科学思维和实验技能的培养- 引导学生提出问题、做出假设，并设计实验进行验证。
- 小组合作，进行实验过程记录和数据分析。
三、教学过程1. 导入- 引发学生的学习兴趣，提问：“你知道什么是基本粒子吗？它们有哪些性质？”- 学生自由讨论，并激发他们对基本粒子的好奇心。
2. 学习活动- 分组进行实验，探索基本粒子的性质和相互作用。
- 学生自主学习和合作学习，共同解决实验中的问题。
3. 总结与讨论- 学生汇报实验结果和数据分析。
- 教师引导学生总结基本粒子的重要性质和相互作用。
- 学生展示并讨论思考问题，从而进一步加深对基本粒子的理解。
四、教学评估- 设计形成性评价和总结性评价，检测学生对基本粒子概念和实验方法的掌握情况。
高中物理(人教版)精品讲义—“基本”粒子
高中物理（人教版）精品讲义—“基本”粒子课程标准课标解读了解人类对物质结构的探索历程。
1.了解粒子的发现史。
2.知道粒子的分类及特点。
3.了解夸克模型。
知识点01基本粒子与粒子的分类一、“基本”粒子1．人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”。
2．随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。
二、发现新粒子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，后来发现了超子等。
三、粒子的分类1．强子：是参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子，质子和中子都是强子。
2．轻子：不参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用。
电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子。
3．规范玻色子：是传递各种相互作用的粒子，如光子，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。
4．希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。
【知识拓展】1．新粒子的发现发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后新粒子反粒子μ子K介子与π介子超子基本特点质量、寿命、自旋等物理性质与对应粒子相同，而电荷等其他性质相反比质子的质量小质量介于电子与质子之间质量比质子大2.粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子备注强子参与强相互作用质子、中子等强子有内部结构，由“夸克”构成轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未发现内部结构规范玻色子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子等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希格斯玻色子是希格斯场的量子激发【即学即练1】下列说法正确的是（）A．聚变是裂变的逆反应B．核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量C．轻核聚变比裂变更为安全、清洁D．强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子【答案】C【解析】A．聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A错误；B．实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，故B错误；C．实现聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外，聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处理，故C正确；D．质子是最早发现的强子，故D错误。
物理竞赛讲义十六原子
等离子体：由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态。
普通气体温度升高时，气体粒子的热运动加剧，使粒子之间发生强烈碰撞，大量原子或分子中的电子被撞掉，当温度高达百万开到1亿开，所有气体原子全部电离。
电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等。
这种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子体。
等离子体和普通气体性质不同。
在宇宙中，等离子体是物质最主要的正常状态（在绝对温度不为零的任何气体中都有一定数量的原子被电离，在气体放电过程中以及受控聚变装置产生的高温等离子体中，有大量的工作气体原子和杂质原子的壳层电子被剥离成为离子）。
基本粒子：一般指比原子核还小的物质单元。
到目前为止已发现的基本粒子有800多个，按照它们之间的相互作用性质可分为三类：强子、轻子、光子。
①强子。
一切参与强相互作用的粒子统称为强子，已发现的强子有内部结构，它们由夸克(quark)组成。
②轻子。
不参与强相互作用的重子，轻子的定义主要以相互作用划分，因为有些轻子的质量并不轻。
③光子，现在只发现一种。
基本粒子多数是不稳定的，在很短时间内会发生衰变，并且能相互转变，只有质子、电子、中微子和光子是稳定的。
基本粒子有确定的静止质量、自旋和奇异数学性质。
基本粒子有它的反粒子，一对正反粒子相遇时，会同时消失而是转化为别种粒子，这种现象叫做“湮灭”。
宇宙射线：来自宇宙空间的各种高能粒子流。
这些粒子流源于各种天体过程，如太阳表面的高能活动，超星体爆炸，脉冲星及其它恒星的高能活动等。
通常把进入大气层以前的宇宙线叫初级宇宙线，把初级宇宙线进入大气以后与大气中原子核作用而产生的射线叫次级射线。
现在已知初级宇宙线中绝大多数是带正电子质子和α粒子，还有少量的氮、氧、氖、硅、铁等较重的原子核和少量电子。
这些粒子具有很高的能量(平均为200兆电子伏特，最高可达10^21\电子伏特)，它们进入大气后与大气中的原子核发生作用使宇宙线成为天然实验室，许多高能粒子就是在宇宙线中首先发现的。
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即学即用
判断下列说法的正误.
