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1、5“基本基本”粒子粒子课前前基基础认知知课堂堂重重难突破突破素养素养目目标定位定位随堂随堂训练素养目标定位目目标素素养养1.了解构成物质的了解构成物质的“基本基本”粒子。粒子。2.了解粒子物理的发展史。了解粒子物理的发展史。3.感知人类探究宇宙奥秘的过程和方法。感知人类探究宇宙奥秘的过程和方法。4.能够突破传统思维重新认识客观物质世界能够突破传统思维重新认识客观物质世界,培养科学探索精培养科学探索精神。神。知知识概概览课前基础认知一、一、“基本基本”粒子粒子“基本基本”粒子是指粒子是指光子光子、电子、质子和中子。、电子、质子和中子。微微思考思考1“基本基本”粒子为什么将粒子为什么将“基本基本”
2、二字去掉了二字去掉了?提示提示:一方面一方面,科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子粒子,它们并不能看作由质子、中子、电子组成它们并不能看作由质子、中子、电子组成;另一方面另一方面,科科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构。学家们又发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构。二、发现新粒子二、发现新粒子1.从从20世纪世纪30年代以来年代以来,人们在对宇宙线的研究中陆续发现人们在对宇宙线的研究中陆续发现了一些新的粒子。了一些新的粒子。1932年发现了正电子年发现了正电子,1937年发现了年发现了子子,1947年发现了年发现了K介子和介子和介子
3、。后来还发现了一些粒子介子。后来还发现了一些粒子,质量质量比质子的质量大很多比质子的质量大很多,叫作叫作超子超子。2.下表是自下表是自20世世纪纪30年代至今物年代至今物理学家通过实验理学家通过实验发现的一部分新发现的一部分新粒子。粒子。时间时间粒子粒子19311940年年正电子、正电子、子子19411950年年K介子和介子和介子介子19511960年年反质子、电子中微子反质子、电子中微子19611970年年子中微子子中微子19711980年年子、胶子、子、胶子、J/介子介子19811990年年W和和Z玻色子玻色子19912000年年子中微子子中微子2001年至今年至今希格斯玻色子希格斯玻色子
4、3.反粒子反粒子:质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同子相同,而电荷等其他性质而电荷等其他性质相反相反的粒子的粒子,叫作反粒子。叫作反粒子。微微思考思考2所有所有的粒子都存在反粒子吗的粒子都存在反粒子吗?提示提示:实验发现实验发现,许多粒子都有和它质量相同而电荷及其他一许多粒子都有和它质量相同而电荷及其他一些物理量相反的粒子。按照粒子的对称性些物理量相反的粒子。按照粒子的对称性,有一个粒子有一个粒子,就应就应该有一个反粒子。该有一个反粒子。三、粒子的分类三、粒子的分类发现的粒子达发现的粒子达400多种多种,它们大体可被分为强子、轻子它们
5、大体可被分为强子、轻子、规范玻色子规范玻色子和希格斯玻色子几种类别。和希格斯玻色子几种类别。1.强子强子:强子是参与强子是参与强相互作用强相互作用的粒子。质子和中子都的粒子。质子和中子都是强子。是强子。2.轻子轻子:轻子不参与强相互作用。目前发现的轻子只有轻子不参与强相互作用。目前发现的轻子只有6种种,即即电子、电子中微子、电子、电子中微子、子、子、子中微子以及子中微子以及子和子和子中微子。子中微子。每种轻子都有对应的每种轻子都有对应的反粒子反粒子。3.规范玻色子规范玻色子:规范玻色子是传递规范玻色子是传递各种相互作用各种相互作用的粒子的粒子,如光子、中间玻色子如光子、中间玻色子(W和和Z玻色
6、子玻色子)、胶子。光子、胶子。光子传递传递电磁电磁相互作用相互作用,中间玻色子传递弱相互作用中间玻色子传递弱相互作用,胶子胶子传递传递强强相互作用。相互作用。4.希格斯玻色子希格斯玻色子:希格斯玻色子是希格斯场的希格斯玻色子是希格斯场的量子量子激发。激发。基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。微微训练1关于关于粒子的分类粒子的分类,目前人们认为粒子世界是由下列目前人们认为粒子世界是由下列哪四类粒子构成的哪四类粒子构成的()A.规范玻色子、夸克、强子、希格斯玻色子规范玻色子、夸克、强子、希格斯玻色子B.夸克、轻子、强子、希格斯玻色子夸克、轻子、强子、希格斯玻色子
