基本粒子-課件

精品課件高中物理選擇性必修3第五章原子核新人教版

基本粒子特級教師優(yōu)秀課件精選精品高中物理選擇性必修3第五章原子核新人教版基本粒子特1教學(xué)目標初步了解粒子物理學(xué)的基礎(chǔ)知識初步了解恒星的演化學(xué)生在學(xué)習(xí)中了解、感受科學(xué)發(fā)展過程中蘊藏著的科學(xué)和人文精神教學(xué)目標初步了解粒子物理學(xué)的基礎(chǔ)知識初步了解恒星的演化學(xué)生在教學(xué)重點了解構(gòu)成物質(zhì)的粒子和宇宙演化過程教學(xué)難點各種微觀粒子模型的理解教學(xué)重點了解構(gòu)成物質(zhì)的粒子和宇宙演化過程教學(xué)難點各種微觀粒子研究微觀世界的粒子物理、量子理論研究宇宙的理論與相互溝通、相互支撐研究微觀世界的粒子物理、量子理論研究宇宙的理論與相互溝通、相從空間尺度來看蛇吞尾圖，形象地表示了物質(zhì)空間尺寸的層次粒子物理學(xué)的研究對象，數(shù)量級約為當前人類所認識的宇宙，最遠的觀察極限數(shù)量級為從空間尺度來看蛇吞尾圖，形象地表示了物質(zhì)空間尺寸的層次粒子物從時間尺度來看第一顆恒星形成從時間尺度來看第一顆恒星形成從時間尺度來看從時間尺度來看知道物質(zhì)有反物質(zhì)知道粒子的分類知道強子參加強相互作用，輕子不參加強相互作用基本粒子知道物質(zhì)有反物質(zhì)知道粒子的分類知道強子參加強相互作用，輕子不構(gòu)成物質(zhì)的“基本”粒子19世紀末，許多人認為光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本粒子從20世紀起科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了400多種同種類的新粒子，它們不是由質(zhì)子、中子、電子組成的科學(xué)家進一步發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子、電子等本身也是復(fù)合粒子，且還有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)成物質(zhì)的“基本”粒子19世紀末，許多人認為光子、電子、質(zhì)子構(gòu)成物質(zhì)的“基本”粒子分子由原子構(gòu)成，不同原子構(gòu)成化合物分子，相同原子構(gòu)成單質(zhì)分子。原子是由位于中心的原子核和核外高速旋轉(zhuǎn)的電子構(gòu)成的。（電子帶負電，原子核帶正電）原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的。

（質(zhì)子帶正電，中子不帶電）質(zhì)子和中子都是由夸克組成的。構(gòu)成物質(zhì)的“基本”粒子分子由原子構(gòu)成，不同原子構(gòu)成化合物分子發(fā)現(xiàn)各種微粒的科學(xué)家道爾頓（原子）湯姆遜（電子）盧瑟福（質(zhì)子）蓋爾曼

夸克查德威克中子發(fā)現(xiàn)各種微粒的科學(xué)家道爾頓（原子）湯姆遜（電子）盧瑟福（質(zhì)子發(fā)現(xiàn)新粒子1932年發(fā)現(xiàn)了正電子后來還發(fā)現(xiàn)了一些粒子，質(zhì)量比質(zhì)子的質(zhì)量大，叫做超子。威爾遜云室里正電子“軌跡”物理實驗研究中，發(fā)現(xiàn)了很多反粒子現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的粒子多達400多種粒子加速器1937年發(fā)現(xiàn)了1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和發(fā)現(xiàn)新粒子1932年發(fā)現(xiàn)了正電子后來還發(fā)現(xiàn)了一些粒子，質(zhì)量比新粒子反粒子（反物質(zhì)）它們的質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過去發(fā)現(xiàn)的粒子相同，而電荷等其他性質(zhì)相反例如，電子和正電子，質(zhì)子和反質(zhì)子等由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)叫反物質(zhì)反粒子（反物質(zhì)）最顯著的特點是當它們與相應(yīng)的正粒子（物質(zhì)）相遇時，會發(fā)生“湮滅”，即同時消失而轉(zhuǎn)化成其他的粒子新粒子反粒子（反物質(zhì)）它們的質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過去發(fā)現(xiàn)新粒子1995美國費米國家加速器實驗室證實了頂夸克(TopQuark)的存在發(fā)現(xiàn)新粒子1995美國費米國家加速器實驗室證實了頂夸克(To粒子的分類按粒子與各種相互作用的關(guān)系，可分為三類強子輕子媒介子強子分類核子質(zhì)子、中子及其反粒子正反粒子電磁相互作用中間波色子媒介子質(zhì)子中子

