5.5“基本”粒子 课件（20张PPT）

(共20张PPT)
第五章　原子核
5　“基本”粒子
图中显示的是质子碰撞后粒子的轨迹。20世纪，人们通过对粒子碰撞和宇宙线的观测，发现了很多新粒子。这些新发现的粒子分为哪几类？彼此之间有什么关系？
新知导入
1932年发现了正电子,1937年发现μ子,1947年发现K介子和π介子，后来又发现超子、反粒子等。
1．“基本粒子”不基本
(1)传统的“基本粒子”：光子、电子、质子和中子。
(2)“基本粒子”不基本的原因
①科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子。
②科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。
2．发现新粒子
新知梳理
如光子、中间玻色子(W和Z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．粒子的分类
参与强相互作用的粒子。质子和中子都是强子。
不参与强相互作用。有电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。
(3)规范玻色子：
(1)强子：
(2)轻子：
传递各种相互作用的粒子。
(4)希格斯玻色子：
是希格斯场的量子激发。
基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量
1964年物理学家盖尔曼提出夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克quark。夸克模型经过几十年的发展，已被多数物理学家接受。
六种夸克：上夸克u、下夸克d、奇异夸克s、粲夸克c、底夸克b、顶夸克t。
3．夸克模型
夸克带电荷为元电荷的2/3或-1/3倍。每种夸克都有对应的反夸克。
夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。
新知探究
发现各种微粒的科学家
道尔顿（原子）
汤姆逊（电子）
卢瑟福（质子）
盖尔曼（夸克）
查德威克（中子）
一、发现新粒子
对新粒子的认识历程
发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪60年代后
新粒子 反粒子 μ子 K介子与π介子 超子
基本特点 质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反 比质子的质量小　　 质量介于电子与核子之间 其质量比质子大
部分新粒子的实验发现年代
(1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子．
(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构．
(3)探测工具
粒子加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具。
新粒子的发现
反粒子（反物质）
它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反
例如，电子和正电子，质子和反质子等
由反粒子构成的物质叫反物质
反粒子（反物质）最显著的特点是当它们与相应的正粒子（物质）相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子
二、粒子的分类
粒子的分类 概念 实例
强子 参与强相互作用的粒子 质子、中子
轻子 不参与强相互作用的粒子
规范玻色子 传递各种相互作用的粒子 光子、中间玻色子（W和Z玻色子）、胶子
希格斯玻色子 希格斯场的量子激发 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量
夸克模型的提出有什么物理意义？
夸克模型的提出是物理学发展史中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷．而另一方面也说明科学正是由于一个一个的突破才得到进一步的发展．
三、夸克模型
夸克 质量 电荷 e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
典例精析
解析：由于质子带e的正电荷,则由两个u夸克和一个d夸克组成,其总的电荷量为e；中子不带电,则由一个u夸克、两个d夸克组成,其总的电荷量为0,由此可知B正确。
B
1.关于粒子，下列说法中正确的是(　　)
A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子
B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用
C．强子、轻子、媒介子都由更基本的粒子夸克组成
D．许多粒子都存在反粒子
解析：质子、中子本身有复杂结构，A错误，τ子的质量比核子的质量大，但它属于轻子，不参与强相互作用，B错误；现代实验还没有发现轻子的内部结构，C错误。
D
随堂练习
2.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是(　　)
A．夸克、轻子、胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氦核、氚核、氦子等轻核
A
3. 宇宙诞生过程中，产生如下粒子：①光子、中微子、电子等大量轻子；②氘核、氚核、氦3、氦核等轻核；③夸克、轻子、胶子等粒子；④质子和中子等强子；⑤电子、质子、氦核的混合电离气体；⑥电子、质子复合成为中性氢原子。
根据宇宙大爆炸理论，以上粒子形成的先后顺序是(　　)
A．①②③④⑤⑥ B．③①④②⑤⑥
C．③④①②⑤⑥ D．①③④②⑥⑤
解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A、C正确，B、D错误．
AC
T
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