高中物理 第十九章 原子核 第8节 粒子和宇宙学案 新人教版选修3-5.doc

8粒子和宇宙1初步了解粒子物理学的基础知识。2初步了解恒星的演化。大爆炸理论给出了宇宙的起源，物理学的完整、和谐之美又得到了充分的体现，对于这一点你是怎么理解的？提示：人们从不认识大自然到逐步了解大自然，经历了一个漫长的历史阶段。从研究低速宏观物体，到研究物质的微观结构，也就是物理学向微观和宇宙两个领域的研究在今天又得到了初步的统一。研究宇宙到了微观粒子、研究物质结构到了微观粒子，两个领域走到了一起，这就是物理学的完整与和谐美。1“基本粒子”不基本在19世纪末，人们认为光子、_、_和_是组成物质的不可再分的最基本的粒子。20世纪后半期，科学家发现质子、中子也有着自己的复杂结构，于是基本粒子不再“基本”。2发现新粒子(1)新粒子：1932年发现正电子，1937年发现子，1947年发现k介子和介子；以后又发现了质量比质子大的粒子叫做_。(2)反粒子：实验中发现，对应着许多粒子都存在着质量、寿命、自旋等物理性质与它相同而电荷等其他性质_的粒子，叫做反粒子。(3)粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的不同关系，可以将粒子分为三大类：_、_和_。3夸克模型(1)什么是夸克：强子有着自己复杂的结构，它们由更为基本的成分组成，科学家认为这种成分叫夸克。(2)分类：_、_、奇异夸克、粲夸克、_、_共有6种，它们所带的电荷量分别为元电荷的_。每种夸克都有对应的反夸克。(3)意义：夸克理论的最大突破是，_不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。(4)夸克禁闭：夸克不能以_的状态单个出现，这种性质称为夸克禁闭。4宇宙的演化宇宙起源于一次大爆炸，这种理论被称为宇宙_理论。5恒星的演化恒星的最后归宿是：质量小于太阳质量的1.4倍的恒星会演变成_，即体积很小，质量不太小的恒星；质量大于_小于_太阳质量的恒星，会演变成_；更大质量的恒星，会演变成“_”。答案：1电子质子中子2(1)超子(2)相反(3)强子轻子媒介子3(2)上夸克下夸克底夸克顶夸克或(3)电子电荷(4)自由4大爆炸5白矮星1.4倍2倍中子星黑洞一、粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子说明强子强相互作用质子、中子、介子、超子质子是最早发现的强子，强子有内部结构，由“夸克”粒子构成；强子又分为介子和重子两类轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、子、子中微子、子、子中微子最早发现的轻子是电子，未发现有内部结构媒介子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子传递电磁相互作用；玻色子传递弱相互作用；胶子传递强相互作用二、宇宙的演化时间温度粒子宇宙形成之初“粒子家族”大爆炸之后约1044 s1032 k产生了夸克、轻子、胶子等粒子大爆炸之后约106 s1013 k夸克构成了质子和中子等强子，称为强子时代时间稍大于106 s1011 k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，称为轻子时代时间推移109 k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，此时称为核合成的时代。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104 k此时的宇宙由电子、质子和氦核的混合电离气体组成大爆炸10万年后3 000 k电子与质子复合成为中性的氢原子时间继续推移继续冷却质子、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和星系类型一 对粒子的理解【例题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的。u夸克带电荷量为e，d夸克的带电荷量为e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是()。a质子由1个u夸克和2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2个u夸克和1个d夸克组成解析：质子h带电荷量为2e(e)e中子n带电荷量为e2(e)0。答案：b题后反思：明确各种粒子的各种信息，是解决这类问题的关键。类型二 对宇宙演化的理解【例题2】 关于宇宙的成因，目前比较容易被接受的是宇宙起源于_。解析：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具代表性和多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，即认为宇宙起源于一次大爆炸。尽管“大爆炸”学说受到很多人的支持，但仍有很多不解之谜。答案：大爆炸题后反思：宇宙成因的说法很多，大爆炸理论是最具代表性的。1关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是()。a许多粒子都有自己的反粒子b把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各种相互作用的关系c质子属于强子d光子属于轻子2下列所述正确的是()。a原子是组成物质的不可再分的最小微粒b原子是最大的微粒c原子由原子核和核外电子构成，质子和中子组成了原子核d质子、中子本身也是复合粒子，它们也有着自己复杂的结构3下列说法中正确的是()。a太阳是宇宙的中心b太阳系中只存在太阳和它的八大行星c太阳系是由太阳和若干行星以及它们的卫星还有彗星组成的d以上说法都正确4如图所示，中子内有一个电荷量为的上夸克和两个电荷量为的下夸克，这一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，下图给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是()。5“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式。它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)，并且放出一个中微子的过程。中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的。一个静止的原子的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子。下面的说法中正确的是()。a母核的质量数等于子核的质量数b母核的电荷数大于子核的电荷数c子核的动量与中微子的动量相同d子核的动能大于中微子的动能答案：1abc2cd质子、中子本身也是复合粒子。由此可知，质子、中子不是构成物质的最小微粒。