1、第十九章 原 子 核第8节 粒子和宇宙 情景切入课前导读知识解惑栏目链接粒子和反粒子在20世纪初，人们认为所有的物质似乎都是由3种基本粒子构成的，即由质子、中子和电子组成一直到1932年，人们在宇宙射线中观察到一种新的粒子正电子，才打开了一扇通往新世界的窗口这种新发现的粒子同自然界中已被认识的粒子电子，具有相等的质量和电荷量，但又具有完全的对称对立性当一对正、负电子相遇时，它们会同时湮灭而释放出能量(光子)这时便有科学家提出这样的设想：在宇宙中可能还存在一种与我们现在所情景切入课前导读知识解惑栏目链接处世界的物质相反的“反物质”也就是说，既然存在有负电子的反物质正电子，也就可能存在质子的反物质
2、反质子，中子的反物质反中子，原子的反物质反原子等从那时起，就不断有科学家证实，物质的每种粒子(电子、质子和中子)都有其相对应的反粒子因此，反物质我们所处世界物质的“镜像”物质的存在，就被越来越多的人所相信现在也就有更多的科学家在寻找反物质，甚至想寻找一个由反物质构成的与我们的宇宙对称的反宇宙情景切入课前导读知识解惑栏目链接由于一个粒子和其反粒子相遇时会发生湮灭，而产生能量和其他粒子，因此如何捕捉反粒子是一个难题情景切入课前导读知识解惑栏目链接情景切入课前导读知识解惑栏目链接1“基本粒子”不基本直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来发现了电子、_和_，又认为它们是组成
3、物质的基本粒子现在已发 现 粒 子 有 400 余 种，有 些 也 具 有 复 杂 的_情景切入课前导读知识解惑栏目链接质子中子内部结构2发现新粒子(1)新粒子：20世纪30年代人们对_的研究发现一些新粒子，人们用高能加速器进行实验发现更多新粒子，1932年发现了_，1937年发现了_，1947年发现了_和介子及以后的超子、反粒子等(2)粒子分类：按照粒子与各相互作用关系，可以将粒子分为_、_和强子三大类强子是参与_的粒子，强子又分为介子和重子两类情景切入课前导读知识解惑栏目链接宇宙射线正电子子K介子媒介子轻子强相互作用轻子共发现6种，分别是电子、电子中微子、_、子中微子、子、子中微子媒介子是
4、传递_的粒子，如光子、中间玻色子、胶子等3夸克模型许多事实表明，强子是有内部结构的组成强子的内部成分叫_夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、_和_，它们带的电荷分别为元电荷的或_每种夸克都有对应的反夸克情景切入课前导读知识解惑栏目链接子各种相互作用夸克底夸克顶夸克134宇宙的演化研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究_的理论是相互沟通、相互支撑的，从大爆炸开始的不同时间里，对应的温度不同，组成宇宙的物质不相同5恒星的演化当温度降到_时，中性原子组成的宇宙尘埃在万有引力作用下，尘埃收缩凝集，引力势能转化为内能，温度升高，开始发光形成了恒星，当恒星核能耗尽时，进入末期，恒星的末期
5、形态主要有：白矮星、中子星或_情景切入课前导读知识解惑栏目链接宇宙3 000 K黑洞情景切入课前导读知识解惑栏目链接1 “基本粒子”不基本情景切入课前导读知识解惑栏目链接1“基本粒子”不基本(1)19世纪末，许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子(2)从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子，它们不是由质子、中子、电子组成的(3)科学家进一步发现质子、中子、电子等本身也是复合粒子，且还有着复杂的结构情景切入课前导读知识解惑栏目链接(4)研究粒子的主要工具粒子加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具2粒子的分类按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为三
6、大类：强子、轻子和媒介子(1)强子：强子是参与强相互作用的粒子如质子是最早发现的强子，强子又分为介子和重子两类情景切入课前导读知识解惑栏目链接(2)轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子如电子、中微子、子、子等(3)媒介子：媒介子是传递各种相互作用的粒子如光子、中间玻色子、胶子3反粒子(反物质)实验发现，许多粒子都有和它质量相同而电荷及其他一些物理量相反的粒子，叫反粒子例如电子和正电子，质子和反质子等由反粒子构成的物质叫反物质情景切入课前导读知识解惑栏目链接反粒子(反物质)最显著的特点是当它们与相应的正粒子(物质)相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子4夸克模型(1)夸克的提出许多实
