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(共28張PPT)
第五章 原子核
5.5“基本”粒子
人教版（2019）高中物理選擇性必修第二冊
CONTENTS
01
發現新粒子
02
粒子的分類
03
典例分析
目錄
圖中顯示的是質子對質子碰撞后粒子的軌跡。20世紀，人們通過對粒子碰撞和宇宙線的觀測，發現了很多新粒子。這些新發現的粒子分為哪幾類？彼此間有什么關系？
新課導入
直到19世紀末，人們都認為原子是組成物質的不可再分的最小微粒。
原子
電子
質子
中子
原子核
電子云
+
=
1.基本粒子
2.粒子
不同種類的新粒子
質子、中子有復雜結構
所以，從20世紀后半期起，就將"基本"二字去掉，統稱為粒子。
發現各種微粒的科學家
道爾頓（原子）
湯姆遜（電子）
盧瑟福（質子）
查德威克（中子）
科學家們又發現質子、中子等本身也有自己的復雜的結構
01
發現新粒子
原子核
1、部分新粒子的實驗發現年代
1932年發現了正電子
后來還發現了一些粒子，質量比質子的質量大，叫做超子。
1947年發現了K介子和 介子
1937年發現了 子
⑴1931——1970年發現的新粒子
大型強子對撞機內部設備的一個局部
⑵對撞機
1932年發明的粒子加速器，能使帶電粒子加速到很高的能量。讓這些高能粒子彼此對撞，就能產生更多的粒子，這種裝置稱為對撞機。
利用加速器和對撞機，人們發現了更多的粒子。
⑶1971——2001年發現的新粒子
現在已經發現的粒子達到400多種
年份 發現的粒子 年份 發現的粒子
1931—1940 正電子、u子 1971—1980 τ子、膠子、J/Ψ介子
1941—1950 K介子、π介子 1981—1990 W 和Z玻色子
1951—1960 反質子電子中微子 1991—2000 τ子中微子
1961—1970 u子中微子 2000年至今 希格斯玻色子
①研究宇宙線發現新的粒子
②利用加速器發現新的粒子
2、反粒子
粒子的質量、壽命、自旋等物理性質與過去發現的粒子相同，電荷等其他性質相反。
例如：
由反粒子構成的物質叫反物質
反粒子（反物質）最顯著的特點是當它們與相應的正粒子（物質）相遇時，會發生“湮滅”，即同時消失而轉化成其他的粒子。
質子和反質子等
電子和正電子
威爾遜云室里正電子“軌跡”
物理實驗研究中，發現了很多反粒子
02
粒子的分類
原子核
1、強子：參與強相互作用的粒子。
2、輕子：不參與強相互作用的粒子。
電子
電子中微子
μ子
μ子中微子
τ子和τ子中微子
⑵每種輕子都有對應的反粒子
輕子（6 種）
⑶τ子的質量比核子的質量還大
根據相互作用的性質分類
⑴沒有發現輕子的內部結構
質子
中子
3、規范玻色子：傳遞各種相互作用的粒子。
光子
中間玻色子（W和Z玻色子）
膠子
傳遞弱相互作用
4、希格斯玻色子：希格斯場的量子激發。
傳遞電磁相互作用
傳遞強相互作用
希格斯玻色子別稱上帝粒子，是粒子物理學標準模型預言的一種自旋為零的玻色子。
2012年7月4日科學家宣布發現了一個新粒子，與希格斯玻色子特征有吻合之處。
這種玻色子是物質的質量之源，是電子核夸克等形成質量的基礎，其他粒子在這種粒子形成的場中游弋并產生慣性，進而形成質量，構筑成大千世界。
現在已經發現的粒子達400多種。它們大體可被分為強子、輕子、規范玻色子和希格斯玻色子幾種類別。
特點 粒子
強子 參與強相互作用 質子和中子
輕子 不參與強相互作用 電子、電子中微子、u子、u子中微子、τ子、τ子中微子
規范玻色子 傳遞各種相互作用 光子、中間玻色子、膠子
希格玻色子 希格斯場的量子激發
拓展學習
夸克與粒子物理標注模型
夸克模型的提出是物理學發展中的一個重大突破，它指出電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分數電荷。
1964年，美國科學家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認為強子由更基本的成分組成，這種成分叫作夸克。
下夸克d 上夸克u 奇夸克s
粲夸克c 底夸克b 頂夸克t
介子（夸克和反夸克組成）
質子
中子
重子（三個夸克組成）
每種夸克都有對應的反夸克
1、夸克模型
夸克模型的提出是物理學發展中的一個重大突破，它指出電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分數電荷。
夸克的“禁閉”：
夸克不能以自由的狀態單個出現
在夸克模型的基礎上，科學家們發展出了描述強相互作用的系統理論——量子色動力學。
以量子色動力學和電弱統一理論為核心，人們已經完成了一整套關于粒子的理論，稱為粒子物理標準模型。
2、夸克模型的意義
3、粒子物理標準模型
