2013年沪科物理选修3-5课件：第4章4.4

1、44粒子物理与宇宙的起源粒子物理与宇宙的起源核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课前自主学案课前自主学案知能优化训练知能优化训练44课标定位课标定位课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.了解组成物质的粒子了解组成物质的粒子2知道粒子的分类及其作用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了解宇宙起源的大爆炸假说及恒星的演化化4体会宏观世界和微观世界的辩证统一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几种，知道粒子的分类及其作用课前自主学案课前自主学案一、物质结构的更深层次

2、一、物质结构的更深层次1粒子世界粒子世界在在19世纪末，人们认为世纪末，人们认为_、_和和_是组成物质的不可再分的最基本的粒子用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这个观点成功地解释了各种原子核的一些性质和质和_的一些规律，原子核中放射出电的一些规律，原子核中放射出电子，使人们怀疑子，使人们怀疑“基本粒子基本粒子”是否还基本是否还基本20世纪中叶，科学家通过高能加速器进行实世纪中叶，科学家通过高能加速器进行实验，发现了更多的新粒子，如验，发现了更多的新粒子，如_、_、_、子子电子电子质子质子中子中子核反应核反应子子k介子介子介子介子参与强相互作用的粒子称为

3、强子，像质子、中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子、介子等，称为第一个粒子家族2夸克夸克质子、中子等强子有着自己复杂的结构，它们质子、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叫夸克到此为止已经知道了有六种夸克的存在，它们是：在，它们是：_、_、_、_、_和和_上夸克上夸克下夸克下夸克奇异夸克奇异夸克粲夸克粲夸克底夸克底夸克顶夸克顶夸克称为第二个粒子家族的是称为第二个粒子家族的是_，如电子、，如电子、子、子、子以及与它们相联系的中微子等；称为第三个

4、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、传递弱相互作用的光子、传递弱相互作用的_以及传递强相互作用的以及传递强相互作用的_轻子轻子中间玻色子中间玻色子w、z0胶子胶子3加速器和粒子物理加速器和粒子物理粒子物理学研究的工具是高能粒子物理学研究的工具是高能_和粒子和粒子_.1989年我国建成的北京年我国建成的北京_对撞对撞机，使有效能量大大增高机，使有效能量大大增高加速器加速器探测器探测器正负电子正负电子二、自然界两极的奇妙汇合二、自然界两极的奇妙汇合1暴胀的宇宙暴胀的宇宙宇宙起源于一次大爆炸，这种理论被称为宇宙

5、宇宙起源于一次大爆炸，这种理论被称为宇宙_理论理论2恒星的演化恒星的演化恒星的最后归宿是：质量小于太阳恒星的最后归宿是：质量小于太阳10倍的恒星，倍的恒星，它会演变成它会演变成_，即体积很小，质量不太小，即体积很小，质量不太小的恒星；质量大于太阳的恒星；质量大于太阳10倍的恒星，会演变成倍的恒星，会演变成_；更大质量的恒星，会演变成；更大质量的恒星，会演变成“_”大爆炸大爆炸白矮星白矮星中子星中子星黑洞黑洞3小粒子与大宇宙小粒子与大宇宙物理学的研究范围小到微观粒子，大到浩瀚的物理学的研究范围小到微观粒子，大到浩瀚的宇宙，宇宙，1979年诺贝尔物理学奖得主格拉肖曾经年诺贝尔物理学奖得主格拉肖曾经

6、非常形象地把大至宇观世界小至微观世界的非常形象地把大至宇观世界小至微观世界的“链条链条”比喻成一条咬住自己尾巴的大蛇，从比喻成一条咬住自己尾巴的大蛇，从尾到首依次对应于尾到首依次对应于_、_、_、细胞、细胞、一直到超星系团、整个宇宙一直到超星系团、整个宇宙粒子粒子原子核原子核原子原子三、物理学家的追求三、物理学家的追求统一场论统一场论物理学家的进一步追求，就是把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、_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再综合在一个统一的理论体系中强强电磁电磁弱弱引力引力核心要点突破核心要点突破一、现代粒子理论一、

