5.4 “基本粒子”与恒星演化 学案-福建省莆田第二中学2020-2021学年高二物理鲁科版选修3-5

第4节 “基本粒子”与恒星演化 学案 学习目标： 初步了解粒子物理学的基础知识及恒星演化． 基础知识： 一．“基本粒子”初步 (1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子． (2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构． 1．影响“基本粒子”的相互作用 2．“基本粒子”家族 (1)新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子及以后的超子等． (2)粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子． (3)夸克模型的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的． 三．宇宙及恒星的演化 (1)宇宙演化 根据大爆炸理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期．在大爆炸之后逐渐形成了夸克、轻子和胶子等粒子，随后经过强子时代、轻子时代、核合成时代．继续冷却，质子、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和星系． (2)恒星的演化 ①恒星的形成：大爆炸后，在万有引力作用下形成星云团，进一步凝聚使引力势能转变为内能，温度升高，直到发光，于是恒星诞生了． ②恒星演变：核聚变反应，层级递进地在恒星内发生，直到各种热核反应不再发生时，恒星的中心密度达到极大． ③恒星归宿：恒星最后的归宿有三种，它们是白矮星、中子星、黑洞． 典例1、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H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即：中微子＋H→n＋e 可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________。 (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e＋e→2γ，已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是什么？ [解析]　(1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0。 (2)产生能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子