5.5 基本粒子 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

1、知道电子、中子、质子并不是组成物质的最基本的粒子。 2、知道粒子的分类及其作用。 3、了解夸克模型。 4、了解粒子的发展史 学习目标 5.5 基本粒子 一、发现新粒子 1、发现历史 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、质子和中子，并且知道了原子核和电子组成了原子，质子和中子组成了原子核。于是许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，并把它们叫作“基本粒子”。然而，随着科学的进一步发展，科学家们认识到这些粒子并不“基本”。 道尔顿（原子） 汤姆孙（电子） 卢瑟福（质子） 查德威克（中子） 1932年发明的粒子加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。让这些高能粒子彼此对撞，就能产生更多的粒子，这种装置称为对撞机 利用加速器和对撞机，人们发现了400多种的粒子。 2、发现新粒子 从20 世纪30 年代以来，人们在对宇宙线的研究中陆续发现了一些新的粒子。 由反粒子构成的物质叫反物质 例如： 质子和反质子等 电子和正电子 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、反粒子：粒子的质量、寿命、自旋等物理性质与过去发现的粒子相同，电荷等其他性质相反。 二、粒子的分类 1、强子：参与强相互作用的粒子。 2、轻子：轻子不参与强相互作用。 最早发现的轻子是电子，后来发现的轻子有电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子。 质子、中子 ⑴没有发现轻子的内部结构 ⑵每种轻子都有对应的反粒子 ⑶τ子的质量比核子的质量还大 二、粒子的分类 4、希格斯玻色子：希格斯场的量子激发 3、规范玻色子：是传递各种相互作用的粒子 光子 中间玻色子（W和Z玻色子） 胶子 传递电磁相互作用 传递弱相互作用 传递强相互作用 希格斯玻色子别称上帝粒子，是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子。 2012年7月4日科学家宣布发现了一个新粒子，与希格斯玻色子特征有吻合之处 这种玻色子是物质的质量之源，是电子核夸克等形成质量的基础，其他粒子在这种粒子形成的场中游弋并产生惯性，进而形成质量，构筑成大千世界。 拓展学习 原子核的结构 夸克与粒子物理标准模型 1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。 下夸克d 上夸克u 奇夸克s 粲夸克c 底夸克b 顶夸克t 介子（夸克和反夸克组成） 质子 中子 重子（三个夸克组成） 夸克与粒子物理标准模型 每种夸克都有对应的反夸克 1、夸克模型 （1）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。 夸克的“禁闭”：夸克不能以自由的状态单个出现 ①在夸克模型的基础上，科学家们发展出了描述强相互作用的系统理论——量子色动力学。 ②以量子色动力学和电弱统一理论为核心，人们已经完成了一整套关于粒子的理论，称为粒子物理标准模型。 2、夸克模型的意义 （2）科学正是由于一个一个的突破才得到进一步的发展。 3、粒子物理标准模型 标准模型和大量实验吻合得很好，取得了很大的成功。在标准模型中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。 华人科学家在粒子物理学领域的杰出贡献 赵忠尧(1902-1998) 第一个发现正电子的人，比安德逊早两年。 王淦昌(1907-1998) 探测中微子的理论，发现超子的反粒子，研究宇宙线中介子衰变 杨振宁（1922-） 提出基本粒子第一个复合模型，宇称不守恒理论，1955年获诺贝尔奖 李政道（1926-） 主要从事粒子物理和场论领域的研究，宇称不守恒理论，1955年获诺贝尔奖 吴健雄(1912-1997） 实验证明了在弱相互作用中的宇称不守恒 丁肇中(1936-) 发现J粒子，领导阿尔法磁谱仪项目，1976年获诺贝尔奖 练习、关于粒子，下列说法中正确的是(　　)A．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B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用C．强子、轻子都由夸克组成D．许多粒子都存在反粒子 D 练习、(多选)关于粒子，下列说法正确的是(　　)A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B．质子、中子本身也是复合粒子，它们具有复杂的结构C．质子是带电的强子D．光子是希格斯玻色子 BC 练习、为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪（AMS）在太空中寻找“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的。“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，则反氢原子是（　　） A．由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电