人教版选修三5.5 基本粒子 课件（19张PPT）

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5.5“基本”粒子
图中显示的是质子对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？彼此间有什么关系？
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）
查德威克（中子）
科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构
一、发现新粒子
1、部分新粒子的实验发现年代
1932年发现了正电子
后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大，叫做超子。
1947年发现了K介子和 介子
1937年发现了 子
⑴1931——1970年发现的新粒子
一、发现新粒子
1、部分新粒子的实验发现年代
大型强子对撞机内部设备的一个局部
⑵对撞机
1932年发明的粒子加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。让这些高能粒子彼此对撞，就能产生更多的粒子，这种装置称为对撞机。
利用加速器和对撞机，人们发现了更多的粒子。
⑶1971——2001年发现的新粒子
现在已经发现的粒子达到400多种
一、发现新粒子
2、反粒子
粒子的质量、寿命、自旋等物理性质与过去发现的粒子相同，电荷等其他性质相反。
例如：
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。
质子和反质子等
电子和正电子
威尔逊云室里正电子“轨迹”
物理实验研究中，发现了很多反粒子
二、粒子的分类
1、强子：参与强相互作用的粒子。
2、轻子：不参与强相互作用的粒子。
电子
电子中微子
μ子
μ子中微子
τ子和τ子中微子
⑵每种轻子都有对应的反粒子
轻子（6 种）
⑶τ子的质量比核子的质量还大
根据相互作用的性质分类
⑴没有发现轻子的内部结构
质子
中子
二、粒子的分类
3、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
传递弱相互作用
4、希格斯玻色子：希格斯场的量子激发。
传递电磁相互作用
传递强相互作用
希格斯玻色子别称上帝粒子，是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子。
2012年7月4日科学家宣布发现了一个新粒子，与希格斯玻色子特征有吻合之处。
这种玻色子是物质的质量之源，是电子核夸克等形成质量的基础，其他粒子在这种粒子形成的场中游弋并产生惯性，进而形成质量，构筑成大千世界。
根据相互作用的性质分类
1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。
下夸克d 上夸克u 奇夸克s
粲夸克c 底夸克b 顶夸克t
介子（夸克和反夸克组成）
质子
中子
重子（三个夸克组成）
夸克与粒子物理标准模型
每种夸克都有对应的反夸克
1、夸克模型
夸克与粒子物理标准模型
夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
夸克的“禁闭”：
夸克不能以自由的状态单个出现
在夸克模型的基础上，科学家们发展出了描述强相互作用的系统理论——量子色动力学。
以量子色动力学和电弱统一理论为核心，人们已经完成了一整套关于粒子的理论，称为粒子物理标准模型。
2、夸克模型的意义
夸克与粒子物理标准模型
3、粒子物理标准模型
标准模型和大量实验吻合得很好，取得了很大的成功。在标准模型中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。
华人科学家在粒子物理学领域的杰出贡献
赵忠尧(1902-1998)
第一个发现正电子的人，比安德逊早两年。
王淦昌(1907-1998)
探测中微子的理论，发现超子的反粒子，研究宇宙线中介子衰变
杨振宁（1922-）
提出基本粒子第一个复合模型，宇称不守恒理论，1955年获诺贝尔奖
李政道（1926-）
主要从事粒子物理和场论领域的研究，宇称不守恒理论，1955年获诺贝尔奖
吴健雄(1912-1997）
实验证明了在弱相互作用中的宇称不守恒
丁肇中(1936-)
发现J粒子，领导阿尔法磁谱仪项目，1976年获诺贝尔奖
1、发现新粒子
2、粒子的分类
⑴研究宇宙线发现新的粒子
⑵利用加速器发现新的粒子
反粒子：电荷等其他性质相反是粒子
它们大体可被分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别
【例题1】目前普遍认为,质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克所带的电荷量为 ,d夸克所带的电荷量为 ,e为元电荷,下列论断中可能正确的是(　　)
解析：
B
A.质子由1个u夸克和2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2个u夸克和1个d夸克组成
【例题2】关于粒子,下列说法正确的是(　　)
A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B.强子都是带电粒子
C.夸克模型是探究轻子结构的理论
D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
解析：
D
由于质子、中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本的粒子,不同夸克构成强子,有的强子带电,有的强子不带电,故A、B错误。夸克模型是研究强子结构的理论,不同夸克带电不同,分别为 ,说明电子电荷不再是电荷的最小单位,故C错误,D正确。
【例题3】太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子.若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向（ ）
A.一定与μ子同方向
B.一定与μ子反方向
C.一定与μ子在同一直线上
D.不一定与μ子在同一直线上
解析：
C
根据题中给出的信息，中微子在衰变过程中分裂为μ子和τ子，符合动量守恒定律，mv0＝mμvμ＋mτvτ，因此mτvτ＝mv0－mμvμ，当μ子与中微子速度方向相同时，则τ子运动方向与μ子运动方向只能是同向或反向，即在同一直线上，但由于不知道中微子和μ子的动量大小，因此具体方向无法判断，所以A、B、D错误，C项正确.
1、氦原子核由两个质子与两个中子组成，两个质子之间存在着万有引力、库仓力和核力，则这三种力从大到小的排列顺序是（ ）
A.核力、万有引力、库仑力
B.万有引力、库仑力、核力
C.库仑力、核力、万有引力
D.核力、库仑力、万有引力
D
2、(多选)关于人们发现的新粒子,下列说法正确的是(　 　)
A.许多粒子都有自己的反粒子
B.电子属于轻子
C.质子属于强子
D.光子属于轻子
ABC
根据粒子的分类、粒子与反粒子的描述知A、B、C正确;光子属于规范玻色子,D错误。
3、(多选)下列说法正确的是(　 　)
A.目前还未发现轻子的内部结构
B.自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律,对基本粒子不适用
C.反粒子与其对应的粒子相遇时,会发生湮灭现象
D.强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子
ACD
现代实验中还没有发现轻子的内部结构,故A正确;能量守恒定律等对基本粒子也适用,故B错误;反粒子与其相应的粒子带等量异种电荷,反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象,故C正确;质子是最早发现的强子,故D正确。