课外知识：分数电荷(夸克)
夸克的量子数
夸克是一种参与强相互作用的基本粒子，也是构成物质的基本单元。
它是一种具有半整数量子数的粒子，即夸克具有分数电荷。
夸克的量子数包括：
夸克的自旋量子数：在量子力学中，自旋是一个与粒子内禀性质相关的量子数。
夸克具有1/2的自旋量子数，这意味着它们会以与旋转轴成一定角度的方式围绕自身旋转。
夸克的色量子数：夸克具有三种不同的色，称为红、绿和蓝。
这些颜色代表了夸克在强相互作用中的属性。
在量子色动力学中，这三种颜色被用来描述夸克之间的相互作用。
夸克的味量子数：夸克有六种不同的味，包括上、下、粲、奇、底和顶。
这些味对应于夸克的不同类型，每种类型都有不同的质量和电荷。
夸克的宇称量子数：宇称是描述粒子在空间反射变换中的性质的量子数。
对于夸克，这个量子数是正的，意味着它们在空间反射变换中会变成自己的反粒子。
夸克的电荷量子数：夸克具有分数电荷，即它们带有电荷的量不是整数。
具体来说，上夸克的电荷是2/3，下夸克的电荷是-1/3，粲夸克的电荷是1/3，奇夸克的电荷是-1/3，底夸克的电荷是-2/3，顶夸克的电荷是2/3。
除了以上提到的量子数外，夸克还有其他的性质和特征，如它们参与强相互作用和弱相互作用等。
这些性质和特征共同决定了夸克在物质中的行为和性质。
《理学夸克模型》课件
顶夸克和底夸克的质量相差较 大，约为2000电子伏特力
强力
夸克间通过色力相互吸引，这种力在 短距离上非常强大，是短程力。
弱力
夸克间传递弱相互作用的力，这种力 在长距离上起作用，是长程力。
胶子传递强相互作用
胶子的定义
胶子是传递强相互作用的基本粒子。
胶子在夸克间的作用
夸克具有强烈的相互 作用，只能在强子中 存在，不能孤立存在 。
夸克具有分数电荷， 是电子电荷的1/3或 2/3。
每种夸克都有三种色 荷，以解释为什么只 有三种夸克能在实验 中观察到。
02
夸克的种类与特性
上夸克和下夸克
上夸克和下夸克是组成质子和中子的 基本粒子，具有不同的电荷和弱同位 旋。
上夸克和下夸克的质量相差不大，约 为1000电子伏特左右。
研究弱相互作用
弱相互作用在某些特定过程中起着重要作用，如β衰变等。未来研究需要更深入地探索弱相互作用的基本规律和 机制，以更好地理解物质的演化过程。
探索夸克与轻子的关系
寻找夸克与轻子的联系
夸克和轻子是构成物质的基本粒子，但它们之间的关系仍不明确。未来研究需要寻找夸克与轻子之间 的联系，以更好地理解物质的基本结构和性质。
《理学夸克模型》ppt 课件
目录
• 夸克模型简介 • 夸克的种类与特性 • 夸克间的相互作用 • 夸克模型的应用 • 未来展望与研究挑战
01
夸克模型简介
什么是夸克模型
01
夸克模型是一种描述基本粒子的 模型，它将物质的基本粒子分为 三种夸克：上夸克、下夸克和奇 异夸克。
02
夸克模型是基于量子力学的理论 框架，通过引入夸克的概念来解 释基本粒子的属性和相互作用。
上夸克带+2/3的电荷，下夸克带-1/3 的电荷，它们是组成质子和中子的主 要成分。
12库仑定律
五 元电荷
1906到1917年，密立根用 液滴法测定了电子电荷，证明 微小粒子带电量的变化是不连
续的，它只能是元电荷 e 的
整数倍,即粒子的电荷是量子化 的。
迄今所知:电子是自然 界中存在的最小负电荷， 质子是最小的正电荷。
元电荷:e =1.6×10-19库仑(C)
总结：
不可以
课堂训练
1、关于点电荷的下列说法中正确的
A .真正的点电荷是不存在的．
B .点电荷是一种理想模型．
C .足够小的电荷就是点电荷．
D .一个带电体能否看成点电荷，不
是看它的尺寸大小，而是看它的形
状和大小对所研究的问题的影响是
否可以忽略不计
ABD
2、下列说法中正确的是：
A .点电荷就是体积很小的电
大小相等，方向相反。
q1 F
1
+
q2 F
2
r
解：正、负电荷之间的相互作用力为吸 引力，大小为
F1
F2
k
q1q2 r2
9.0109 2108 4108 N 0.3 2
8.0 105 N
小结：在应用库仑定律求电荷间的相 互作用力时，电荷量的正负号不要代入公 式进行计算，只用它们的绝对值进行计算 ，方向另外说明。
子，只能是电中性的。
新课
探究一:影响电荷间相互作用力的因素
过程与方法:控制变量法
保持电量Q不变,距离 r与F 有什么关系?
