資源簡介

5.5“基本”粒子
一學科核心素養
物理觀念∶從宏觀到微觀認識粒子的結構，形成的關于粒子、粒子與相互作用、夸克模型等的基本認識。
科學思維∶能夠分清粒子大小的數量級以及相互組成的關系，知道當前還有許多新粒子被不斷發現。
科學探究：通過研究宇宙射線和強子對撞機，是發現新粒子的兩種方法。
科學態度與責任∶研究微觀粒子認識自然的方式之一，粒子是不斷發展的，具有相對持久性和普適性。我們要把粒子思想應用與實際生活中。
二學習重難點
重點：發現新粒子，粒子的分類。
難點：發現新粒子，粒子的分類。
三課前預習
1．讀天體系統層次框圖，完成下列問題。
(1)寫出圖中字母所代表的天體系統的名稱：
A_______________；B_______________；C_______________；D_______________；
(2)圖中天體系統C的中心天體是_______________；
(3)目前我們人類能觀測到的最遠的星系估計為________________億光年。
2．夸克與粒子物理標準模型
（1）夸克、夸克模型：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___________。
（2）粒子物理標準模型是一整套關于___________的理論。其中，___________、___________、___________和___________是組成物質的幾類最基本的粒子。
3．恒星離我們的距離非常遙遠，但是我們可以利用地球繞太陽運動的圓形軌道直徑作為基線，通過幾何方法來測量恒星的距離。這種方法叫做_____。圖中恒星A是我們想要測量其距離的星體。B、C、D是相對比較遠的恒星，在1月到7月間幾乎看不出移動過，而A的相對位置在這半年里看上去卻發生了變化。圖中的θ角就稱為_____。
4．仙女座星系是人們能用肉眼看到的最遙遠的天體，但由于光速有限，你看到來自那里的光線，實際上已經在太空中行進了_________年，因此觀察遙遠的天體就等于在觀察__________________．宇宙很大，所以計算天體間的距離時常用_________作為單位，它等于_________．
5．粒子的分類
（1）強子：是___________(填“參與”或“不參與”)強相互作用的粒子。___________和___________都是強子。
（2）輕子：___________(填“參與”或“不參與”)強相互作用。___________、電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已發現的輕子。
（3）規范玻色子：是___________各種相互作用的粒子，如___________、中間玻色子(W和Z玻色子)、膠子。
（4）希格斯玻色子：是希格斯場的量子激發。
6．恒星的相對亮度常用________來表示，直接由光度測量得到的星等稱為________，恒星在離一個標準距離情況下所具有的亮度稱為________．
7．閱讀下列材料，回答問題。
太陽的一生
天文學家認為星際介質在某些條件下會形成恒星，然后進入稱為主序星的穩定期。太陽目前正處子主序星演化階段，它主要由正、負電子和質子，氮原子核組成，維持太陽輻射的是它內部的核聚變反應，其反應是四個質子聚變為一個氦原子核和兩個正電子并釋放出大量的能量，這些釋放出的核能最后轉化為輻射能，并同時以每秒向外拋出大量物質，最終塌陷為密度很大的白矮星。
(1)地球只接受了太陽輻射能的二十二億分之一，就使地面溫暖，萬物生長。地球接受的輻射來自太陽中的核____________反應。
(2)太陽內部進行的核反應是______________，并釋放出能量。
(3)請將太陽演化過程中經歷的幾個階段補充完整：
星際介質—→____________—→主序星—→紅巨星—→____________。
(4)太陽從現在演化到最終，經歷的幾個階段相比，其密度的變化情況大致是______________________。
8．星系是由宇宙中的一大群_________、大量_________和_________組成的物質系統，宇宙中的星系估計有_________個以上，銀河系以外的星系稱為__________________．
