高中物理 4.4 粒子物理与宇宙的起源精品课件 沪科版选修35.ppt

4 4粒子物理与宇宙的起源 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 4 4 课标定位 课标定位 学习目标 1 了解组成物质的粒子 2 知道粒子的分类及其作用 3 了解宇宙起源的大爆炸假说及恒星的演化 4 体会宏观世界和微观世界的辩证统一 重点难点 了解组成物质的几百种粒子中的几种 知道粒子的分类及其作用 课前自主学案 一 物质结构的更深层次1 粒子世界在19世纪末 人们认为 和 是组成物质的不可再分的最基本的粒子 用这个观点成功地解释了各种原子核的一些性质和 的一些规律 原子核中放射出电子 使人们怀疑 基本粒子 是否还基本 20世纪中叶 科学家通过高能加速器进行实验 发现了更多的新粒子 如 子 电子 质子 中子 核反应 子 k介子 介子 参与强相互作用的粒子称为强子 像质子 中子 介子等 称为第一个粒子家族 2 夸克质子 中子等强子有着自己复杂的结构 它们有更为基本的成分组成 科学家认为这种成分叫夸克 到此为止已经知道了有六种夸克的存在 它们是 和 上夸克 下夸克 奇异夸克 粲夸克 底夸克 顶夸克 称为第二个粒子家族的是 如电子 子 子以及与它们相联系的中微子等 称为第三个粒子家族是媒介子 传递相互作用的粒子 如光子 传递弱相互作用的 以及传递强相互作用的 轻子 中间玻色子w z0 胶子 3 加速器和粒子物理粒子物理学研究的工具是高能 和粒子 1989年我国建成的北京 对撞机 使有效能量大大增高 加速器 探测器 正负电子 二 自然界两极的奇妙汇合1 暴胀的宇宙宇宙起源于一次大爆炸 这种理论被称为宇宙 理论 2 恒星的演化恒星的最后归宿是 质量小于太阳10倍的恒星 它会演变成 即体积很小 质量不太小的恒星 质量大于太阳10倍的恒星 会演变成 更大质量的恒星 会演变成 大爆炸 白矮星 中子星 黑洞 3 小粒子与大宇宙物理学的研究范围小到微观粒子 大到浩瀚的宇宙 1979年诺贝尔物理学奖得主格拉肖曾经非常形象地把大至宇观世界小至微观世界的 链条 比喻成一条咬住自己尾巴的大蛇 从尾到首依次对应于 细胞 一直到超星系团 整个宇宙 粒子 原子核 原子 三 物理学家的追求 统一场论物理学家的进一步追求 就是把 相互作用 相互作用 相互作用 相互作用再综合在一个统一的理论体系中 强 电磁 弱 引力 核心要点突破 一 现代粒子理论1 媒介子 传递各种相互作用的粒子 主要是光子和胶子 光子传递电磁相互作用 胶子传递强相互作用 强相互作用比电磁相互作用强得多 如核子之间的核力就属于强相互作用 2 轻子 不参与相互作用的粒子 主要有电子 电子中微子 子和 子中微子 子和 子中微子 目前认为轻子也没有内部结构 3 强子 参与强相互作用的粒子 主要包括质子 中子 介子和超子 强子有内部结构 由更基本的粒子 夸克组成 即时应用 即时突破 小试牛刀 下列说法中正确的是 a 日前还未发现媒介子 轻子和夸克三类粒子的内部结构b 自然界存在的能量守恒定律 动量守恒定律及电荷守恒定律 对基本粒子不适用c 反粒子与其对应的粒子相遇时 会发生湮灭现象d 强子是参与强相互作用的粒子 质子是最早发现的强子 解析 选acd 媒介子 轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内部结构 故a正确 反粒子带等量异种电荷 反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象 故c正确 质子是最早发现的强子 故d正确 2 恒星的稳定期当温度超过107k时 氢通过热核反应成为氦 释放的核能主要以电磁波的形式向外辐射 辐射产生的向外的压力与引力产生的收缩压力平衡 这时星体稳定下来 恒星在这一阶段停留的时间最长 太阳目前正处于这一阶段的中期 要再过50亿年才会转到另一个演化阶段 3 恒星的衰老当恒星核心部分的氢大部分聚变为氦以后 核反应变弱 辐射压力下降 星核在引力作用下再次收缩 这时引力热能产生的热将使温度升得更高 于是发生了氦核聚合成碳核的聚变反应 类似的过程一波接一波地继续下去 出现了氧 硅 直到铁等更重要的元素 恒星在这个阶段要经历多次膨胀与收缩 光度也发生周期性的变化 当各种热核反应都不再发生时 由热核反应维持的辐射压力也消失了 星体在引力作用下进一步收缩 中心密度达到极大 4 恒星的归宿恒星最终归宿与恒星的质量大小有关 当恒星的质量小于1 4倍太阳质量时 演变为白矮星 当恒星的质量是太阳质量的1 4倍 2倍时 演变为中子星 当恒星的质量更大时 演变为黑洞 课堂互动讲练 a 质子由1个u夸克和1个d夸克组成 中子由1个u夸克和2个d夸克组成b 质子由2个u夸克和1个d夸克组成 中子由1个u夸克和2个d夸克组成c 质子由1个u夸克和2个d夸克组成 中子由2个u夸克和1个d夸克组成d 质子由2个u夸克和1个d夸克组成 中子由1个u夸克和1个d夸克组成 自主解答 题目中给出的信息是u夸克与d夸克的带电荷量 故应从质子带一个正电荷 中子不带电荷的角度考虑 分析知b项正确 答案 b 解析 选ad 根据题目所给表格可以知道各种粒子的带电荷量 由电荷守恒定律可得a d正确 b c错误 天文观测表明 几乎所有远处的恒星 或星系 都在以各自的速度背离我们而运动 离我们越远的星体 背离我们运动的速度 称为退行速度 越大 也就是说 宇宙在膨胀 不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比 即v hr 式中h为一常量 称为哈勃常数 已由天文观察测定 为解释上述现象 有人提出一种理论 认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的 假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动 并设想我们就位于其中心 则速度越大的星体现在离我们越远 这一结果与上述天文观测一致 由上述理论和天文观测结果 可估算宇宙年龄t 其计算式为t 根据过期观测 哈勃常数h 3