8　粒子和宇宙.ppt

新课标人教版课件系列,高中物理选修3-5,19.8粒子和宇宙,教学目标,1、知识与技能（1）了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史；（2）初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一。2、过程与方法（1）感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法；（2）能够突破传统思维重新认识客观物质世界。3、情感、态度与价值观（1）让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性；（2）培养学生的科学探索精神。,教学重点：了解构成物质的粒子和宇宙演化过程教学难点：各种微观粒子模型的理解教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。教学用具：（1）Internet网络素材、报刊杂志、影视媒体等；（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件（基于网络环境）播放等。,第十九章原子核,第八节粒子和宇宙,比比谁小,分子由_构成，不同原子构成_分子，相同原子构成_分子。原子是由位于中心的_和核外高速旋转的_构成的。（电子带_电，原子核带_电）原子核是由_和_构成的。（质子带_电，中子_电）质子和中子都是由_组成的。,原子,化合物,单质,原子核,电子,负,正,质子,中子,不带,夸克,正,盖尔曼（夸克）,道尔顿（原子）,汤姆逊（电子）,卢瑟福（质子）,查德威克（中子）,盖尔曼（夸克）,发现各种微粒的科学家,一、“基本粒子”不基本,1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(TopQuark)的存在,二、发现新的粒子,粒子的分类,1.按自旋分类,2.共振态粒子寿命极短（约10-23s）,4.按相互作用分类(参与),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。,引力子自旋应为2、静止质量和电荷为零，以光速运动。,光子自旋为1，是玻色子,3.正粒子、反粒子,轻子（共12种）,中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。,说明,强子分类,K介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象,协同产生:一个超子总是和一个或几个K介子同时产生。,奇异粒子协同产生的过程极快(约为10-23s),表明是在强相互作用下进行的；而衰变过程很慢(寿命约为10-810-10s)，表明是在弱相互作用下进行的。,强子结构的夸克模型,强子结构夸克模型(1964年)：介子（夸克和反夸克组成）重子（三个夸克组成）,粲夸克c底夸克b顶夸克t,三、夸克模型,1.质子(uud),电荷,重子数,奇异数,自旋,同位旋,2.奇异粒子（uus）,电荷,重子数,奇异数,自旋,3.+介子,重子数,电荷,奇异数,自旋,同位旋分量,四种基本相互作用,1.四种基本相互作用的性质,相互作用是通过交换一定粒子实现的,引力子尚未被实验证实,弱电统一理论:电磁相互作用和弱相互作用被看作是一种相互作用。,大统一理论试图将强、电、弱三种相互作用统一起来。,1983年，鲁比亚实验组在高能质子反质子对撞试验中发现了W+、W-和Z0粒子。为60年代提出的弱电统一理论提供了实验上的支持。,欧洲核子中心高能质子同步加速器上的UAI探测器,四、宇宙的演化,宇宙从何而来？,大爆炸理论(TheBigBangTheory)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,早在1929年，埃德温哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现，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。换言之，宇宙正在不断膨胀。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。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。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。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。,大爆炸宇宙论,从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：大爆炸开始时150200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。大爆炸后10-43秒宇宙从量子背景出现。大爆炸后10-35秒同一场分解为强力、电弱力和引力。大爆炸后10-5秒10万亿度，质子和中子形成。大爆炸后0.01秒1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。大爆炸后0.1秒后300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。大爆炸后1秒后100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。大爆炸后13.8秒后30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。大爆炸后35分钟后3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。大爆炸后30万年后3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。,五、恒星的演化,粒子物理和