9．在所有能源中核能具有能量密度大、區域適應性強的優點，在核電站中，核反應堆釋放的核能被轉化為電能。核反應堆的工作原理是利用中子轟擊重核發生裂變反應，釋放出大量核能。
（1）核反應方程式是反應堆中發生的許多核反應中的一種， 為中子，X為待求粒子，a為X的個數，則X為___________，a=___________。以mU、mBa、mKr分別表示、、核的質量，mn、mp分別表示中子、質子的質量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應過程中放出的核能ΔE=___________。
（2）有一座發電能力為P=1.00×106 kW的核電站，核能轉化為電能的效率η=40%。假定反應堆中發生的裂變反應全是本題（1）中的核反應，已知每次核反應過程中放出的核能ΔE=2.78×10-11 J，鈾核的質量mU=390×10-27 kg，求每年（1年=3.15×107 s）消耗的的質量___________。
四自我檢測
1．原子核裂變一般生成兩個中等質量的原子核，我國科學家錢三強和何澤慧夫婦研究鈾核裂變時，發現了鈾核也可能分裂成三部分或四部分。關于原子核的裂變下面表述正確的是（　?。?br/>A．裂變過程存在質量虧損，但不一定釋放能量
B．U裂變成兩個中等質量的原子核，產物可能是Xe和Sr
C．U容易俘獲快中子而發生裂變釋放核能
D．U的純度越高，其裂變的鏈式反應越難進行
2．恒星的壽命取決于它的（ ）
A．體積 B．質量 C．組成部分 D．溫度
3．1932年，查德威克用轟擊發現了中子，自由中子是不穩定的，其衰變產物為質子、電子和反中微子，平均壽命不到15分鐘。這被稱為衰變。下列說法正確的是（　?。?br/>A．中子由質子和電子組成
B．自由中子的衰變屬于強相互作用過程
C．發現中子的核反應方程為：
D．中子的存在有效地調節了質子間庫侖斥力對原子核穩定的影響，故中子越多原子核一定越穩定
4．現在科學家正在設法尋找“反物質”。所謂“反物質”是由“反粒子”組成的，則反α粒子的符號是（　　）
A．He B．He
C． D．He
5．關于恒星的演化，下列說法中正確的是（ ）
A．小質量恒星燃料耗盡后會收縮成密度極大的白矮星
B．恒星燃料耗盡后外層開始膨脹，變成巨星或超巨星
C．超巨星爆炸后外層物質會擴散到太空中成為星云，內部物質形成新的恒星
D．星云在引力作用下不斷收縮，內部溫度升高引發了核反應，中子星就形成了
6．以下說法正確的是（　?。?br/>A．最早發現的輕子是電子，最早發現的強子是中子
B．質子和中子都屬于強子
C．強子、輕子都有內部結構
D．τ子質量比核子質量大，τ子不屬于輕子
7．恒星是有壽命的，每一顆恒星都有其誕生、存在和最終死亡的過程。超巨星、巨星、 白矮星和黑矮星等恒星形態，就是恒星不同年齡階段的形態，這四種形態中存在年齡最大的是（　　）
A．超巨星 B．巨星 C．白矮星 D．黑矮星
8．按照恒星演化的不同階段進行分類，目前的太陽是（ ）
A．主序星 B．原恒星 C．白矮星 D．紅巨星
9．若即將燃燒殆盡的紅超巨星突然發生爆炸，就會發出比以前的亮度高幾百萬倍的強光，形成（　?。?br/>A．白矮星 B．黑矮星 C．超新星 D．中子星
10．晴朗的夜空繁星閃爍，有的恒星顏色偏紅，有的恒星顏色偏藍關于“紅星”和“藍星”表面的溫度，下列說法正確的是（　?。?br/>A．恒星表面的溫度越高，表面顏色越偏紅，所以“紅星”表面的溫度高
B．恒星表面的溫度越高，表面顏色越偏藍，所以“藍星”表面的溫度高
C．“紅星”和“藍星”表面的溫度一樣高
D．恒星的表面顏色與其表面溫度無關
參考答案：
三課前預習
1． 總星系 河外星系 太陽系 地月系 太陽 150~200
2． 夸克 強力、弱力及電磁力這三種基本力及組成所有物質的基本粒子 強子
輕子 規范玻色子 希格斯玻色子
3． 視差測距法 周年視差
4． 200萬 宇宙的過去 光年
5． 參與 質子 中子 不參與 電子 傳遞 光子
6． 星等 視星等 絕對星等
7． 聚變 恒星 白矮星 先變小后變大
8． 恒星 氣體 塵埃 1000億 河外星系
9． n 3 （mU-mBa-mKr-2mn）c2 1103.7 kg
四自我檢測
1．B
2．B
3．C
4．C
5．B
6．B
7．D
8．A
9．C
10．B
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