距离 r 越小,作用力F越大
保持距离r不变,电量 Q与F 有什么关系?
电量Q越多,作用力F越大
库仑扭秤实验
1.基本结构
2.实验原理：
①怎样处理距离r与 作用力F的关系?
《基本粒子》教学案
《基本粒子》教学案
课标要求了解宇宙演化课型新授
学习目标 1.知道粒子的分类及其作用，了解夸克模型.
2.了解宇宙起源的大爆炸学说及恒星的演化．
学习重点核聚变及其特点和条件，书写核聚变反应方程，能计算核聚变释放的能量.
学习难点书写核聚变反应方程，能计算核聚变释放的能量
学习过程
【自主学习】独立思考问题
阅读教材回答：1、发现新粒子：
2、夸克模型的提出：
【即学即用】．判断下列说法的正误．
(1)质子、中子不能再分．( )
(2)夸克的带电荷量是电子电荷量的整数倍．( )
【合作探究】分析问题情境，提炼核心问题
导思交流一、新粒子的发现和夸克模型
【交流思考】图为欧洲粒子加速器，能使粒子获得13万亿电子伏特
的能量．
(1)高速粒子碰撞能产生一些新的粒子，试说出部分20世纪30年代以
来发现的新粒子．
(2)随着新粒子的发现，质子与中子为什么不再被称为“基本粒子”？。
学案3：5.5“基本”粒子
5.5 “基本”粒子【学习目标】1.知道粒子的基本概念，了解新粒子的内容。
2.通过学习，体会科学发现新粒子的进步。
3.学习科学家们研究问题的方法，坚持实事求是的科学态度，体验其工作的艰辛，激发探索未来科学的热情。
【知识梳理】一、粒子1．基本粒子不基本(1)直到19世纪末，人们都认为、电子、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组成的，并发现、等本身也有复杂结构。
2．发现新粒子(1)新粒子：1932年发现了，1937年发现了，1947年发现了和及以后的超子等。
(2)粒子的分类：大体可分为、、规范玻色子和希格斯玻色子几种类型。
(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，认为强子是由构成的。
说明：反粒子最显著的特点是当它们与相应的正粒子相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子。
【课堂探究】一、“基本”粒子思考1 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，它们所带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。
(2)π－又应由哪两个组成？1．新粒子的发现及特点(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＋2e 3，下夸克带的电荷量为－e3。
(4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。
例1 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。
u 夸克带电荷量为＋23e ，d 夸克带电荷量为－13e ，e 为元电荷，下列论断可能正确的是( )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 例2 在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。
物理核物理知识点总结
物理核物理知识点总结核物理是研究原子核和其内部结构以及与原子核相关的物理现象的一门学科。
它涵盖了从最基本的粒子物理到最复杂的原子核反应和放射性衰变的各个方面。
核物理的研究对于我们理解宇宙的起源和演化，以及开发新的能源和医学应用具有重要意义。
在本文中，我们将总结一些核物理的基本知识点，包括原子核的结构、核反应和放射性衰变等内容。
