人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案1：5 5“基本”粒子

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE35.5“基本”粒子〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.了解構(gòu)成物質(zhì)的“基本”粒子。2.了解近代發(fā)現(xiàn)的粒子。3.知道粒子的分類。4.了解夸克模型的內(nèi)容?！蓟A(chǔ)知識(shí)〗1.“基本粒子”不“基本”到19世紀(jì)末,人們認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒。后來(lái),認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的“基本粒子”。隨后,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計(jì)的不同種類的新粒子,又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。2.發(fā)現(xiàn)新粒子(1)1932年發(fā)現(xiàn)了正電子,1937年發(fā)現(xiàn)了μ子,1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和π介子。后來(lái)還發(fā)現(xiàn)了一些粒子,質(zhì)量比質(zhì)子的質(zhì)量大很多,叫作超子。(2)粒子的質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過(guò)去已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子相同，而電荷等其他性質(zhì)相反，這些粒子叫作反粒子。例如,電子的反粒子是正電子,它的電荷量與電子相同,但帶的是正電荷。質(zhì)子的反粒子是反質(zhì)子,它的電荷量與質(zhì)子相同,但帶的是負(fù)電荷。3.粒子的分類(1)強(qiáng)子:強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子。質(zhì)子和中子都是強(qiáng)子。(2)輕子:輕子不參與強(qiáng)相互作用。最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子,后來(lái)發(fā)現(xiàn)的輕子有電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子。(3)規(guī)范玻色子:規(guī)范玻色子是傳遞各種相互作用的粒子,如光子、中間玻色子（W和Z玻色子）、膠子。光子傳遞電磁相互作用,中間玻色子傳遞弱相互作用,膠子傳遞強(qiáng)相互作用。(4)希格斯玻色子:希格斯玻色子是希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)?；玖Ｗ右蚺c希格斯場(chǎng)耦合而獲得質(zhì)量。4.夸克模型(1)夸克的提出:1964年美國(guó)物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型,認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。(2)夸克的種類:上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)。(3)夸克所帶電荷:夸克所帶的電荷量是分?jǐn)?shù)電荷量,即其電荷量為元電荷的QUOTE-13-1或+QUOTE2323。例如,上夸克帶的電荷量為+QUOTE2e32e3下夸克帶的電荷量為QUOTE-e3-e3(4)意義:電子電荷不再是電荷的最小單位,即存在分?jǐn)?shù)電荷?！家c(diǎn)歸納〗1.新粒子的發(fā)現(xiàn)(1)1931～1940年發(fā)現(xiàn)正電子μ子。(2)1941～1950年發(fā)現(xiàn)K介子和π介子。(3)1951～1960年發(fā)現(xiàn)反質(zhì)子和電子中微子。(4)1861～1870年發(fā)現(xiàn)μ子中微子。(5)1971～1980年發(fā)現(xiàn)τ子、膠子、3/4介子。(6)1981～1990年發(fā)現(xiàn)W和Z玻色子。(7)1991～2000年發(fā)現(xiàn)τ子中微子。(8)2001～至今發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子。2.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用質(zhì)子、中子、介子、超子強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強(qiáng)子又可分為介子和重子輕子不參與強(qiáng)相互作用電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)范玻色子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強(qiáng)相互作用希格斯玻色子目前最后一個(gè)被發(fā)現(xiàn)是由希格斯的量子激發(fā)〖課堂探究〗思考：圖為歐洲粒子加速器,能使粒子獲得13萬(wàn)億電子伏特的能量。(1)高速粒子碰撞能產(chǎn)生一些新的粒子,試說(shuō)出部分20世紀(jì)30年代以來(lái)發(fā)現(xiàn)的新粒子。(2)隨著新粒子的發(fā)現(xiàn),質(zhì)子與中子為什么不再被稱為“基本粒子”?