(1)目前，人们认为粒子界由夸克、强子、轻子构成.( × ) (2)强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子.( √ ) (3)电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子.( × ) (4)夸克的带电荷量是电子电荷量的整数倍.( × )
第五章 原子核
学习目标
1.了解粒子的发现史. 2.知道粒子的分类及特点. 3.了解夸克模型.
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内容索引
NEIRONGSUOYIN
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强子有内部结构，由“夸克” 构成
轻子
不参与强相 互作用
电子、电子中微子、 μ子、μ子中微子、 τ子、τ子中微子
未发现内部结构
规范 玻色子
传递各种相 互作用
光子、中间玻色子、 胶子等
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
“基本”粒子(高中物理教学课件)
二.粒子的分类
现在已经发现的粒子达400多种。它们大体可被分为强子、 轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别：
1.强子：强子是参与强相互作用的粒子。质子和中子都
是强子。
2.轻子：轻子不参与强相互作用。目前发现的轻子只有
6 种：电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子 中微子。现代实验还没有发现轻子的内部结构。
这颗星继续收缩、继续升温。当温度超过107K时，氢通过热核 反应成为氦，释放的核能主要以电磁波的形式向外辐射。辐射产 生的向外的压力与引力产生的收缩压力平衡，这时星体稳定下来。 恒星在这一阶段停留的时间最长。太阳目前正处于这一阶段的中 期，要再过50亿年才会转到另一个演化阶段。
当恒星核心部分的氢大部分聚变为氦以后，核反应变弱，辐射 压力下降，星核在引力作用下再次收缩。这时引力势能产生的热 将使温度升得更高，于是发生了氦核聚合成碳核的聚变反应。类 似的过程一波接一波地继续下去，出现了氧、硅，直到铁等更重
例2. 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 ) 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．氦核、氚核、氦子等轻核
例3.宇宙诞生过程中，产生如下粒子：①光子、中微子、
电子等大量轻子；②氘核、氚核、氦3、氦核等轻核；③
三.宇宙的演化
物理学中有一个非常有趣的现象：研究微观世界的粒子物理、
量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通、相互支撑。正如诺 贝尔物理学奖获得者格拉肖所说：“隐藏在原子内心的，是宇宙 结构的秘密。”
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。在大爆炸之后约10-44s，那时的温度为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左 右，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时，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，此时代称为轻子时代。当温度下降到 109K时，中子和质子结合成氘核，并很快生成氦核，同时有氚核、 氦3等轻核及其他轻核生成，此时成为核合成的时代。目前宇宙中 存在的大部分氦是那时形成的。大爆炸1万年之后，温度降到了 104K，此时的宇宙由电子、质子和氦核的混合电离气体组成。当 温度降到3000K时，电子与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。