7、C.轻子、强子、规范玻色子、希格斯玻色子轻子、强子、规范玻色子、希格斯玻色子D.质子、中子、电子、规范玻色子质子、中子、电子、规范玻色子答案答案:C解析解析:按照粒子与各种相互作用的不同关系按照粒子与各种相互作用的不同关系,把粒子分为四大把粒子分为四大类类,即轻子、强子、规范玻色子、希格斯玻色子即轻子、强子、规范玻色子、希格斯玻色子,故选项故选项C正正确。确。四、拓展学习四、拓展学习夸克与粒子物理标准模型夸克与粒子物理标准模型1.夸克种类夸克种类:有有6种种,它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。克、底夸克、顶夸克。3.每种夸克都有对应的每
8、种夸克都有对应的反夸克反夸克。微微训练2关于关于粒子粒子,下列说法不正确的是下列说法不正确的是()A.质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B.质子、中子本身也有复杂的结构质子、中子本身也有复杂的结构C.质子是带电的强子质子是带电的强子D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位答案答案:A解析解析:质子和中子是由不同夸克组成的质子和中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本的粒它们不是最基本的粒子子,故选项故选项A错误错误,B正确正确;不同的夸克组成强子不同的夸克组成强子,有的强子带电有的强子带电,有的强子
9、不带电有的强子不带电,质子是最早发现的带正电的强子质子是最早发现的带正电的强子,故选项故选项C正确正确;夸克模型是研究强子的理论夸克模型是研究强子的理论,不同夸克带的电荷不同不同夸克带的电荷不同,分分别为元电荷别为元电荷的的,这说明电子电荷不再是电荷的最小单这说明电子电荷不再是电荷的最小单位位,故选项故选项D正确。正确。课堂重难突破重难归纳1.新粒子的发现及特点。新粒子的发现及特点。发现时间发现时间 新粒子新粒子基本特点基本特点1932年年反粒子反粒子质量与相对应的粒子相同而电荷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及其他一些物理性质相反1937年年子子比质子的质量小比质子的质量小
10、1947年年K介子介子与与介子介子质量介于电子与核子之间质量介于电子与核子之间20世纪世纪60年代后年代后超子超子其质量比质子大其质量比质子大新粒子的新粒子的发现及特点及特点发现时间发现时间新粒子新粒子基本特点基本特点19711980年年子、胶子子、胶子、J/介子介子子属于轻子子属于轻子,胶子、胶子、J/介子属于规范介子属于规范玻色子玻色子,中间玻色子传递弱相互作用中间玻色子传递弱相互作用,胶胶子传递强相互作用子传递强相互作用19811990年年W和和Z玻色子玻色子属于规范玻色子属于规范玻色子,中间玻色子传递弱相中间玻色子传递弱相互作用互作用19912000年年子中微子子中微子 属于轻子属于轻
11、子,存在反粒子存在反粒子2001年年至今至今希格斯希格斯玻色子玻色子希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。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基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量2.粒子的分类粒子的分类。分类分类参与的相互参与的相互作用作用发现的粒子发现的粒子备注备注强子强子参与强相互参与强相互作用作用质子、中子、介子、质子、中子、介子、超子超子强子有内部结构强子有内部结构,由由“夸克夸克”构成构成;强子又强子又可分为介子和重子可分为介子和重子轻子轻子不参与强相不参与强相互作用互作用电子、电子中微子、电子、电子中微子、子、子、子中微子、子中微子、子、子、子中微子子中微