一、原子核的结构1. 原子核的组成原子核是由质子和中子组成的。
质子是带正电荷的粒子，中子是不带电荷的粒子。
它们通过强相互作用力相互作用，形成原子核的稳定结构。
在自然界中，原子核的质子数和中子数一般不相等，而是呈现出多样的组合方式，形成了各种不同的核素。
每种核素都有其特定的质子数和中子数，这也决定了其化学性质和放射性特性。
2. 核子的结构质子和中子的结构类似，它们都由夸克组成。
夸克是一种基本粒子，具有分数电荷和强相互作用力。
在标准模型中，夸克被认为是构成核子的基本粒子，它们之间通过强力子交换子相互作用，形成了核子的稳定结构。
核子内部的夸克和胶子相互作用非常复杂，仍然是核物理研究的重要课题之一。
3. 原子核的尺度原子核的尺度通常用费米（fm）来表示，1 fm=10^-15米。
一般来说，原子核的尺度在1-10 fm之间，比原子的尺度小几个数量级。
这种微小的尺度决定了原子核的特殊性质，如核力的强度和范围等。
二、核反应1. 核反应的类型核反应是指原子核之间或原子核与粒子之间发生的相互作用过程。
根据反应类型的不同，核反应可以分为裂变反应和聚变反应两大类。
裂变反应是指重核裂变成两个或多个轻核的过程，通常伴随着大量的能量释放。
聚变反应是指轻核结合成重核的过程，也伴随着能量释放。
核反应在能源生产、核武器和核医学等领域都有重要应用。
2. 核反应的能量释放核反应释放的能量来自于原子核内部结合能的变化。
在裂变反应中，重核分裂成两个或多个轻核时，其结合能减小了，其中一部分转化为核反应释放的能量；在聚变反应中，轻核结合成重核时，其结合能增加了，也会释放出能量。
夸克理论——精选推荐
20世纪60年代，美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——夸克（quark）组成的。
它们具有分数电荷，是电子电量的2/3或-1/3倍，自旋为1/2。
夸克理论认为，所有的重子都是由三个夸克组成的，比如质子（uud），中子（udd）；反重子则是由三个相应的反夸克组成的。
夸克理论还预言了存在一种由三个奇异夸克组成的粒子（sss），这种粒子于1964年在氢气泡室中观测到，叫做负ω粒子。
顶、底、奇、魅夸克由于质量太大（参见下表），很短的时间内就会衰变成上夸克或下夸克。
夸克按其特性分为三代，如下表所示：世代自旋名称符号 e 质量/ MeV.c-21 + 1/2 上夸克u + 2/3 1.5 to 4.01 − 1/2 下夸克 d − 1/34 to 82 − 1/2 奇异夸克s − 1/3 80 to 1302 + 1/2 魅夸克 c + 2/3 1150 to 13503 − 1/2 底夸克 b − 1/3 4100 to 44003 + 1/2 顶夸克t + 2/3 171400 ± 2100在量子色动力学中，夸克除了具有“味”的特性外，还具有三种“色”(color)的特性，分别是红、绿和蓝。
这里“色”并非指夸克真的具有颜色，而是借“色”这一词形象地比喻夸克本身的一种量子数。
量子色动力学认为，一般物质是没有“色”的，组成重子的三种夸克的“颜色”分别为红、绿和蓝，因此叠加在一起就成了无色的。
因此计入6种味和3种色的属性，共有18种夸克，另有它们对应的18种反夸克。
夸克理论还认为，介子是由同色的一个夸克和一个反夸克组成的束缚态。
例如，日本物理学家汤川秀树预言的π+介子是由一个上夸克和一个反下夸克组成的，π-介子则是由一个反上夸克和一个下夸克组成的，它们都是无色的。
除顶夸克外的五种夸克已经通过实验发现它们的存在，华裔科学家丁肇中便因发现魅夸克而获诺贝尔物理学奖。
夸克是什么
夸克是什么
1964年，美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——Quark（即夸克）组成的。