標準模型和大量實驗吻合得很好，取得了很大的成功。在標準模型中，夸克、輕子、規范玻色子和希格斯玻色子是組成物質的幾類最基本的粒子。
華人科學家在粒子物理學領域的杰出貢獻
趙忠堯(1902-1998)
第一個發現正電子的人，比安德遜早兩年。
王淦昌(1907-1998)
探測中微子的理論，發現超子的反粒子，研究宇宙線中介子衰變
楊振寧（1922-）
提出基本粒子第一個復合模型，宇稱不守恒理論，1955年獲諾貝爾獎
李政道（1926-）
主要從事粒子物理和場論領域的研究，宇稱不守恒理論，1955年獲諾貝爾獎
吳健雄(1912-1997）
實驗證明了在弱相互作用中的宇稱不守恒
丁肇中(1936-)
發現J粒子，領導阿爾法磁譜儀項目，1976年獲諾貝爾獎
科學漫步
03
典例分析
原子核
【例題1】目前普遍認為,質子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的。u夸克所帶的電荷量為 ,d夸克所帶的電荷量為 ,e為元電荷,下列論斷中可能正確的是(　　)
解析：
B
A.質子由1個u夸克和2個d夸克組成,中子由1個u夸克和2個d夸克組成
B.質子由2個u夸克和1個d夸克組成,中子由1個u夸克和2個d夸克組成
C.質子由1個u夸克和2個d夸克組成,中子由2個u夸克和1個d夸克組成
D.質子由2個u夸克和1個d夸克組成,中子由2個u夸克和1個d夸克組成
【例題2】關于粒子,下列說法正確的是(　　)
A.電子、質子和中子是組成物質的不可再分的最基本的粒子
B.強子都是帶電粒子
C.夸克模型是探究輕子結構的理論
D.夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位
解析：
D
由于質子、中子是由不同夸克組成的,它們不是最基本的粒子,不同夸克構成強子,有的強子帶電,有的強子不帶電,故A、B錯誤。夸克模型是研究強子結構的理論,不同夸克帶電不同,分別為 ,說明電子電荷不再是電荷的最小單位,故C錯誤,D正確。
【例題3】太陽放出的大量中微子向地球飛來，但實驗測定的數目只有理論的三分之一，后來科學家發現中微子在向地球傳播過程中衰變成一個μ子和一個τ子.若在衰變過程中μ子的速度方向與中微子原來的方向一致，則τ子的運動方向（ ）
A.一定與μ子同方向
B.一定與μ子反方向
C.一定與μ子在同一直線上
D.不一定與μ子在同一直線上
解析：
C
根據題中給出的信息，中微子在衰變過程中分裂為μ子和τ子，符合動量守恒定律，mv0＝mμvμ＋mτvτ，因此mτvτ＝mv0－mμvμ，當μ子與中微子速度方向相同時，則τ子運動方向與μ子運動方向只能是同向或反向，即在同一直線上，但由于不知道中微子和μ子的動量大小，因此具體方向無法判斷，所以A、B、D錯誤，C項正確.
1、氦原子核由兩個質子與兩個中子組成，兩個質子之間存在著萬有引力、庫倉力和核力，則這三種力從大到小的排列順序是（ ）
A.核力、萬有引力、庫侖力
B.萬有引力、庫侖力、核力
C.庫侖力、核力、萬有引力
D.核力、庫侖力、萬有引力
D
小試牛刀
2、（多選）下列說法正確的是（ ）
A.原子是組成物質的不可再分的最小粒子
B.原子是最大的粒子
C.原子由原子核和核外電子構成，質子和中子構成了原子核
D.質子、中子本身也是復合粒子，它們也有著自己復雜的結構
CD
3、(多選)關于人們發現的新粒子,下列說法正確的是(　 　)
A.許多粒子都有自己的反粒子
B.電子屬于輕子
C.質子屬于強子
D.光子屬于輕子
ABC
根據粒子的分類、粒子與反粒子的描述知A、B、C正確;光子屬于規范玻色子,D錯誤。
小試牛刀
4、(多選)下列說法正確的是(　 　)
A.目前還未發現輕子的內部結構
B.自然界存在著的能量守恒定律、動量守恒定律及電荷守恒定律,對基本粒子不適用
C.反粒子與其對應的粒子相遇時,會發生湮滅現象
D.強子是參與強相互作用的粒子,質子是最早發現的強子
ACD
現代實驗中還沒有發現輕子的內部結構,故A正確;能量守恒定律等對基本粒子也適用,故B錯誤;反粒子與其相應的粒子帶等量異種電荷,反粒子與其對應的粒子相遇時會發生湮滅現象,故C正確;質子是最早發現的強子,故D正確。
小試牛刀
5.關于粒子，下列說法中正確的是(　　)
A．光子、電子、質子和中子是組成物質的不可再分的最基本粒子
B．質量比核子大的粒子都參與強相互作用
C．強子、輕子、媒介子都由更基本的粒子夸克組成
D．許多粒子都存在反粒子
解析：質子、中子本身有復雜結構，A錯誤，τ子的質量比核子的質量大，但它屬于輕子，不參與強相互作用，B錯誤；現代實驗還沒有發現輕子的內部結構，C錯誤。
小試牛刀
D

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