〖典例精析〗例1關(guān)于粒子,下列說(shuō)法正確的是 ()A.電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子B.強(qiáng)子中都是帶電的粒子C.夸克模型是探究三大類粒子結(jié)構(gòu)的理論D.夸克模型說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位由于質(zhì)子、中子是由不同夸克組成的,它們不是最基本的粒子,例2(多選)下列關(guān)于夸克模型的說(shuō)法正確的是 ()A.強(qiáng)子是由更基本的夸克組成的B.夸克的電荷量分別為元電荷的+QUOTE2323或QUOTE-13-13C.每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克D.夸克能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)〖課堂達(dá)標(biāo)〗1．除了氦以外，恒星中最常見(jiàn)的化學(xué)元素是（）A．氫 B．鐵 C．碳 D．鈉2.(多選)下列說(shuō)法中正確的是 ()A.目前還未發(fā)現(xiàn)媒介子、輕子和夸克這三類粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)B.自然界存在著能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律及電荷守恒定律,對(duì)基本粒子不適用C.反粒子與其對(duì)應(yīng)的粒子相遇時(shí),會(huì)發(fā)生湮滅現(xiàn)象D.強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子,質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子3.(多選)下列敘述正確的是 ()A.強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子B.輕子是不參與強(qiáng)相互作用的粒子C.目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有8種D.夸克有6種,它們帶的電荷量分別為元電荷的+QUOTE2323或QUOTE-13-134．2010年3月31日，歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)現(xiàn)首次質(zhì)子束對(duì)撞成功。科學(xué)家希望以接近光速飛行的質(zhì)子在發(fā)生撞擊之后，能模擬宇宙大爆炸的能量，并產(chǎn)生新的粒子，幫助人類理解暗物質(zhì)、反物質(zhì)以及其他超對(duì)稱現(xiàn)象，從根本上加深了解宇宙本質(zhì)，揭示宇宙形成之謎。歐洲科研機(jī)構(gòu)宣布他們已經(jīng)制造出9個(gè)反氫原子。問(wèn)題探究：(1)什么是反粒子？(2)請(qǐng)推測(cè)反氫原子的結(jié)構(gòu)？

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖課堂探究〗思考：（1）介子、超子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子等。（2）因?yàn)橘|(zhì)子與中子也有著復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu),它們也是由更基本的粒子組成,質(zhì)子與中子不再被稱為“基本粒子”?！嫉淅觥嚼?〖答案〗D〖解析〗不同夸克構(gòu)成強(qiáng)子,有的強(qiáng)子帶電,有的強(qiáng)子不帶電,故A、B錯(cuò)誤;夸克模型是研究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的理論,不同夸克帶電不同,分別為+QUOTE2e32e3和QUOTE-e3-e3,說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位,C錯(cuò)誤,D正確。例2〖答案〗ABC〖解析〗夸克不能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn),D錯(cuò)誤,A、B、C正確?！颊n堂達(dá)標(biāo)〗1.〖答案〗A〖解析〗除了氦以外，恒星中最常見(jiàn)的化學(xué)元素是氫。A．氫與分析相符，故A正確。B．鐵與分析不符，故B錯(cuò)誤。C．碳與分析不符，故C錯(cuò)誤。D．鈉與分析不符，故D錯(cuò)誤。2.〖答案〗ACD〖解析〗媒介子、輕子和夸克在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)中還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu),故A正確;自然界存在著能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律及電荷守恒定律,對(duì)基本粒子同樣適用,故B錯(cuò)誤;粒子與其反粒子帶等量異種電荷,反粒子與其對(duì)應(yīng)的粒子相遇時(shí)會(huì)發(fā)生湮滅現(xiàn)象,故C正確;強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子,質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子,中子、介子和超子也是強(qiáng)子,故D正確。3.