粒子和宇宙(1)

1、编辑编辑ppt第十九章第十九章 原子核原子核第八节第八节 粒子和宇宙粒子和宇宙编辑编辑ppt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。原子原子化合物化合物单质单质原子核原子核电子电子负负正正质子质子中子中子不带不带夸克夸克正正编辑编辑ppt道尔顿道尔顿（原子）（原子）汤姆逊汤姆逊（电子）（电子）卢瑟福卢瑟福（质子）（质子）查德威克查德威克（中子）（中子）盖尔曼盖尔曼（夸克夸克）发现各种微粒的科学家发现各种微粒的科学家

2、编辑编辑ppt一、一、“基本粒子基本粒子”不基不基本本编辑编辑ppt 1897年汤姆生发现电子，年汤姆生发现电子，1911年卢瑟福年卢瑟福提出原子的核式结构。继而又发现了光子，提出原子的核式结构。继而又发现了光子，并认为并认为“光子、电子、质子、中子光子、电子、质子、中子”是组成是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基基本粒子本粒子”。那么随着科学技术的发展。那么随着科学技术的发展“它们它们”还是不是真正意义上的还是不是真正意义上的“基本基本”粒子呢？粒子呢？编辑编辑ppt二、发现新粒子二、发现新粒子编辑编辑ppt 1 1、人们在对宇宙研究的同时发现了一些

3、、人们在对宇宙研究的同时发现了一些新新的粒子的粒子。 （1）1932年发现年发现正电子正电子；1937年发现年发现子子； （2）1947年发现年发现K介子与介子与介子介子。实验中发现。实验中发现了许多反粒子，现在发现的了许多反粒子，现在发现的粒子多达粒子多达400多种。多种。 （3）许多粒子都存在着质量与它相同而电荷）许多粒子都存在着质量与它相同而电荷磁矩等物理性质相反的粒子，叫做磁矩等物理性质相反的粒子，叫做反粒子反粒子。 （4）按粒子与各种相互作用的关系，可分为）按粒子与各种相互作用的关系，可分为三大类：三大类：强子、轻子和媒介子强子、轻子和媒介子。编辑编辑ppt 2、按粒子与各种相互作用

4、的关系、按粒子与各种相互作用的关系 粒子的分类是：粒子的分类是：介子的静态质量介于轻子和重子之间，超子是超子是质量超过核子（中子、质子）的各种重子。编辑编辑ppt三、夸克模型三、夸克模型 如果原子理论够疯狂，那么研究比原如果原子理论够疯狂，那么研究比原子微粒更小的次原子微粒可以说是令人疯子微粒更小的次原子微粒可以说是令人疯狂至极。夸克被称为狂至极。夸克被称为“基本粒子基本粒子”，并属，并属于原子粒子（质子、中子）的组成要素。于原子粒子（质子、中子）的组成要素。1919世纪世纪6060年代，这一理论问世，却仅仅作年代，这一理论问世，却仅仅作为人们解释未知事物的抽象概念。经过几为人们解释未知事物的

5、抽象概念。经过几十年后，进一步的研究以及挖掘到的证据十年后，进一步的研究以及挖掘到的证据造就了夸克模型的产生，最终使人们信服造就了夸克模型的产生，最终使人们信服了这种理论的正确性。了这种理论的正确性。编辑编辑ppt 实验证明强子是有内部结构的，实验证明强子是有内部结构的，1964年提出的夸克模型证明强子由更基本的粒年提出的夸克模型证明强子由更基本的粒成分组成，这种成分叫做成分组成，这种成分叫做夸克夸克。夸克由六。夸克由六种模型：种模型：上夸克上夸克d、下夸克、下夸克u 、奇异夸克、奇异夸克s、粲夸克粲夸克c，底夸克，底夸克b、顶夸克、顶夸克t。编辑编辑ppt强子结构的夸克模型强子结构的夸克模型

6、 下夸克下夸克 d 上夸克上夸克 u 奇夸克奇夸克 s强子结构夸克模型强子结构夸克模型 (1964年年 ) ：介子（夸克和反夸克组成）介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）重子（三个夸克组成）粲夸克粲夸克 c 底夸克底夸克 b 顶夸克顶夸克 t编辑编辑ppt由于一种叫“夸克禁闭”的现象，夸克不能够直接被观测到，或是被分离出来，只能够在强子里面找到。对夸克的所知大都是间接的来自对强子的观测。“基本粒子不基本、基本电荷非整数编辑编辑ppt编辑编辑ppt编辑编辑ppt 1995美国费米国家加速器实验室证实美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克了顶夸克(Top Quark)的存在的存在编辑编辑p

7、pt四、宇宙的演化四、宇宙的演化 “疯狂疯狂”而正确的而正确的宇宙理论：宇宙大爆炸！宇宙理论：宇宙大爆炸！ 从最初的地心论到日心说，再到现在的宇宙大爆炸，我们对宇宙的认识越来越深。而在这个漫长的过程中，有些理论看似合理却被证明是错误的，而有些理论虽然看上去非常疯狂，但却被证实是正确的。编辑编辑ppt 物理学中有一个非常有趣的现象：研物理学中有一个非常有趣的现象：研究微观粒子物理、量子理论、与研究宇宙究微观粒子物理、量子理论、与研究宇宙的理论竟然相互沟通，相互支持。正如诺的理论竟然相互沟通，相互支持。正如诺贝尔物理学奖学者格拉肖所说：贝尔物理学奖学者格拉肖所说：“隐藏在隐藏在原子内心的，是宇宙结

