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5　“基本”粒子
[學習目標]　
1.了解粒子的發現史。
2.知道粒子的分類及特點(重點)。
3.了解夸克模型。
一、發現新粒子　粒子的分類
1．“基本”粒子
(1)人們認為光子、電子、________和中子是組成物質的不可再分的最基本的粒子，把它們叫作“基本粒子”。
(2)隨著科學的發展，科學家們發現很多新粒子不能看作由質子、________、電子組成，并發現________、中子等本身也有自己的復雜的結構。
2．發現新粒子
(1)1932年發現了________，1937年發現了μ子，1947年發現了K介子和π介子，后來發現了超子等。
(2)實驗中發現，存在著這樣一類粒子，它們的質量、壽命、自旋等物理性質與過去已經發現的粒子相同，而電荷等其他性質相反，這些粒子叫作________。
3．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。
例1　為了探究宇宙起源，科學家將利用阿爾法磁譜儀(AMS)在太空中尋找“反物質”，所謂“反物質”是由“反粒子”構成的。“反粒子”與其對應的正粒子具有相同的質量和相同的電荷量，但電荷的符號相反，則反氫原子是(　　)
A．由1個帶正電荷的質子和1個帶負荷的電子構成
B．由1個帶負電荷的反質子和1個帶正電荷的正電子構成
C．由1個帶負電荷的反質子和1個帶負電荷的電子構成
D．由1個不帶電荷的中子和1個帶正電荷的正電子構成
二、夸克與粒子物理標準模型
1．夸克、夸克模型：1964年，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．夸克的種類：上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)。
3．意義：電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分數電荷。
4．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。
例2　已知π＋介子、π－介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為元電荷。
粒子 π＋ π－ u d
帶電荷量 ＋e －e ＋ － － ＋
下列說法正確的是(　　)
A．π＋由u和組成 B．π＋由d和組成
C．π－由u和組成 D．π－由d和u組成
例3　質子和中子屬于強子，強子是由更基本的粒子——夸克組成。根據夸克模型，夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。它們的帶電荷量分別為－或＋e，電荷量e為元電荷。已知一個質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。則下列說法正確的是(　　)
A．上夸克的電荷量為＋
B．上夸克的電荷量為－
C．下夸克的電荷量為＋
D．以上選項全部錯誤
例4　(2022·江蘇沛縣高二月考)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
5　“基本”粒子
[學習目標]　1.了解粒子的發現史。2.知道粒子的分類及特點(重點)。3.了解夸克模型。
一、發現新粒子　粒子的分類
1．“基本”粒子
(1)人們認為光子、電子、質子和中子是組成物質的不可再分的最基本的粒子，把它們叫作“基本粒子”。
(2)隨著科學的發展，科學家們發現很多新粒子不能看作由質子、中子、電子組成，并發現質子、中子等本身也有自己的復雜的結構。
2．發現新粒子
(1)1932年發現了正電子，1937年發現了μ子，1947年發現了K介子和π介子，后來發現了超子等。
(2)實驗中發現，存在著這樣一類粒子，它們的質量、壽命、自旋等物理性質與過去已經發現的粒子相同，而電荷等其他性質相反，這些粒子叫作反粒子。
3．粒子的分類
(1)強子：是參與(填“參與”或“不參與”)強相互作用的粒子。質子和中子都是強子。
(2)輕子：不參與(填“參與”或“不參與”)強相互作用。電子、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：是傳遞各種相互作用的粒子，如光子、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。
例1　為了探究宇宙起源，科學家將利用阿爾法磁譜儀(AMS)在太空中尋找“反物質”，所謂“反物質”是由“反粒子”構成的。“反粒子”與其對應的正粒子具有相同的質量和相同的電荷量，但電荷的符號相反，則反氫原子是(　　)
A．由1個帶正電荷的質子和1個帶負荷的電子構成
B．由1個帶負電荷的反質子和1個帶正電荷的正電子構成
C．由1個帶負電荷的反質子和1個帶負電荷的電子構成
D．由1個不帶電荷的中子和1個帶正電荷的正電子構成
答案　B
解析　反氫原子由1個帶負電荷的反質子和1個帶正電荷的正電子構成。故選B。
二、夸克與粒子物理標準模型
1．夸克、夸克模型：1964年，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。
2．夸克的種類：上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)。
3．意義：電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分數電荷。
4．粒子物理標準模型是一整套關于粒子的理論。其中，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。
例2　已知π＋介子、π－介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為元電荷。
粒子 π＋ π－ u d
帶電荷量 ＋e －e ＋ － － ＋
下列說法正確的是(　　)
A．π＋由u和組成 B．π＋由d和組成
C．π－由u和組成 D．π－由d和u組成
答案　A
解析　因π＋介子帶有＋e的電荷量，且是由一個夸克和一個反夸克組成的，則夸克u帶＋e和反夸克帶＋e合成電荷量為＋e，那么π＋介子是由夸克u和反夸克組成的；同理，
π－介子由夸克d和反夸克組成，所以A正確，B、C、D錯誤。
例3　質子和中子屬于強子，強子是由更基本的粒子——夸克組成。根據夸克模型，夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。它們的帶電荷量分別為－或＋e，電荷量e為元電荷。已知一個質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。則下列說法正確的是(　　)
A．上夸克的電荷量為＋
B．上夸克的電荷量為－
C．下夸克的電荷量為＋
D．以上選項全部錯誤
答案　A
解析　根據質子帶電荷量為＋e和中子不帶電，設上、下夸克的電荷量分別為q1、q2，則有2q1＋q2＝＋e，q1＋2q2＝0，解得q1＝＋e，q2＝－，故選A。
例4　(2022·江蘇沛縣高二月考)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
答案　C
解析　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正確。

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