7.3探索更小的微粒
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(共26张PPT)
7.2 探索更小的微粒
学习目标
掌握原子内部组成的知识，形成空间想象的能力。
微观
尺度范围10-15m
揭示物质结构之谜
古代朴素的元素论 单质元素论：水；气；火；数。 多元素论：土、火、气、水。 中国古代：《元气论》 “凡物之精，比则为生。下生五谷，上为列星， 流于天地之间, 谓之鬼神，藏于胸中，谓之圣人， 是故名气。” ——管子.内业篇——
《五行说》 一曰水、二曰火、三曰木、四曰金、五曰土。
《周易》
天地生两仪，两仪生四象，四象生八挂。
八八六十四挂可以解释万物。
司母戊鼎 殷代的青铜鼎重875公斤，高1.328米，长 1.16米，宽0.79米，是殷王文丁为祭祀其母 （名戊）而铸，为我国商周时代青铜器之冠。
北京西郊卧佛寺的卧佛 元代至治元年（1321年）铜铸释迦牟尼卧象，长5.3米，重54吨，铸造精巧，体态自然。
秦始皇陵大型铜车马 马、人、车的大小为实物的一半，诩诩如生。
近代原子论
到19世纪末，共发现100多种元素。道尔顿提出《原子论》，认为物质由原子组成， 原子是组成物质的最小微粒。原子是不能分割的。 门捷列夫排出元素周期表
元素周期表
H
Tim Helvey
He
Li
Be
Solids固体
Man Made Elements
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Gases气体
Liquids液体
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Fr
Ra
Ac
Unq
Unp
Unh
Uns
Uno
Une
Uun
Uuu
Uub
Uut
Uuq
Uup
Uuh
Uus
Uuo
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
现代 微粒 大分子 原子 原子核 质子 中子 夸克 （m） 10-8— 10-9 10-10 10-14 10-15 10-19 1897年 J·J 汤姆孙（英）发现电子（带负电） 1911年 卢瑟福 提出原子的核式模型（行星模型） 1914年 卢瑟福 把氢原子核叫做“质子” 1932年 查德威克 发现中子 1938年9月 约里奥-居里夫妇用中子 轰击铀实现了核裂变。 1939年 玻尔 解释了核裂变。 1945年 原子弹爆炸 1952年 氢弹研制成功
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加速器 ★1928年（英）柯克劳夫特和华尔顿制成电压倍增器，使质子能量加速到0.4MeV， 获1951年诺贝尔物理学奖。 ★ 1939年 (美) 加州大学 劳仑兹提出回旋加 速器，可使质子加速达20MeV ★ 1946年 (美）加州大学 建成同步加速器 200-400MeV 美、苏 同步加速器 700-800MeV 对撞机 正 —负电子对撞 质子 — 反质子对撞 质子 —质子对撞 电子 — 质子对撞
回旋加速器
德国重粒子加速器实验室
我国质子直线
加速器的加速腔
粒子的分类 近40年来发现的新粒子有数百种 (注：括号内为稳定粒子数)
粒子类别
名称 符号
规范粒子
光 子 γ 电磁作用的承担者
W+、W-、Z0 弱相互作用的承担者
轻子
电 子 e-、e+ 电子中微子υe-、υ e+
μ 子 μ-、μ+ μ子中微子υμ-、υμ+
τ 子 τ- 、τ+ τ子中微子υτ-、υτ+
强
子
重
子
质 子 p
中子 n
Λ超子 Λ
∑超子 ∑+ 、∑-、 ∑0
Ω超子 Ω-
┆
介
子
π介子 π+ π- π0
K介子 K0 K0 K0S K0L
η介子
强子结构的探讨——夸克理论 ★ 1964年 (美) 盖尔曼和茨维格分别提出夸克理论 强子由夸克组成，夸克带分数电荷。 ★ 1965—1966年 中国高能物理研究所提出层子模型。
粒 子
类 别
规范
粒子
轻 子
强 子
共 计
介 子
重 子
已发现
已确认
4
6+6
100(13)
149+149
(10+10)
414(49)
已发现
未确认
0
0
59(2)
157+157
(1+1)
373(4)
共 计
4
12
159(15)
612(22)
787(53)
名称
上夸克
下夸克
奇异
夸克
粲夸克
底夸克
顶夸克
符号
u
d
s
c
b
t
电荷
2/3
-1/3
-1/3
2/3
-1/3
2/3
质量
(MeV)
4
7
150
1.3
4.6
？
质子、中子可由上夸克和下夸克组成
质子： p u、u、d
中子： n u、d、d
两种夸克不足以解释所有的重子和介子 （介子由二个夸克组成），提出s夸克。 ★ 1974年丁肇中小组发现 J/ψ粒子（介子），质 量相当大，寿命长，引 入第4种夸克— C夸克。 ★ 1977 年又发现 粒子， 揭示了第5种夸克的存 在— b夸克。
r
r
r
根据对称性分析，似乎存在第6种夸克 — t 夸 克。夸克是成对的，夸克 — 反夸克。 每种夸克又存在 三类不同的性质，称 之为红、蓝、绿三味。
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总结
分子
原子
核外电子 带负电
原子核
中子
质子 带正电
7.2 探索更小的微粒
学习目标
掌握原子内部组成的知识，形成空间想象的能力。
微观
尺度范围10-15m
揭示物质结构之谜
古代朴素的元素论 单质元素论：水；气；火；数。 多元素论：土、火、气、水。 中国古代：《元气论》 “凡物之精，比则为生。下生五谷，上为列星， 流于天地之间, 谓之鬼神，藏于胸中，谓之圣人， 是故名气。” ——管子.内业篇——
《五行说》 一曰水、二曰火、三曰木、四曰金、五曰土。
《周易》
天地生两仪，两仪生四象，四象生八挂。
八八六十四挂可以解释万物。
