【优品】高中物理3-5-优品 19.8 粒子和宇宙 课件

1、 8 粒 子 和 宇 宙1. 了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史；2. 知道高能加速器是粒子物理学研究的工具。3. 知道反粒子与粒子的关系。知道夸克可以带分数电荷。4. 初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一。学习目标 预读教材，了解知识，感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法；了解构成物质的粒子和宇宙演化过程。 通过探究讨论学习，能够突破传统思维理解各种微观粒子模型。设计思路关于物质结构的探寻是否还有其他的微观粒子？19世纪末，人们认为原子是组成物质的最小微粒 道尔顿发现夸克盖尔曼经典散射实验，发现质子卢瑟福发现了原子内部结构中的电子 汤姆逊查德威克发现中子新课导入一、“

2、基本粒子”不基本新课讲授 人们逐渐意识到，这些我们认为的“基本粒子”，实际并不基本。还有很多我们并不了解的粒子等待发现。 1.“基本粒子”不基本 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。 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。 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。2. 发现新粒子 为了探寻这些新粒子，实验物理学家想了各种办法，图中美丽的花树实际是在人造云室的强磁场中，携带电荷的粒子受洛伦兹力偏转的踪迹。这是比较原始的实验方法经过半个多世纪的发展，欧洲核子中心（CERN）建

3、造了迄今最为庞大的双圈强子对撞机 LHC 大型强子对撞机是世界上最大、能量最高的粒子加速器，它的核心就是一系列探测中心以及先进的第三代同步加速器2. 发现新粒子2. 发现新粒子 2012年7月4日，位于瑞士日内瓦的欧洲核子中心在发布会上向全球宣布，在双光子道和轻子道分别以6个西格玛的标准差探测到了希格斯玻色子(Higgs)。人们发现并证实了标准模型预言中最后一种粒子，这是现代物理学的一大步！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 爱因斯坦统计分布泡利原理

4、3.粒子的分类 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。但反粒子由于很容易湮灭，所以很难长时间存活。欧核反粒子的存储装置演示，原理简单的说就是用迅速变换的电场制作的牢笼电性、磁矩3.粒子的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 ：由于自旋为 2，无法量子化，尚未囊括进标准模型、静止质量和电荷为零，以光速运动。 光 子：自旋为 1，是玻色子。相互作用3.粒子的分类分类粒子名称自旋介子、 、 K介子等整数玻色子重子核子质子、中子及其反粒子1/2(超子 3/2)费密子超子 超子及反粒子强子分类轻子分类（共12种）中微子系中性粒子，质

5、量为零，只参与弱相互作用。分类正反粒子自旋电荷量e重子数B轻子数Le、L、L寿命10-6 s轻子电子e- e+1/2-1 +10-1 +1稳定子- +-1 +12.2子- +-1 +1 2.3中微子e e0稳定 0 0下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t4.夸克模型1964年提出强子结构夸克模型 介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）六种夸克夸克质量电荷e自旋重子数同位旋同位旋分量奇异数超荷粲数底数顶数d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3

6、000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t顶夸克1742/30+1/300+1费米子与玻色子的夸克图大爆炸理论 (The Big Bang Theory)宇宙从一个“奇点”爆炸产生大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生时间的零点二、宇宙和恒星的演化 1929年埃德温哈勃提出宇宙膨胀理论，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。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。1.大爆炸理论 1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。“整个空间”可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。1.大爆炸理论 根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这