〖答案〗ABD〖解析〗由三類粒子的特性可知A、B正確;而目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有6種,C錯(cuò)誤;夸克模型經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,已知夸克有6種,它們帶的電荷分別為元電荷的+QUOTE2323或QUOTE-13-13,D正確。4.〖答案〗(1)“反粒子”與“正粒子”具有相同的質(zhì)量，但帶有等量的異種電荷。(2)“反氫原子”應(yīng)該具有與氫原子相同的質(zhì)量，相反的電荷符號(hào)且相等的電荷量，所以反氫原子是eq\o\al(1,－1)H核和eq\o\al(0,1)e構(gòu)成的。5.5“基本”粒子〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.了解構(gòu)成物質(zhì)的“基本”粒子。2.了解近代發(fā)現(xiàn)的粒子。3.知道粒子的分類。4.了解夸克模型的內(nèi)容。〖基礎(chǔ)知識(shí)〗1.“基本粒子”不“基本”到19世紀(jì)末,人們認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒。后來(lái),認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的“基本粒子”。隨后,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計(jì)的不同種類的新粒子,又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。2.發(fā)現(xiàn)新粒子(1)1932年發(fā)現(xiàn)了正電子,1937年發(fā)現(xiàn)了μ子,1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和π介子。后來(lái)還發(fā)現(xiàn)了一些粒子,質(zhì)量比質(zhì)子的質(zhì)量大很多,叫作超子。(2)粒子的質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過(guò)去已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子相同，而電荷等其他性質(zhì)相反，這些粒子叫作反粒子。例如,電子的反粒子是正電子,它的電荷量與電子相同,但帶的是正電荷。質(zhì)子的反粒子是反質(zhì)子,它的電荷量與質(zhì)子相同,但帶的是負(fù)電荷。3.粒子的分類(1)強(qiáng)子:強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子。質(zhì)子和中子都是強(qiáng)子。(2)輕子:輕子不參與強(qiáng)相互作用。最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子,后來(lái)發(fā)現(xiàn)的輕子有電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子。(3)規(guī)范玻色子:規(guī)范玻色子是傳遞各種相互作用的粒子,如光子、中間玻色子（W和Z玻色子）、膠子。光子傳遞電磁相互作用,中間玻色子傳遞弱相互作用,膠子傳遞強(qiáng)相互作用。(4)希格斯玻色子:希格斯玻色子是希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)?；玖Ｗ右蚺c希格斯場(chǎng)耦合而獲得質(zhì)量。4.夸克模型(1)夸克的提出:1964年美國(guó)物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型,認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。(2)夸克的種類:上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)。(3)夸克所帶電荷:夸克所帶的電荷量是分?jǐn)?shù)電荷量,即其電荷量為元電荷的QUOTE-13-1或+QUOTE2323。例如,上夸克帶的電荷量為+QUOTE2e32e3下夸克帶的電荷量為QUOTE-e3-e3(4)意義:電子電荷不再是電荷的最小單位,即存在分?jǐn)?shù)電荷?！家c(diǎn)歸納〗1.新粒子的發(fā)現(xiàn)(1)1931～1940年發(fā)現(xiàn)正電子μ子。(2)1941～1950年發(fā)現(xiàn)K介子和π介子。(3)1951～1960年發(fā)現(xiàn)反質(zhì)子和電子中微子。(4)1861～1870年發(fā)現(xiàn)μ子中微子。(5)1971～1980年發(fā)現(xiàn)τ子、膠子、3/4介子。(6)1981～1990年發(fā)現(xiàn)W和Z玻色子。(7)1991～2000年發(fā)現(xiàn)τ子中微子。(8)2001～至今發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子。2.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用質(zhì)子、中子、介子、超子強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強(qiáng)子又可分為介子和重子輕子不參與強(qiáng)相互作用電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)范玻色子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強(qiáng)相互作用希格斯玻色子目前最后一個(gè)被發(fā)現(xiàn)是由希格斯的量子激發(fā)〖課堂探究〗思考：圖為歐洲粒子加速器,能使粒子獲得13萬(wàn)億電子伏特的能量。