粤教版选修(3-5)4.7《小粒子与大宇宙》word学案

1、4.7小粒子与大宇宙学案【学习目标】（1）初步了解恒星的演化.（2）初步了解粒子物理学的知识.【学习重点】宇宙演化过程的理解【知识要点】一、小粒子与大字宙的空间跨度1 宇宙的起源20世纪40年代，在大量天文学观测的基础上，物理学家提出了宇宙演化的大爆炸假说.它的主要观点是，宇宙是由一个超高温、超高密度的“原始火球”发生大爆炸而开始的.然后经历了从热到冷的演化，在这个时期里，宇宙不断地膨胀（也称暴胀），宇宙物质从密到稀。当温度下降到几千度时，宇宙间主要是气态物质后来气体逐渐凝聚成气云， 并且进一步收缩形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙天体.2. 微观粒子直到19世纪末，人们都认为原子

2、是组成物质的不可再分的最小微粒，后来发现了电子、质子和中子.随着科学家们的研究逐步发现了400多种不同的新粒子，它们不是质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身是复合粒子，并且还有着自己的复杂结构， 所以电子、质子、中子并不是组成物质世界的基本粒子.说明：对微观粒子分类如下表所示:分类参与的相互作用发现的粒子备 注强子强相互作用质子、中子、介子、超子质子是最早发现的强子 强子有内部结构轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、子卩子中微子、T子、T子中 微子无内部结构媒介子各种相互作用光子、玻色子、胶子光子传递电磁相互作用 玻色子传递弱相互作用 胶子传递强相互作用3 空间跨度人类认识的空间可

3、以分为三个层次：我们日常生活的空间为宏观层次，分子、原子大小发更小的空间为微观层次，地球大气层外浩淼的宇宙为字观层次从微观空间到字观空527间约从10-到10 m,共跨越了大约42个数量级.二、小粒子与大宇宙的时间跨度宇宙的寿命约为1018s，微观粒子的寿命最短的只有10-25 s，可见物质世界的时间尺度，约从018s到10-25s，共跨越了将近43个数量级.三、统一场论物理学向微观和宇观两个领域的研究今天得到了初步统一，物理学完整、和谐美在这 里又得到了充：分体现“物理学中研究最大和最小对象的两个分支，宇宙学和粒子物理学就奇妙地衔接在一起，犹如一条怪蟒咬住自己的尾巴”【典型例题】例：已知n

4、+介子、n -介子都是由一个夸克 （夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克U或反夸克d）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。2.+nnudud带电+e-e2121e_e+-e量3333下列说法正确的是（）A. n +由 u和d组成B. n +由U和d组成C.71由u和d组成D.由u和d组成解析归纳点评根据各种粒子带电情况，n的带应为u和d （“ +”或“-”）所以选“ AD基本粒子不基本（列出框架图）逐步突现物质世界的微观与宏观的和谐统一。【当堂反馈】目前普遍认为，质子和中子都由被称为2e/3 , d夸克带电量为1个1夸克和2个1夸克和1个1夸克和2个1夸克和1、电量为A.B.C.

5、D.质子由 质子由 质子由 质子由2、K 一介子衰变方程为:1夸克和d夸克的两类夸克组成，1夸克带（ ）2个d夸克组成2个d夸克组成1个d夸克组成1个d夸克组成-e/3 , e为元电荷，则下列论断可能的是 1个d夸克组成，中子由 1个d夸克组成，中子由 2个d夸克组成，中子由个d夸克组成，中子由1个1个2个1个夸克和夸克和 1夸克和 1夸克和n 0介子不带电，如图所示，一个迹为圆弧Ap,衰变后产生的Rk-与R-之比为2 : 1 （ n 小之比为（）A. 1 : 1【参考答案】1、B 2、C【本章达标训练】1.铀裂变的产物之一氟90 Zr）,这些衰变是（K J n -+ n o其中K 一介子和n

6、 -介子带负的基元电荷,K 一介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨no介子的轨迹未画出）由此可知-介子的轨迹 为圆弧pB,两轨迹在p点相切，它们半径n的动量大小与n 的动量大.1: 2 C . 1: 3.1: 690 （ 30 Kr）是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆A.1次a衰变，6次B衰变。 B.4 次B衰变。C.2次a衰变。D.2次a衰变，2次B衰变。图中P为放在匀强 电场中的天然放射源， 其放出的射线在电场的作用下分成90a、b、c三束，以下判断正确的是（）A. a为a射线，b为B射线。B. a为B射线，b为a射线。C.b为丫射线，c为a射线。D. b为a射线，c为丫射

7、线。3. 关于a、B、Y三种射线，下列说法中正确的是（）A. a射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强。B. B射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力。C. 丫射线一般伴随着a和B射线产生，它的穿透能力最强。D. y射线是电磁波，它的穿透能力最弱。4.有三个核反应方程分别是:(1) H+H t He+n。22688Ra- 222Rn+He（3） 2325 U+n- 34 Xe+9、核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位

8、素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子。若已知氘原子的质量为2.0141U ,氚原子的质量为 3.0160u ,氦原子的质量为4.0026U，中 子的质量为 1.0087u , 1u= 1.66 X 10- kg。（1 ）写出氘和氚聚合的反应方程。 试计算这个核反应释放出来的能量 若建一座功率为3.0 X 105kw的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能, 每年要消耗多少氘的质量？（一年按3.2 X 107s计算，光速c = 3.00 X 108m/s，结果取二位536 Sr+10n。它们的核反应类型分别是；（）A. 裂变、衰变、人工转变。B.聚变、衰变、裂变。

9、C.聚变、衰变、人工转变。D.人工转变、衰变、裂变。5. 下列关于重要的物理史实的说法中正确的是（）A. 卢瑟福在用：粒子轰击金箔的实验中发现了质子，B. 爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说，C. 查德威克在用粒子轰击铍核的实验中发现了中子，D. 居里夫人首先发现了天然放射现象。6. 下列叙述中符合物理学史的是（）A. 汤姆生发现了电子，提出了原子的核式结构学说。B. 贝克勒尔通过对天然放射性的研究，发现了放射性元素钋（Pa）和镭（Ra）。C. 麦克斯韦提出了光的电磁说。D.爱因斯坦首先发现了光电效应现象。7. 牛顿为了说明光的性质，提出了光的微粒说，如今，人们对光的性质已有了进一步

10、的认照梱底片识，下列四个示意图所表示的实验，能说明光性质的是（）&如图所示是查得威克发现中子的实验装置示意图，图中粒子X代表的是粒子，粒子X轰击铍核的核反应方程是有效数字)10、静止在匀强磁场中的；Li核俘获一个速度为Vo=7.7 X 10 4m/s的中子发生核反应；Li+0nT ；H+；He。若已知2 He的速度为v? = 2.0x 104 m/s，其方向与反应前中子的速 度方向相同。求(1) ；H的速度多大？(2) 求出轨道半径之比。(3)当粒子；He旋转3周时，粒子3H旋转几周?【达标训练参考答案】1. B 2. C 3. C4. B 5. BC 6 . C 7 . BC8. a粒子咛屮c +M42(502(2 ) lE - . ：mc(mHmH3-mHe_mn)c2 =2.810 J2 J(3 )设每年需核能为发电量为E则 E= Pt E - E 总1921016 J每年消耗氘:1 .310 28 u二 23 kg9. (1) 12H 1 H 2 He 0 n10.解析(1)中子撞击锂核生成氘核和氦核过程中动量守恒m0v0 = gw m2v2，代入数据解得Vr = 1.0 10 氘核、氦核做圆周运动的周期之比为T, :T2二: 2