粒子物理学的基本粒子
粒子物理学的基本粒子粒子物理学是研究物质的最基本组成部分以及它们之间相互作用的学科。
在早期，人们普遍认为原子是物质的最基本单位，然而，随着科学技术的进步，我们发现原子实际上由更小的粒子组成。
本文将介绍粒子物理学中的基本粒子，并探讨它们的特性和相互作用。
一、基本粒子的分类基本粒子可以根据其自旋和荷电性质进行分类。
根据自旋的不同，粒子可以分为费米子和玻色子两大类。
费米子具有半整数自旋，遵循费米-狄拉克统计，其中包括电子、中微子等。
玻色子则具有整数自旋，遵循玻色-爱因斯坦统计，其中包括光子、声子等。
根据荷电性质划分，粒子可以分为带电粒子和中性粒子。
带电粒子包括带正电的质子、带负电的电子等，它们通过相互作用构成了原子和分子。
中性粒子例如中子，对物质的组成和性质起到重要作用，同时中性粒子也参与了宇宙射线的产生和相互作用过程。
二、基本粒子的特性基本粒子具有一些共同的特性，这些特性对于理解物质的组成和相互作用非常重要。
1. 质量和能量：基本粒子具有一定的质量和能量。
质子和中子是最重的基本粒子，其质量接近一质子质量单位。
电子是质量最轻的基本粒子，大约是质子质量的千分之一。
2. 自旋：基本粒子具有自旋，这是一种描述粒子旋转的性质。
自旋可以是半整数或整数，决定了粒子的统计行为和角动量。
3. 荷电性：基本粒子可以携带电荷，其中质子带正电，电子带负电。
电荷是基本粒子之间相互作用的重要驱动力之一。
4. 相互作用：基本粒子之间通过四种基本相互作用力相互影响。
强相互作用，由胶子传递，负责核力和夸克间的相互作用；电磁相互作用，由光子传递，负责电荷粒子间的相互作用；弱相互作用，由W和Z玻色子传递，负责核子衰变过程；引力相互作用，由引力子传递，负责天体物质之间的相互作用。
三、基本粒子的研究方法粒子物理学家通过设计和建造粒子加速器来研究和探测基本粒子。
粒子加速器能够将粒子加速到极高的能量，并使其发生碰撞。
通过探测和分析碰撞后产生的粒子，科学家可以揭示基本粒子的性质和相互作用规律。
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第四讲 基本粒子
§4、1、基本粒子
4．1．1、 什么是基本粒子
在古代就有一些哲学家认为物质是由原子组成的，原子是组成物质的最小颗粒，不可再分。
有基本的涵义，可称为基本粒子。
自19世纪初，英国科学家道尔顿以化学反应为依据，提出物质是由原子组成的学说以来，人们相继发现了电子、质子、中子、正电子、中微子、介子等大量的基本粒子，基本粒子数目的大量增加，使人们认识到它们也不可能是最基本的组分，所以有“基本料子不基本”的说法。
中微子的发现，中子不是稳定粒子，它衰变为质子和电子：e P n 01111
-+→,实验发现此衰变中动量不守恒。
经不断实验发现，中子衰变的正确反应应为v e P n ++→-01111
0。
v 为中微子的符号,v 为v 反粒子的符号。
4．1．2、 粒子的自旋 到本世纪30年代末，加上在宇宙射线中发现的μ子，人们认为，电子、质子、中子、中微子、μ子和光子都是基本粒子。
除中子和μ子是不稳定粒子外，其余都是稳定的。
基本粒子的主要特征除质量的电荷外，还有自旋，这是一个量子力学概念，表征粒子的内部属性，相当于经典物概念是微粒的自转。
它遵从量子力学的规律，以π2h 为单位，只能取整数0、1、2……，或半整数1/2、3/2……。
上述6种粒子，除光子自旋为1外，其余都是自旋为1/2的粒子。
自旋为整数的粒子又称为玻色子；自旋为半整数的粒子又称为费米子。
4．1．3、 粒子和反粒子 经实验发现，每一种粒子都存在相应的反粒子。
反粒子和粒子的质量、自旋都相同，电量相同而符号相反。
对不带电
的粒子，粒子和反粒子有其它的区分标志，这里不具体描述。
在粒子的符号上加一横，代表反粒子，如v 是反中微子。
