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1、4.74.7 小粒子与大宇宙小粒子与大宇宙 学案学案【学习目标学习目标】 (1)初步了解恒星的演化 (2)初步了解粒子物理学的知识 【学习重点学习重点】 宇宙演化过程的理解 【知识要点知识要点】 一、小粒子与大字宙的空间跨度 1宇宙的起源 20 世纪 40 年代，在大量天文学观测的基础上，物理学家提出了宇宙演化的大爆炸 假说它的主要观点是，宇宙是由一个超高温、超高密度的“原始火球“发生大爆炸而开 始的然后经历了从热到冷的演化，在这个时期里，宇宙不断地膨胀(也称暴胀)，宇宙 物质从密到稀。当温度下降到几千度时，宇宙间主要是气态物质后来气体逐渐凝聚成 气云，并且进一步收缩形成各种各样的恒星体系，成
2、为我们今天看到的宇宙天体 2微观粒子 直到 19 世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来发现了电 子、质子和中子随着科学家们的研究逐步发现了 400 多种不同的新粒子，它们不是质 子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身是复合粒子，并且还有着自己的复杂 结构，所以电子、质子、中子并不是组成物质世界的基本粒子 说明：对微观粒子分类如下表所示：分类参与的相互作用发现的粒子备 注强子强相互作用质子、中子、介子、超子质子是最早发现的强子 强子有内部结构轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、子 子中微子、子、子 中微子无内部结构媒介子各种相互作用光子、玻色子、胶子光子传递电磁相互
3、作用 玻色子传递弱相互作用 胶子传递强相互作用3空间跨度 人类认识的空间可以分为三个层次：我们日常生活的空间为宏观层次，分子、原子 大小发更小的空间为微观层次，地球大气层外浩淼的宇宙为字观层次从微观空间到字观 空间约从10-5到1027 m，共跨越了大约42个数量级 二、小粒子与大宇宙的时间跨度 宇宙的寿命约为1018s，微观粒子的寿命最短的只有10-25 s，可见物质世界的时间尺度， 约从018s到10-25s，共跨越了将近43个数量级 三、统一场论 物理学向微观和宇观两个领域的研究今天得到了初步统一，物理学完整、和谐美在这 里又得到了充：分体现“物理学中研究最大和最小对象的两个分支宇宙学和
4、粒子物理 学就奇妙地衔接在一起，犹如一条怪蟒咬住自己的尾巴” 【典型例题典型例题】 例：例：已知 +介子、-介子都是由一个夸克（夸克 u 或夸克d）和一个反夸克（反夸克u或反夸克d）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中 e 为元电荷。+-udud带电量+e-ee32e31e32e31下列说法正确的是（ ）A+由 u 和d组成B+由u和 d 组成C-由 u 和d组成D-由u和 d 组成解析：根据各种粒子带电情况， 的带应为 u 和 d（“+”或“-” ）所以选“AD” 归纳：基本粒子不基本（列出框架图） 点评：逐步突现物质世界的微观与宏观的和谐统一。 【当堂反馈当堂反馈】 1、目前普遍认为，质
5、子和中子都由被称为 夸克和 d 夸克的两类夸克组成， 夸克 带电量为 2e/3，d 夸克带电量为-e/3，e 为元电荷，则下列论断可能的是（ ） A质子由 1 个 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 夸克和 2 个 d 夸克组成 B质子由 2 个 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 夸克和 2 个 d 夸克组成 C质子由 1 个 夸克和 2 个 d 夸克组成，中子由 2 个 夸克和 1 个 d 夸克组成 D质子由 2 个 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 夸克和 1 个 d 夸克组成2、K介子衰变方程为：K-+o其中K介子和 -介子带负的基元电荷，o 介子不带电
6、，如图所示，一个K介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹 为圆弧 Ap，衰变后产生的 -介子的轨迹为圆弧pB,两轨迹在 p 点相切，它们半径 Rk-与 R-之比为 2：1（o介子的轨迹未画出）由此可知 -的动量大小与 o的动 量大小之比为（ ） A1：1 B1：2 C1：3 D1：6 【参考答案参考答案】 1、B 2、C 【本章达标训练本章达标训练】1铀裂变的产物之一氪 90（Kr）是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90 3690（Zr） ，这些衰变是（ ）90 40A.1 次衰变，6 次衰变。 B.4 次衰变。 C.2 次衰变。 D.2 次衰变，2 次衰变。 2图中P为放在匀