......粒子名稱介子重子超子電子電子中微子......參與強相互作用輕子分類中微子電子不參與強相互作用光子

膠子

......光子分類傳遞作用弱相互作用膠子強相互作用傳遞各種相互作用粒子的分類按粒子與各種相互作用的關(guān)系，可分為三類強子輕子媒介新粒子的拓展希格斯玻色子別稱上帝粒子（Godparticle），是粒子物理學(xué)標準模型預(yù)言的一種自旋為零的玻色子。這種玻色子是物質(zhì)的質(zhì)量之源，是電子核夸克等形成質(zhì)量的基礎(chǔ)，其他粒子在這種粒子形成的場中游弋并產(chǎn)生慣性，進而形成質(zhì)量，構(gòu)筑成大千世界。2012年7月4日科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)了一個新粒子，與希格斯玻色子特征有吻合之處新粒子的拓展希格斯玻色子別稱上帝粒子（Godparticl新粒子的拓展2013年10月8日，諾貝爾物理學(xué)獎在瑞典揭曉，比利時理論物理學(xué)家佛朗索瓦·恩格勒和英國理論物理學(xué)家彼得·希格斯因希格斯玻色子的理論預(yù)言獲獎佛朗索瓦·恩格勒彼得·希格斯2014年6月，“上帝粒子”研究顯示“宇宙是不存在的”歐洲大型強子對撞機新粒子的拓展2013年10月8日，諾貝爾物理學(xué)獎在瑞典揭曉，粒子的其他分類方法按自旋分類泡利不相容原理分類自旋統(tǒng)計規(guī)律費米子（電子質(zhì)子中子各種重子）

玻色子（光子

介子K介子

介子）

半整數(shù)

1/2，3/2，...

整數(shù)

0或1等

服從不服從費米-狄拉克

統(tǒng)計分布波色-愛因斯坦

統(tǒng)計分布粒子的其他分類方法按自旋分類泡利不相容原理分類自旋統(tǒng)計規(guī)律費粒子的其他分類方法按壽命分類正粒子、反粒子正、反粒子物理量的絕對值都相同，但某些物理量(如電荷、磁矩等)的符號相反。粒子的其他分類方法按壽命分類正粒子、反粒子正、反粒子物理量的粒子的分類輕子（共12種）輕子數(shù)-1+1-1+1-1+1000電荷量

e

重子數(shù)

B

壽命自旋正反

粒子分類輕子電子

子

子

中微子1/20-1+1穩(wěn)定2.2穩(wěn)定說明：中微子系中性粒子，質(zhì)量為零，只參與弱相互作用粒子的分類輕子（共12種）輕子數(shù)-1+1-1+強子分類粒子的分類質(zhì)子、中子及其反粒子粒子名稱分類介子重子核子超子自旋整數(shù)1/2

(

超子3/2)

玻色子費米子強子分類粒子的分類質(zhì)子、中子及其反粒子粒子名稱分類介子重子核粒子的分類強子分類K介子和各種超子稱為奇異粒子。實驗中發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象：

協(xié)同產(chǎn)生:一個超子總是和一個或幾個K介子同時產(chǎn)生。奇異粒子協(xié)同產(chǎn)生的過程極快(約為10-23s),表明是在強相互作用下進行的；而衰變過程很慢(壽命約為