7、现代粒子理论1媒介子：传递各种相互作用的粒子主媒介子：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，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互作用强得多如核子之间的核力就属于强相互作用相互作用2轻子：不参与相互作用的粒子主要有轻子：不参与相互作用的粒子主要有电子、电子中微子、电子、电子中微子、子和子和子中微子、子中微子、子子和和子中微子目前认为轻子也没有内部结子中微子目前认为轻子也没有内部结构构3强子：参与强相互作用的粒子主要包括质强子：参与强相互作用的粒子主要包括质子、中

8、子、介子和超子强子有内部结构，由子、中子、介子和超子强子有内部结构，由更基本的粒子更基本的粒子夸克组成夸克组成即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)下列说法中正确的是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日前还未发现媒介子、轻子和夸克三类粒子的内部结构的内部结构b自然界存在的能量守恒定律、动量守恒定律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，会发生湮灭反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象现象d强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早强子是参与强相互作用的粒子，

9、质子是最早发现的强子发现的强子解析：解析：选选acd.媒介子、轻子和夸克在现代实验媒介子、轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内部结构，故中还没有发现其内部结构，故a正确反粒子带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，故会发生湮灭现象，故c正确质子是最早发现的正确质子是最早发现的强子，故强子，故d正确正确2恒星的稳定期恒星的稳定期当温度超过当温度超过107 k时，氢通过热核反应成为氦，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射产

10、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，的时间最长太阳目前正处于这一阶段的中期，要再过要再过50亿年才会转到另一个演化阶段亿年才会转到另一个演化阶段3恒星的衰老恒星的衰老当恒星核心部分的氢大部分聚变为氦以后，核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得更高，于是发生了氦核聚合成碳核的聚变反应

11、类似的过程一波接一波地继续下去，出现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，光度也发生周个阶段要经历多次膨胀与收缩，光度也发生周期性的变化期性的变化当各种热核反应都不再发生时，由热核反应维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，中心密度达到极大一步收缩，中心密度达到极大4恒星的归宿恒星的归宿恒星最终归宿与恒星的质量大小有关，当恒星恒星最终归宿与恒星的质量大小有关，当恒星的质量小于的质量小于1.4倍太阳质量时，

12、演变为白矮星；倍太阳质量时，演变为白矮星；当恒星的质量是太阳质量的当恒星的质量是太阳质量的1.4倍倍2倍时，演倍时，演变为中子星；当恒星的质量更大时，演变为黑变为中子星；当恒星的质量更大时，演变为黑洞洞课堂互动讲练课堂互动讲练夸克模型夸克模型a质子由质子由1个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成，中子由夸克组成，中子由1个个u夸克和夸克和2个个d夸克组成夸克组成b质子由质子由2个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成，中子由夸克组成，中子由1个个u夸克和夸克和2个个d夸克组成夸克组成c质子由质子由1个个u夸克和夸克和2个个d夸克组成，中子由夸克组成，中子由2个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成夸克组成d质

13、子由质子由2个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成，中子由夸克组成，中子由1个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成夸克组成【自主解答自主解答】题目中给出的信息是题目中给出的信息是u夸克与夸克与d夸克的带电荷量，故应从质子带一个正电荷，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中子不带电荷的角度考虑分析知b项正确项正确【答案答案】b解析：解析：选选ad.根据题目所给表格可以知道各种粒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子的带电荷量，由电荷守恒定律可得a、d正确，正确，b、c错误错误 天文观测表明，几乎所有远处的恒星天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或或

14、星系星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我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们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行称为退行速度速度)越大；也就是说，宇宙在膨胀不同星体越大；也就是说，宇宙在膨胀不同星体的退行速度的退行速度v和它们离我们的距离和它们离我们的距离r成正比，即成正比，即vhr.宇宙膨胀问题宇宙膨胀问题式中式中h为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察为一常量，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，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大的星体现在离我们越远这一结果与上述天文观测一致文观测一致由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄t，其计算式为其计算式为t_.根据过期观测，哈根据过期观测，哈勃常数勃常数h3102m