8、构的秘密。原子内心的，是宇宙结构的秘密。”，那，那么么宇宙到底从何而来呢？宇宙到底从何而来呢？编辑编辑ppt大爆炸理论大爆炸理论 (The Big Bang Theory)宇宙从一个宇宙从一个“奇点奇点”爆炸产生爆炸产生 大爆炸模型认为大爆炸模型认为, ,最初的宇最初的宇宙是连宙是连10-2510-25厘米也未充满的超高厘米也未充满的超高温、温、 高密度的高密度的“一点一点”。大约。大约180180亿年前亿年前, ,这这“一点一点”突然爆炸了突然爆炸了, ,仅仅用用10-36秒秒，伴随着真空相转移的过伴随着真空相转移的过冷却现象冷却现象, , “一点一点”做了瞬间几十做了瞬间几十个数量级的膨胀

9、个数量级的膨胀, ,成为一个厘米规成为一个厘米规模的宇宙。模的宇宙。编辑编辑ppt编辑编辑ppt 这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球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传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开发生，从一开 始就充满整个空间的那种爆始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。子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。整个空间整个空间可以指的是整个无限的宇宙，或可以指的

10、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。来位置的有限宇宙。编辑编辑ppt宇宙大爆炸理论：宇宙大爆炸理论： (Big Bang)是一种学说是一种学说,是根据天文观是根据天文观测研究后得到的一种设想测研究后得到的一种设想.大约在大约在150亿年亿年前前,宇宙所有的物质都高度密集在一点宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着有着极高的温度极高的温度,因而发生了巨大的爆炸因而发生了巨大的爆炸.大爆炸大爆炸以后以后,物质开始向外大膨胀物质开始向外大膨胀,就形成了今天我就形成了今天我们看到的宇宙们看到的宇宙.现在，许多科学家都支持这现在

11、，许多科学家都支持这一说法，并产生了大量的科学证据证明这一说法，并产生了大量的科学证据证明这一学说。一学说。编辑编辑ppt 爆炸之初，物质只能以爆炸之初，物质只能以中子中子、质子质子、电子、电子、光子光子和和中微子中微子等基本粒子形态等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀，导存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、低、冷却，逐步形成原子、原子核原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成逐渐凝聚成星云星云，星云进一步形成各，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们种

12、各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。如今所看到的宇宙。编辑编辑ppt 从从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力， 宙学家们宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：为我们勾画出这样一部宇宙历史：大爆炸大爆炸开始时开始时 150200亿年前，极小体积，极高密度，极高温亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。度。 大爆炸大爆炸后后10-43秒秒 宇宙从量子背景出现。宇宙从量子背景出现。 大爆炸大爆炸后后10-35秒秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。同一场分解为强力、电弱力和引力。 大爆炸大爆炸后后10-5秒秒 10万亿度

13、万亿度，质子和中子形成。质子和中子形成。 大爆炸大爆炸后后0.01秒秒 1000亿度亿度，光子、电子、中，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。胀，温度和密度不断下降。 大爆炸大爆炸后后0.1秒后秒后 300亿度亿度，中子质，中子质子比从子比从1.0下降到下降到0.61。 大爆炸大爆炸后后1秒秒 100亿度亿度，中微子向外逃，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。逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。 大爆炸大爆炸后后13.8秒秒后后 30亿度亿度

14、，氘、氦类稳定原子核（化学元素），氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。形成。 大爆炸大爆炸后后35分钟分钟后后 3亿度亿度，核过程停止，尚不能形成中，核过程停止，尚不能形成中性原子。性原子。 大爆炸大爆炸后后30万年万年后后 3000度度，化学结合作用使中性原，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。聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。 编辑编辑ppt五、恒星的演化五、恒星的演化编辑编辑ppt 2、恒星的诞生、恒星的诞生 宇宙尘埃宇宙尘埃星云团星云团恒星诞

15、生恒星诞生氢核聚合成氢核聚合成氦核氦核氢核聚合成碳核氢核聚合成碳核其他聚变过程其他聚变过程无聚无聚变反应、形成白矮星或中子星或黑洞变反应、形成白矮星或中子星或黑洞 2、恒星最后的归宿、恒星最后的归宿 恒星质量小于太阳恒星质量小于太阳1.4倍倍白矮星白矮星 恒星质量是太阳恒星质量是太阳1.42倍倍中子星中子星 恒星质量更大时恒星质量更大时(无法抵抗无法抵抗)黑洞黑洞 1、宇宙演化过程的方框图：、宇宙演化过程的方框图： 大爆炸大爆炸夸克、轻夸克、轻子、胶子等子、胶子等强子时代强子时代轻子时代轻子时代核合成时代核合成时代电子与质子符合成氢原子电子与质子符合成氢原子形成恒星和星系。形成恒星和星系。编辑

16、编辑ppt 想像一下，在宇宙中存在着这样一种物质，想像一下，在宇宙中存在着这样一种物质，这种物质特别致密，且隐匿着巨大的引力场，这种物质特别致密，且隐匿着巨大的引力场，其引力场特别强以至于包括光子在内的任何物其引力场特别强以至于包括光子在内的任何物质只能进去而无法逃脱。质只能进去而无法逃脱。17831783年，一位地质学年，一位地质学家提出了这一设想。设想本身的疯狂以及提出家提出了这一设想。设想本身的疯狂以及提出者的身份，令世人都以为这是疯言疯语。很多者的身份，令世人都以为这是疯言疯语。很多年后，数学领域的巨大发展，使黑洞理论逐渐年后，数学领域的巨大发展，使黑洞理论逐渐被人们接受。天文学的观测，如引力透镜和伽被人们接受。天文学的观测，如引力透镜和伽玛射线爆发也侧面证实了黑洞的存在。玛射线爆发也侧面证实了黑洞的存在。编辑编辑ppt高考链接高考链接 1(2004天津天津) 中子内有一个电荷