)，表明是在弱相互作用下進行的。粒子的分類強子分類K介子和各種超子稱為奇異粒子。實驗中發(fā)現(xiàn)以問題與練習(xí)請設(shè)計和繪制一個合理的表格，在表格中填上相關(guān)的內(nèi)容，全面概括你對粒子分類的了解電子、電子中微子、子、

子中微子、

子、子中微子強子介子重子K介子質(zhì)子、中子、超子輕子媒介子光子、中間玻色子、膠子問題與練習(xí)請設(shè)計和繪制一個合理的表格，在表格中填上相關(guān)的內(nèi)容知道強子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由夸克構(gòu)成知道夸克有六種知道夸克有分數(shù)電荷知道沒有發(fā)現(xiàn)獨立的夸克夸克模型知道強子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由夸克構(gòu)成知道夸克有六種知道夸克有分數(shù)電強子結(jié)構(gòu)的夸克模型（1964年）：

夸克模型下夸克d上夸克u奇夸克s粲夸克c底夸克b頂夸克t介子（夸克和反夸克組成）質(zhì)子中子重子（三個夸克組成）強子結(jié)構(gòu)的夸克模型（1964年）：

夸克模型下夸克d上夸克u夸克模型夸克模型的意義：

夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個重大突破，它指出電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分數(shù)電荷夸克禁閉：

夸克不能以自由的狀態(tài)單個出現(xiàn)，這種性質(zhì)稱為夸克的禁閉夸克模型夸克模型的意義：

夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個夸克模型中子內(nèi)有一個電荷量為

的上夸克和兩個電荷量為

的下夸克，一簡單模型師三個夸克都在半徑為r的同一圓周上，如圖所示。在下面給出的四幅圖中，能正確表示出各夸克所受靜電作用力的是（）B夸克模型中子內(nèi)有一個電荷量為

的上夸克和兩個電夸克的興趣拓展下夸克夸克質(zhì)量電荷e自旋重子數(shù)同位旋同位旋

分量奇異數(shù)超荷粲數(shù)底數(shù)頂數(shù)duscbt上夸克奇夸克粲夸克底夸克頂夸克0.0080.0040.151.54.71741/21/31/2-1/21/20000000+1/3+1/3-1-2/3+1/3+1/3+1/3000000000000000例如：質(zhì)子、奇異粒子、

介子-1/32/3-1/32/3-1/32/3+1+1+1夸克的興趣拓展下夸克夸克質(zhì)量電荷e自旋重子數(shù)同位旋同位旋

分夸克的興趣拓展電荷重子數(shù)奇異數(shù)自旋同位旋夸克的興趣拓展電荷重子數(shù)奇異數(shù)自旋同位旋夸克的興趣拓展電荷重子數(shù)奇異數(shù)自旋夸克的興趣拓展電荷重子數(shù)奇異數(shù)自旋夸克的興趣拓展d下夸克同位旋分量同位旋重子數(shù)自旋電荷e質(zhì)量夸克奇異數(shù)超荷粲數(shù)底數(shù)頂數(shù)uscbt

d上夸克奇夸克粲夸克底夸克頂夸克0.0080.0040.151.54.7174-1/32/3-1/32/3-1/32/31/21/31/2-1/21/2001/31/2-1/31/200-10000+1/3+1/3-2/3+1/3+1/3+1/300000+100000+100000+1電荷重子數(shù)奇異數(shù)自旋同位旋分量S=0J=1/2夸克的興趣拓展d下夸克同位旋分量同位旋重子數(shù)自旋電荷e質(zhì)量夸量子糾纏量子糾纏是粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統(tǒng)中相互影響的現(xiàn)象，雖然粒子在空間上可能分開。糾纏是關(guān)于量子力學(xué)理論最著名的預(yù)測。它描述了兩個粒子互相糾纏，即使相距遙遠距離，一個粒子的行為將會影響另一個的狀態(tài)。當