12、子未发现内部结构未发现内部结构分类分类参与的相互作用参与的相互作用发现的粒子发现的粒子备注备注规范玻规范玻色子色子传递各种相互传递各种相互作用作用光子、中间玻光子、中间玻色子、胶子色子、胶子光子、中间玻色子、光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用弱、强相互作用希格斯希格斯玻色子玻色子希格斯场的量希格斯场的量子激发子激发希格斯玻色子希格斯玻色子基本粒子因与希格斯基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量场耦合而获得质量物质是由分子和原子组成的物质是由分子和原子组成的,原子由带负电的电子和带正电原子由带负电的电子和带正电的原子核组成的原子核组成,那么反物质的结构是怎样的呢那么
13、反物质的结构是怎样的呢?提示提示:反物质是由反原子组成的反物质是由反原子组成的,反原子是由带正电的电子和反原子是由带正电的电子和带负电的原子核组成的。带负电的原子核组成的。典例剖析(多选多选)反物质即质量与原粒子相等、电荷量与原粒子相等但反物质即质量与原粒子相等、电荷量与原粒子相等但电性相反的物质电性相反的物质,如如。有一束质子、反质子、有一束质子、反质子、粒子和反粒子和反粒子组成的射线粒子组成的射线,沿沿OO穿过速度选择器后进入匀强磁场穿过速度选择器后进入匀强磁场B2,形成形成4条径迹条径迹,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.1、2为反粒子的径迹为反粒子的径迹B.3、4为反粒子的径迹为
14、反粒子的径迹C.2为反为反粒子的径迹粒子的径迹D.4为质子的径为质子的径迹迹AC解析解析:由左手定则可知由左手定则可知,粒子刚进入磁场时粒子刚进入磁场时,带正电的粒子在磁带正电的粒子在磁场中受到的洛伦兹力向右场中受到的洛伦兹力向右,粒子向右偏转粒子向右偏转,带负电的粒子受到带负电的粒子受到的洛伦兹力向左的洛伦兹力向左,粒子向左偏转粒子向左偏转,由题图可知由题图可知,1、2是反粒子的是反粒子的径迹径迹,3、4是粒子的径迹是粒子的径迹;粒子先过速度选择器粒子先过速度选择器,然后进入磁场然后进入磁场,易错提醒易错提醒 1.反粒子的质量、寿命、自旋等物理性质与相对反粒子的质量、寿命、自旋等物理性质与相
15、对应的粒子相同应的粒子相同,电荷量相等但电性相反。电荷量相等但电性相反。2.粒子碰撞过程中满足动量守恒、能量守恒粒子碰撞过程中满足动量守恒、能量守恒。学以致用(多选多选)在一定条件下在一定条件下,让质子获得足够大的速度让质子获得足够大的速度,当两个质子当两个质子p以相等的速率对心正碰以相等的速率对心正碰,将发生下列反应将发生下列反应p+pp+p+p+,其其中中是是反质子反质子(反质子与质子质量相等反质子与质子质量相等,均为均为mp,带一个单位负带一个单位负电荷电荷),则下列关于该反应的说法正确的是则下列关于该反应的说法正确的是()A.反应前后系统的总动量均为零反应前后系统的总动量均为零B.反应
16、过程中系统的能量守恒反应过程中系统的能量守恒C.根据爱因斯坦质能方程可知根据爱因斯坦质能方程可知,反应前每个质子的能量至少反应前每个质子的能量至少为为2mpc2D.根据爱因斯坦质能方程可知根据爱因斯坦质能方程可知,反应后单个质子的能量可能反应后单个质子的能量可能小于小于mpc2ABC解析解析:反应过程中动量守恒、能量守恒反应过程中动量守恒、能量守恒,反应后总能量至少为反应后总能量至少为4mpc2,所以反应前每个质子的能量至少为所以反应前每个质子的能量至少为2mpc2,反应后单个反应后单个质子的能量至少为质子的能量至少为mpc2,故选项故选项A、B、C正确正确,D错误。错误。随堂训练1.推理是研究和学习物理的一种重要方法推理是研究和学习物理的一种重要方法,正电子、负质子、正电子、负质子、反中子都是反粒子反中子都是反粒子,它们跟通常所说的电子、质子、中子相它们跟通常所说的电子、质子、中子相比较比较,质量相等、电荷量相等、电性相反质量相等、电荷量相等、电性相反(中子和反中子都不中子和反中子都不带电带电)。科学家已经发现反氦原子。科学家已经发现反氦原子(已知氦原子核中有两个质已知氦原子核中有两