也有的粒子的反粒子就是自身，而无区别，如光子。
1932年安得森发现了正电子，使反粒子的存在第一次得到了证实。
其他反粒子也先后被发现。
如反质子和反中子分别是1955年和1956年在加速器中发现的。
粒子和反粒子是互为反粒子的，只是当初称呼电子、质子等为粒子而已。
我们这个世界是由粒子组成的，而不是由反粒子组成的。
4．1．4、 强子——介子和重子 本世纪40年代到50年代，从宇宙射线中又发现了一批粒子。
比如发现了π介子和K 介子，它们的自旋为零；又发现了与核子（质子和中子）属于同一类而质量更大的粒子，称为超子，有Λ超子、∑超子和Ξ超子，它们都是不稳定粒子。
核子和超子统称为重子。
介子和重子又统称为强子。
因为它们之间的相互作用强大。
4．1．5、 粒子的奇异性 仔细地分析新发现的各种粒子的衰变反应，以及它们参与的其它反应，发现K 介子和超子具有产生快，衰变慢和同时产生两个或多个粒子的新特性，与π介子和核子所有的性质不同，当时认为有些奇异，引入了一个称为奇异数的量子数来标志这种奇异性。
+
K 介子
和0K 介子的奇异数为1;+-∑∑∑Λ,0,1,0超子的奇异数为-1;0,ΞΞ-超子的奇异数为-2。
具有奇异数的粒子，如其奇异数为s ，则其反粒子的奇异数为-s 。
π介子和核子的奇异数为0。
在强相互作用中，奇异数守恒。
4．1．6、 基本粒子分类 按照基本粒子之间的相互作用可分为三类： ①强子：凡是参与强相互作用的粒子，分为重子和介子两类。
②轻子：都不参与强相互作用，质量一般较小。
③光子：静质量为零，是传递电磁相互作用的粒子。
4．1．7、 夸克模型 原子不再是基本粒子，原子核一不是基本粒子，介子和重子是否也由更为基本的粒子组成的呢？1964年，美国物理学家盖尔曼和以色列物理学家兹韦格分别提出了夸克模型。
按照夸克理论，一切强子（参与强相互作用的粒子）都是由夸克组成的。
初期提出的夸克有三种，分别称为上夸克u ，下夸克d 和奇夸克s 。
它们的自旋都是1/2， 属于费米子。
夸克的重要特征之一是带有分数电荷。
以电子电荷为单位，u 的电荷为2/3，d 的电荷为-1，s 的电荷也是-1/3。
此外，s 的奇异数为-1。
对于重子，有重子数作为标志，上节所述的重子的重子数为1，反重子的重子数为-1。
夸克的重子数为1/3。
对于每一种夸克，都存在相应的反夸克。
反夸克的质量、自旋同于夸克，而电荷、奇异数和重子数的数值相同，符号相反。
夸克之间存在着强相互作用，靠这种相互作用，每一个介子由一个夸克和一和反夸克组成；每一个重子由三个夸克组成，每一个反重子由三个反夸克组成。
比如，+
π介子是由u 夸克和反下夸克d 组成的、质子是由u 、u 和d
三个夸克组成的；0Λ超子是由u 、d 和s 三个夸克组成的，余此类推。
图4-1-1为P 、 +Λπ和0三个强子的结构示意图。
目前已被科学家证实的夸克有：上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸
图4-1-1
克和顶夸克等6种。
为了符合泡利不相容原理，物理学家还发现了夸克的一种更为深刻的性质：每种夸克都具有（颜）色，可以用红、黄、兰（或红、绿、兰）三种加以区分，这只不过是借光的颜色名字，夸克的色与光波的色完全是两回事。
就像粒子带电称为电荷一样，夸克带色，也可以称为色荷。
正是色荷间的相互促进作用，才使强子中的夸克互相吸引而束缚在一起。
三种不同色的夸克组成不带色的重子，好像三原色组成白色一样。
同样，夸克和反色夸克的色互补，它们组成的介子也不带色。
这就是为什么强子不带色的原因。
在当今看来，强子基础是夸克，夸克是基本粒子。
此外，基本粒子族还存在轻子一类。
最早发现了电子和电中微子；后来发现了μ子和μ中微子；70年代，又发现了τ子和τ中微子.τ子的质量比核子质量还大，它不能由轻重来区它们了。
虽然τ子的质量大，但从其性质上看，仍属于轻子一类。
这样，轻子也分6种，类似于夸克的味。
时至今日，实验研究还没有发现轻子的内部结构。
也就是说，这6种轻子也属于基本粒子。