人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案：5 5“基本”粒子

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1第5节“基本”粒子〖学习目标要求〗1.了解构成物质的“基本”粒子。2.了解近代发现的粒子。3.知道粒子的分类。4.了解夸克模型的内容。一、“基本”粒子和发现新粒子1.“基本”粒子不基本“基本粒子”：直到19世纪末，人们认为光子、电子、质子、中子是“基本粒子”，随着科学的发展，一方面逐渐发现了数以百计的新粒子，它们都不是由中子、质子、电子组成的；另一方面科学家又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。所以，从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称粒子。2.发现新粒子(1)从20世纪30年代以来，人们对宇宙线的研究和加速器、对撞机的开发及应用，现已发现的粒子达400多种。(2)反粒子实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作反粒子。二、粒子的分类和夸克模型1.粒子的分类目前发现的粒子大体可被分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别。2.夸克模型(1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由夸克构成的。(2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)、顶夸克(t)。(3)夸克所带的电荷量：夸克带的电荷分别为元电荷的－eq\f(1,3)或＋eq\f(2,3)。(4)夸克的意义：电子电荷不再是电荷的最小单元。(5)夸克的“禁闭”：夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。探究新粒子的发现和分类1.新粒子的发现(1)1931～1940年发现正电子、μ子。(2)1941～1950年发现K介子和π介子。(3)1951～1960年发现反质子和电子中微子。(4)1961～1970年发现μ子中微子。(5)1971～1980年发现τ子、胶子、J/Ψ介子。(6)1981～1990年发现W和Z玻色子。(7)1991～2000年发现τ子中微子。(8)2001～至今发现希格斯玻色子。2.粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子备注强子参与强相互作用质子、中子、介子、超子强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又可分为介子和重子轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未发现内部结构规范玻色子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用希格斯玻色子目前最后一个被发现是希格斯场的量子激发〖例1〗以下说法正确的是()A.最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子B.质子、中子、介子和超子都属于强子C.现代实验发现强子、轻子都有内部结构D.τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子〖答案〗B〖解析〗最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，A错误；强子有内部结构，由夸克组成，现代实验还没有发现轻子的内部结构，C错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，D错误，B正确。〖针对训练〗(多选)关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是()A.许多粒子都有自己的反粒子B.把粒子分为强子、轻子、媒介子，依据是粒子与各种相互作用的关系C.质子属于强子D.光子属于轻子〖答案〗ABC〖解析〗许多粒子都有自己的反粒子，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，故A正确；粒子分为三大类：媒介子、轻子和强子，依据是其相互作用的关系，质子和中子属于强子，光子属于媒介子，τ子属于轻子，故B、C正确，D错误。〖例2〗在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中eq\o\al(1,1)H的核反应，间接地证实了中微子的存在。(1)中微子与水中的eq\o\al(1,1)H发生核反应，产生中子(eq\o\al(1,0)n)和正电子(eq\o\al(0,＋1)e)，即中微子＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,＋1)e，可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________。(填写选项前的字母)A.0和0 B.0和1C.1和0 D.1和1(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ。已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31kg，求反应中产生的每个光子的能量。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是什么？〖答案〗(1)A(2)8.2×10－14J此过程遵循动量守恒定律〖解析〗(1)发生核反应前后，质量数和电荷数均守恒，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，选项A正确。(2)产生能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则ΔE＝Δmc2，故一个光子的能量为eq\f(ΔE,2)，代入数据得eq\f(ΔE,2)＝8.2×10－14J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律。1.(多选)下列所述正确的是()A.强子是参与强相互作用的粒子B.轻子是不参与强相互作用的粒子C.目前发现的轻子只有4种D.夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)〖答案〗ABD〖解析〗强子是参与强相互作用的粒子，轻子是不参与强相互作用的粒子，故选项A、B正确；强子由夸克组成，夸克有6种。它们的带电荷量分别为＋eq\f(2,3)e或－eq\f(1,3)e，故选项D正确；目前能发现的轻子只有6种，故选项C错误。2.(多选)下列关于夸克模型的说法正确的是()A.强子是由更基本的夸克组成的B.夸克的电荷量分别为元电荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)C.每种夸克都有对应的反夸克D.夸克能以自由的状态单个出现〖答案〗ABC〖解析〗强子是由更基本的夸克组成的，A正确；夸克的电荷量分别为元电荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)，B正确；每种夸克都有对应的反夸克，C正确；夸克不能以自由的状态单个出现，选项D错误。3.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是()A.夸克、轻子、胶子等粒子B.质子和中子等强子C.光子、中微子和电子等轻子D.氢核、氘核、氦核等轻核〖答案〗A〖解析〗宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此选项A正确，B、C、D的产生都在A之后，故选项B、C、D错误。4.已知π＋介子、π－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eq\o(u,\s\up6(－))或反夸克eq\o(d,\s\up6(－)))组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷。粒子π＋π－udeq\o(u,\s\up6(－))eq\o(d,\s\up6(－))带电荷量＋e－e＋eq\f(2,3)e－eq\f(1,3)e－eq\f(2,3)e＋eq\f(1,3)e(1)按最简单的组成，π＋介子由谁和谁组成？(2)按最简单的组成，π－介子由谁和谁组成？〖答案〗(1)π＋介子是由夸克u和反夸克eq\o(d,\s\up6(－))组成的(2)π－介子由夸克d和反夸克eq\o(u,\s\up6(－))组成〖解析〗(1)π＋介子带有＋e的