(1)高速粒子碰撞能產(chǎn)生一些新的粒子,試說(shuō)出部分20世紀(jì)30年代以來(lái)發(fā)現(xiàn)的新粒子。(2)隨著新粒子的發(fā)現(xiàn),質(zhì)子與中子為什么不再被稱為“基本粒子”?〖典例精析〗例1關(guān)于粒子,下列說(shuō)法正確的是 ()A.電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子B.強(qiáng)子中都是帶電的粒子C.夸克模型是探究三大類粒子結(jié)構(gòu)的理論D.夸克模型說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位由于質(zhì)子、中子是由不同夸克組成的,它們不是最基本的粒子,例2(多選)下列關(guān)于夸克模型的說(shuō)法正確的是 ()A.強(qiáng)子是由更基本的夸克組成的B.夸克的電荷量分別為元電荷的+QUOTE2323或QUOTE-13-13C.每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克D.夸克能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)〖課堂達(dá)標(biāo)〗1．除了氦以外，恒星中最常見(jiàn)的化學(xué)元素是（）A．氫 B．鐵 C．碳 D．鈉2.(多選)下列說(shuō)法中正確的是 ()A.目前還未發(fā)現(xiàn)媒介子、輕子和夸克這三類粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)B.自然界存在著能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律及電荷守恒定律,對(duì)基本粒子不適用C.反粒子與其對(duì)應(yīng)的粒子相遇時(shí),會(huì)發(fā)生湮滅現(xiàn)象D.強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子,質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子3.(多選)下列敘述正確的是 ()A.強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子B.輕子是不參與強(qiáng)相互作用的粒子C.目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有8種D.夸克有6種,它們帶的電荷量分別為元電荷的+QUOTE2323或QUOTE-13-134．2010年3月31日，歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)現(xiàn)首次質(zhì)子束對(duì)撞成功?？茖W(xué)家希望以接近光速飛行的質(zhì)子在發(fā)生撞擊之后，能模擬宇宙大爆炸的能量，并產(chǎn)生新的粒子，幫助人類理解暗物質(zhì)、反物質(zhì)以及其他超對(duì)稱現(xiàn)象，從根本上加深了解宇宙本質(zhì)，揭示宇宙形成之謎。歐洲科研機(jī)構(gòu)宣布他們已經(jīng)制造出9個(gè)反氫原子。問(wèn)題探究：(1)什么是反粒子？(2)請(qǐng)推測(cè)反氫原子的結(jié)構(gòu)？

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖課堂探究〗思考：（1）介子、超子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子等。（2）因?yàn)橘|(zhì)子與中子也有著復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu),它們也是由更基本的粒子組成,質(zhì)子與中子不再被稱為“基本粒子”?！嫉淅觥嚼?〖答案〗D〖解析〗不同夸克構(gòu)成強(qiáng)子,有的強(qiáng)子帶電,有的強(qiáng)子不帶電,故A、B錯(cuò)誤;夸克模型是研究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的理論,不同夸克帶電不同,分別為+QUOTE2e32e3和QUOTE-e3-e3,說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位,C錯(cuò)誤,D正確。例2〖答案〗ABC〖解析〗夸克不能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn),D錯(cuò)誤,A、B、C正確?！颊n堂達(dá)標(biāo)〗1.〖答案〗A〖解析〗除了氦以外，恒星中最常見(jiàn)的化學(xué)元素是氫。A．氫與分析相符，故A正確。B．鐵與分析不符，故B錯(cuò)誤。C．碳與分析不符，故C錯(cuò)誤。D．鈉與分析不符，故D錯(cuò)誤。2.〖答案〗ACD〖解析〗媒介子、輕子和夸克在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)中還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu),故A正確;自然界存在著能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律及電荷守恒定律,對(duì)基本粒子同樣適用,故B錯(cuò)誤;粒子與其反粒子帶等量異種電荷,反粒子與其對(duì)應(yīng)的粒子相遇時(shí)會(huì)發(fā)生湮