7、验事实表明，强子是有内部结构的.1964 年提出的夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克(2)夸克的分类夸克有 6 种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷分别为元电荷的23或13.每种夸克都有对应的反夸克情景切入课前导读知识解惑栏目链接(3)夸克模型的意义夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷例 1 中子内有一个电荷量为23e 的上夸克和两个电荷量为13e 的下夸克，情景切入课前导读知识解惑栏目链接一简单模型是三个夸克都在半径为 r 的同一圆周上，上图所示在下图给出的四幅图中，能正确表示出
8、各夸克所受静电作用力的是()情景切入课前导读知识解惑栏目链接解析：本题考查的是库仑力的大小、方向及力的合成、明确每个夸克皆受两个力的作用，电荷量为23e 的上夸克受两个下夸克的吸引力，合力的方向一定向下对其中一个下夸克，受力如上页图所示，由于 F1 的水平分力与 F2大小相等，方向相反，故 F1 与 F2 的合力的方向竖直向上答案：B变 式迁 移情景切入课前导读知识解惑栏目链接1K介子衰变的方程为 K0，其中 K介子和 介子带负的基元电荷，0介子不带电一个 K介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为下图中圆弧 AP，衰变后产生的 介子的轨迹为圆弧 PB，两轨迹在P 点相切，它们的半径 R
9、K与 R之比为 21.0 介子的轨迹未画出由此可知 的动量大小与 0的动量大小之比为()A11 B12C13 D16变 式迁 移情景切入课前导读知识解惑栏目链接解析：设 K介子、介子和 0 介子的质量分别为 m、m1和 m2，在 P 点衰变前 K介子的速度为 v，衰变后 介子和 0介子的速度分别为 v1 和 v2.根据图中衰变前 K介子和衰变后 介子的运动轨迹，由左手定则可知 v1 和 v 的方向相反，对衰变过程应用动量守恒定律得：mvm1v1m2v2K介子和 介子在匀强磁场中做匀速圆周运动，RmvqB，变 式迁 移情景切入课前导读知识解惑栏目链接则 mvqBRR，已知 RK与 R大小之比为
10、21，即 mv2m1v1将代入得：2m1v1m1v1m2v2，得 m2v23m1v1，选项 C 正确答案：C1宇宙的演化20世纪40年代，在大量天文学家观测的基础上，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摄氏度时，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情景切入课前导读知识解惑栏目链接2 宇宙与恒星的演化情景切入课前导读知识解惑栏目链接种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙天体2恒星的演化密度很低的
11、星际物质逐渐形成星云，大块的星云由于引力作用而收缩逐渐凝成原恒星原恒星继续收缩，温度不断升高，发生热核反应，当热核反应产生的斥力和引力作用达到平衡时，恒星不再收缩，进入相对稳定阶段情景切入课前导读知识解惑栏目链接当核能源供应不足时，恒星的稳定状态遭到破坏，引力作用又开始大于斥力，星体又开始收缩，温度升高，发光能力增强，光度增加，外部膨胀，表面积增大，但表面温度降低，看上去呈红色，这时恒星便演化为红巨星或新星当恒星核能耗尽时，就进入末期恒星的末期形态主要有三种：白矮星、中子星或黑洞情景切入课前导读知识解惑栏目链接例2 现在科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒
12、子”与其对应的正粒子有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反据此，若有反粒子，它的质量数和电荷数分别为()A4，2 B4，2C4,2 D4,2情景切入课前导读知识解惑栏目链接分析：粒子的电荷数为2，质量数为4，抓住，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷的符号相反，得出反粒子的电荷数和质量数解析：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反所以，反粒子质量数为4，电荷数为2.故只有B选项正确，其他选项都不符合实际答案：B情景切入课前导读知识解惑栏目链接名师点评：解决本题的关键知道常见粒子的电荷数和质量数，能够根据题目所给的信息进行分析变 式迁 移情景切入课前导读知识解惑栏目链接2(双选)已知 介子、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，(e 表示元电荷)下列说法正确的是()udud带电荷量ee23e13e23e13e变 式迁 移情景切入课前导读知识解惑栏目链接A.由 u 和 d 组成B由 d 和 u 组成C由 u 和 d 组成D由 d 和 u 组成解析：由题目给的图表可以知道各种带电粒子的带电量及 介子、介子都是由一个夸克和一个反夸克组成的，运用电荷守恒定律可得 A、D 两选项正确答案：AD