司母戊鼎 殷代的青铜鼎重875公斤，高1.328米，长 1.16米，宽0.79米，是殷王文丁为祭祀其母 （名戊）而铸，为我国商周时代青铜器之冠。
北京西郊卧佛寺的卧佛 元代至治元年（1321年）铜铸释迦牟尼卧象，长5.3米，重54吨，铸造精巧，体态自然。
秦始皇陵大型铜车马 马、人、车的大小为实物的一半，诩诩如生。
近代原子论
到19世纪末，共发现100多种元素。道尔顿提出《原子论》，认为物质由原子组成， 原子是组成物质的最小微粒。原子是不能分割的。 门捷列夫排出元素周期表
元素周期表
H
Tim Helvey
He
Li
Be
Solids固体
Man Made Elements
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Gases气体
Liquids液体
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
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I
Xe
Cs
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La
Hf
Ta
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Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
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Rn
Fr
Ra
Ac
Unq
Unp
Unh
Uns
Uno
Une
Uun
Uuu
Uub
Uut
Uuq
Uup
Uuh
Uus
Uuo
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
现代 微粒 大分子 原子 原子核 质子 中子 夸克 （m） 10-8— 10-9 10-10 10-14 10-15 10-19 1897年 J·J 汤姆孙（英）发现电子（带负电） 1911年 卢瑟福 提出原子的核式模型（行星模型） 1914年 卢瑟福 把氢原子核叫做“质子” 1932年 查德威克 发现中子 1938年9月 约里奥-居里夫妇用中子 轰击铀实现了核裂变。 1939年 玻尔 解释了核裂变。 1945年 原子弹爆炸 1952年 氢弹研制成功
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加速器 ★1928年（英）柯克劳夫特和华尔顿制成电压倍增器，使质子能量加速到0.4MeV， 获1951年诺贝尔物理学奖。 ★ 1939年 (美) 加州大学 劳仑兹提出回旋加 速器，可使质子加速达20MeV ★ 1946年 (美）加州大学 建成同步加速器 200-400MeV 美、苏 同步加速器 700-800MeV 对撞机 正 —负电子对撞 质子 — 反质子对撞 质子 —质子对撞 电子 — 质子对撞
回旋加速器
德国重粒子加速器实验室
我国质子直线
加速器的加速腔
粒子的分类 近40年来发现的新粒子有数百种 (注：括号内为稳定粒子数)
粒子类别
名称 符号
规范粒子
光 子 γ 电磁作用的承担者
W+、W-、Z0 弱相互作用的承担者
轻子
电 子 e-、e+ 电子中微子υe-、υ e+
μ 子 μ-、μ+ μ子中微子υμ-、υμ+
τ 子 τ- 、τ+ τ子中微子υτ-、υτ+
强
子
重
子
质 子 p
中子 n
Λ超子 Λ
∑超子 ∑+ 、∑-、 ∑0
Ω超子 Ω-
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介
子
π介子 π+ π- π0
K介子 K0 K0 K0S K0L
η介子
强子结构的探讨——夸克理论 ★ 1964年 (美) 盖尔曼和茨维格分别提出夸克理论 强子由夸克组成，夸克带分数电荷。 ★ 1965—1966年 中国高能物理研究所提出层子模型。
粒 子
类 别
规范
粒子
轻 子
强 子
共 计
介 子
重 子
已发现
已确认
4
6+6
100(13)
149+149
(10+10)
414(49)
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共 计
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787(53)
名称
上夸克
下夸克
奇异
夸克
粲夸克
底夸克
顶夸克
符号
u
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电荷
2/3
-1/3
-1/3
2/3
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质量
(MeV)
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4.6
？
质子、中子可由上夸克和下夸克组成
质子： p u、u、d
中子： n u、d、d
两种夸克不足以解释所有的重子和介子 （介子由二个夸克组成），提出s夸克。 ★ 1974年丁肇中小组发现 J/ψ粒子（介子），质 量相当大，寿命长，引 入第4种夸克— C夸克。 ★ 1977 年又发现 粒子， 揭示了第5种夸克的存 在— b夸克。
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根据对称性分析，似乎存在第6种夸克 — t 夸 克。夸克是成对的，夸克 — 反夸克。 每种夸克又存在 三类不同的性质，称 之为红、蓝、绿三味。
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总结
分子
原子
核外电子 带负电
原子核
中子
质子 带正电