它们具有分数电荷，是基本电量的2/3或-1/3倍，自旋为1/2。
夸克是一种基本粒子，也是构成物质的基本单元，符号是q。
夸克互相结合，形成一种复合粒子，叫强子。
强子中最稳定的是质子和中子，它们是构成原子核的单元。
因“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。
基于这个原因，我们对夸克的所知大都是间接的来自对强子的观测。
已知的夸克有六种，夸克的种类被称为“味”，它们是上、下、粲、奇、底及顶。
上、下夸克的质量是所有夸克中最低的。
较重的夸克会通过一个叫粒子衰变的过程，来迅速地变成上、下夸克。
有“色”和“味”两种属性。
六种味分别为：u、d、c、s、t、b，即上、下、璨、奇、顶、底。
其中（u、d）为第一代夸克，（c、s）为第二代夸克，（t、b）为第三代夸克。
夸克有着多种不同的内在特性，包括电荷、色荷、自旋及质量等。
在粒子物理的标准模型中，夸克是唯一一种能经受电磁、引力、强相互作用及弱相互作用的基本粒子。
夸克也是现在已知唯一一种基本电荷为非整数的粒子。
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分数电荷
人们把荷电量分别是－e 、＋e 和0的电子、质子和中子看作是自然界的基本粒子．但是，随着岁月的流逝，物理学家们发现了许多其他的基本粒子．粒子种类的繁多确实使人们感到周围世界的组成错综复杂．于是，理论物理学试图寻找更小的一组真正基本的粒子，所有其他的粒子都可以由它们组成．1964年盖尔曼（M ·Geu －Mann ）和兹韦格（G ·Zweig ）提出了一种假说，认为这样的一组粒子是三种叫做夸克的粒子．这三种夸克分别叫做上夸克、下夸克和奇异夸克．它们的不同寻常的特性之一就是具有分数电荷．上夸克的电荷是e 32+，下夸克和奇异夸克的电荷都是e 3
1-．这些夸克可以组合而形成质子、中子以及大部分迄今已发现的其他粒子．例如，质子是由两个上夸克和一个下夸克组成．自从这个最早的假设创始以来，物理学家们已预言了其他三种也具有分数电荷的夸克，它们分别是魅夸克、顶夸克和底夸克．另外，高能加速器上产生了一些新粒子，它们被预言是后三种夸克的组合．尽管量子色动力学认为孤立的夸克不能存在，夸克只能相互结合形成带整数电荷的粒子，但是量子色动力学理论并未排除夸克以净电荷为非整数的束缚态存在．因此寻找分数电荷就引起了物理学家们极大兴趣，发现分数电荷就等于令人信服地证实夸克理论．
自1965年开始，美国斯坦福大学一直在进行着一项寻找物质上的自由分数电荷的实验．这种实验实质上是一种大规模的密立根实验——被考察粒子的质量比油滴的质量大一千万倍，实验的原理是根据迈斯纳效应．该大学的费尔班克（W ·M ·Fairbank ）教授等报告，把超导铌球悬浮在磁场中，加上变化的电场以观察铌球的运动，从而测出它们所带的电荷．他们得出结论；观察到了e 3
1±的证据．1979年与1981年他们在改进的仪器上又证实了这一点．
然而，其他不少科学家也作了许多实验，至今却未发现分数电荷的存在．例如1981年旧金山州立大学的科学家小组用动力磁浮置法进行寻找分数电荷的实验，结果未观察到分数电荷，1983年美国加州的劳伦斯伯克利实验室又做了测定分数电荷的实验，他们用重离子（本质上是重原子核动）加速器做实验，他们一共测定了26万个汞滴，但一个分数电荷也没有找到．
现在人类只是大胆假设、科学求证，夸克是为了解释一些目前人类无法解释的现象而提出的可能存在的假设，但人类一直没找到夸克存在的直接证据。
然而夸克理论做出的几乎所有预言都与实验测量符合的很好，因此大部分研究者相信夸克理论是正确的。
总之科学来不得半点虚假与情绪化。
夸克不能直接证明它存在，也不能证明（哪怕间接）它不存在，它目前只是种假设。