山东省成武一中高中物理 19.8 粒子和宇宙课件 新人教版选修35.ppt

1 了解有关新粒子的情况 2 了解恒星及宇宙的演化情况 过程与方法在网上查阅关于粒子和宇宙的相关资料 丰富自己的课外知识 情感 态度与价值观培养探索宇宙 探索自然奥妙的情趣 1 许多粒子都存在着 等物理性质与它相同而 等其他性质相反的粒子 叫做反粒子 2 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 轻子和 1 强子是参与 相互作用的粒子 是最早发现的强子 2 轻子是 强相互作用的粒子 最早发现的轻子是 3 是传递各种相互作用的粒子 如光子等 3 许多实验事实表明 强子是有 结构的 强子由 的成分组成 这种成分叫做夸克 夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破 它指出电子电荷 电荷的最小单元 即存在 电荷 答案 1 质量电荷2 强子媒介子 1 强质子 2 不参与电子 3 媒介子3 内部更基本不再是分数 知识点1粒子直到19世纪末 人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒 后来发现了电子 质子和中子 随着科学家们的研究 逐步发现了数以百计的不同种类的新粒子 它们不是由质子 中子 电子组成的 又发现质子 中子等本身是复合粒子 并且还有着自己的复杂结构 所以电子 质子 中子并不是组成物质世界的基本粒子 1 新粒子的发现 2 粒子的分类现在已经发现的粒子达400余种 可将其分为三大类 强子 轻子和媒介子 强子强子是参与强相互作用的粒子 质子是最早发现的强子 强子又分为介子和重子两类 同时强子也有内部结构 轻子轻子是不参与强相互作用的粒子 最早发现的轻子是电子 后来又发现了电子中微子 子和 子中微子 子和 子中微子 每种轻子都有对应的反粒子 媒介子媒介子是传播各种相互作用的粒子 如光子 中间玻色子 胶子 光子传递电磁相互作用 中间玻色子传递弱相互作用 胶子传递强相互作用 3 夸克模型 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 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 夸克所带电荷 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 答案 b 解析 题目中给出的信息是u夸克与d夸克的带电荷量 故应从质子带一个元电荷的电荷量 中子不带电的角度考虑 知识点2宇宙和恒星的演化 1 宇宙的演化宇宙形成之初是 粒子家族 尽显风采的时期 强子时代 大爆炸之后约10 44s 温度为1032k 产生了夸克 轻子 胶子等粒子 约10 6s后 温度为1013k左右 夸克构成了质子和中子等强子 轻子时代 温度下降到1011k时 只剩下少量夸克 大量自由的光子 中微子和电子存在 核合成时代 温度下降到109k时 中子和质子结合成氘核 并很快生成氦核等轻核 温度降到104k时 宇宙由电子 质子和氦核混合电离气体组成 当温度降到3000k时 电子与质子复合成中性的氢原子 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 2 恒星的演化 例2 天文学家测得银河系中氦的含量约为25 有关研究表明 宇宙中氦生成的途径有两条 一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的 二是在宇宙演化到恒星诞生后 由恒星内部的氢核聚变反应生成的 1 把氢核聚变反应简化为4个氢核 h 聚变成氦核 he 同时放出2个正电子 e 和2个中微子 e 请写出该氢核聚变反应的方程 并计算一次反应释放的能量 2 研究表明 银河系的年龄约为t 3 8 1017s 每秒钟银河系产生的能量约为1 1037j 即p 1 1037j s 现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应 试估算银河系中氦的含量 最后结果保留一位有效数字 3 根据你的估算结果 对银河系中氦的主要生成途径作出判断 可能用到的数据 银河系质量约为m 3 1041kg 原子质量单位1u 1 66 10 27kg 1u相当于1 5 10 10j的能量 电子质量me 0 0005u 氦核质量m 4 0026u 氢核质量mp 1 0078u 中微子 e质量为零 答案 1 4 14 10 12j 2 2 3 银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的 解析 1 4h he 2e 2 e m 4mp m 2me e mc2 4 14 10 12j 3 由估算结果可知 k 2 远小于25 的实际值 所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的 1 粒子分类概览 2 宇宙的演化过程 隐藏巨大奥秘的真空真空 基本粒子的奇幻世界理应 没有任何物质 的真空中却活跃着基本粒子 什么是真空 是虚无 是宇宙 在许多人的心目中 真空就是没有空气的空间 环顾四周 我们可以看到真空包装袋 暖水瓶的瓶胆 电灯泡等等 它们都是利用了真空的产品 其实 真空中隐藏着巨大的奥秘 在小到不能再小的微观世界 竟然可以从什么也没有的真空飞出许多基本粒子来 这样的基本粒子不计其数 而且它们急匆匆地一会儿生成 一会儿消失 真空 绝非我们想象中 静止 的 什么也没有的空间 相反地 真空是一种正在发生着激烈活动的场所 是不可思议的奇异环境 要搞清楚真空是什么 就不得不涉及 物质的本质 和 宇宙如何演化 这两个难题 探索真空的本质属于现代科学的尖端课题 现在 就让我们踏上探索真空神秘本质的科学之旅吧 真空真的是 什么都没有 吗 到真空环境中实地检测一下 从 低压 真空到产生基本粒子的真空通常 我们说宇宙空间是没有空气的真空 真空一词 字面意思就是 完全空 空无一物 什么都没有 但是 实地检测一下航天飞机轨道附近的空间 却发现那里仍然存在着稀薄的空气 即使是真空包装袋和暖水瓶瓶胆夹层里面 也不是什么都没有 我们无论采用什么办法 都无法使我们所说的真空真的是 没有一点空气 我们所说的真空 不过是 空气极其稀薄的空间 罢了 于是 我们就要懂得 空气稀薄 是什么意思 我们知道 空气主要由氧分子和氮分子组成 而且这些分子总是在不停地飞来飞去 譬如说 通常处在一个标准大气压下的空气 其中每立方厘米包含有1019个分子 也就是说 在一粒骰子大小的空间中就有1万亿的1000万倍那样多数不清的分子在其中飞来飞去 空气中分子的数量如此巨大 如果用所包含的分子数来表示空气是浓密还是稀薄 显然很不方便 通常 我们就用气压来表示空气的稀密程度 下面 我们来看什么是一个密闭容器里的气压 容器里飞来飞去的气体分子一直在频繁地撞击容器壁 其趋势是向外推挤容器壁 单个分子碰在器壁上产生的力自然是微不足道的 然而同时碰在器壁上的分子数目非常巨大 合起来就是很大的力 这种推力就是气压 气压的性质是 当温度和体积不变时 容器中的空气越稀薄 也就是说容器中气体分子的数越少 气压越低 在自然环境中 海拔越高