7、强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分 成a、b、c三束，以下判断正确的是（ ） A.a为射线，b为射线。 B.a为射线，b为射线。C.b为射线，c为射线。 D.b为射线，c为射线。 3关于、三种射线，下列说法中正确的是（ ） A.射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强。 B.射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力。 C.射线一般伴随着和射线产生，它的穿透能力最强。 D.射线是电磁波，它的穿透能力最弱。4有三个核反应方程分别是：(1) H+HHe+n。(2)RaRn+He。226 88 222 66 (3)U+nXe+Sr+10n。它们的核反应类型分别是；
8、（ ）235 92 90 34136 58 A裂变、衰变、人工转变。B聚变、衰变、裂变。 C聚变、衰变、人工转变。D人工转变、衰变、裂变。 5下列关于重要的物理史实的说法中正确的是（ ） A卢瑟福在用粒子轰击金箔的实验中发现了质子， B爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说， C查德威克在用粒子轰击铍核的实验中发现了中子， D居里夫人首先发现了天然放射现象。 6下列叙述中符合物理学史的是 （ ） A汤姆生发现了电子，提出了原子的核式结构学说。 B贝克勒尔通过对天然放射性的研究，发现了放射性元素钋（Pa）和镭（Ra） 。C麦克斯韦提出了光的电磁说。 D爱因斯坦首先发现了光电效应现象。 7牛
9、顿为了说明光的性质，提出了光的微粒说，如今，人们对光的性质已有了进一步的认 识，下列四个示意图所表示的实验，能说明光性质的是（ ）A 8、如图所示是查得威克发现中子的实验装置示意 图，图中粒子 X 代表的是_粒子，粒子 X 轰击铍核的核反应方程是 _。9、核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来， 受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电 站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦， 并释放一个中子。若已知氘原子的质量为 2.0141u，氚原子的质量为 3.0160u，氦原子的质 量为
10、4.0026u，中子的质量为 1.0087u，1u1.6610-27kg。 （1）写出氘和氚聚合的反应方程。 （2）试计算这个核反应释放出来的能量 （3）若建一座功率为 3.0105kw 的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电 能，每年要消耗多少氘的质量？（一年按 3.2107s 计算，光速 c3.00108m/s，结果取 二位有效数字）10、静止在匀强磁场中的核俘获一个速度为 v0=7.7104m/s 的中子发生核反应Li6 3。若已知的速度为m/s，其方向与反应前中子的速HeHnLi4 23 11 06 3He4 24 2100 . 2v度方向相同。求（1）的速度多大？H3 1（
11、2）求出轨道半径之比。（3）当粒子旋转 3 周时，粒子旋转几周？He4 2H3 1【达标训练参考答案达标训练参考答案】 1B 2C 3C 4B 5BC 6C 7BC 8.a 粒子9（ ）112 13 24 01HHHen（ ）22810221223EmcmmmmcJHHHen().（3）设每年需核能为 E总，发电量为 E则 EPt EEEJ总总，1921016.每年消耗氘： mE EmukgH总 213102328.10解析（1）中子撞击锂核生成氘核和氦核过程中动量守恒，代221100vmvmvm入数据解得，方向与 v0相同。smv/100 . 13 1（2）氘核、氦核在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为40:3:22211121Bqvm Bqvm rr（3）氘核、氦核做圆周运动的周期之比为所以它们旋转的2:32:2:2211 21Bqm BqmTT周数之比为当氦核旋转 3 周时，氘核旋转 2 周。3:2:1221TTnn点评 中子撞击锂核生成氘核和氦核过程中动量守恒，注意生成的核在磁场中运动的情 景。 【反思反思】收收 获获疑疑 问问
