5.5“基本”粒子 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

5.5“基本”粒子 选择性必修第三册&第五章 原子核 授课教师：杨孝波 图中显示的是质子对质子碰撞后粒子的轨迹。20世纪，人们通过对粒子碰撞和宇宙线的观测，发现了很多新粒子。这些新发现的粒子分为哪几类？彼此间有什么关系？ 课堂引入 CONTENTS 目录 阅读教材p126页，并回答问题。 1.粒子的发现过程？ 2.新粒子的发现途径？ 3.什么是反粒子？ 阅读并回答： 一、发现新粒子—思考 CONTENTS 目录 道尔顿（原子） 汤姆逊（电子） 卢瑟福（质子） 查德威克（中子） 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”。 一、发现新粒子—发现历史 基本粒子不基本 一、发现新粒子—粒子 1931——1970年发现的新粒子 1971——2001年发现的新粒子 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。 一、发现新粒子—发现过程 大型强子对撞机内部设备的一个局部 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。 现在已经发现的粒子达到400多种 一、发现新粒子—发现过程 年份 发现的粒子 年份 发现的粒子 1931—1940 正电子、u子 1971—1980 τ子、胶子、J/Ψ介子 1941—1950 K介子、π介子 1981—1990 W 和Z玻色子 1951—1960 反质子电子中微子 1991—2000 τ子中微子 1961—1970 u子中微子 2000年至今 希格斯玻色子 ①研究宇宙线发现新的粒子 ②利用加速器发现新的粒子 发现新粒子的两种途径 一、发现新粒子—发现途径 3.反粒子的发现： 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。 例如，电子的反粒子是正电子，它的电荷量与电子相同，但带的是正电荷。质子的反粒子是反质子，它的电荷量与质子相同，但带的是负电荷。 威尔逊云室里正电子“轨迹” 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。 一、发现新粒子—反粒子 CONTENTS 目录 阅读教材p128页，并回答问题。 1.粒子有哪几类？ 阅读并回答： 二、粒子的分类—思考 CONTENTS 目录 1、强子：参与强相互作用的粒子。 2、轻子：不参与强相互作用的粒子。 电子 电子中微子 μ子 μ子中微子 τ子和τ子中微子 轻子（6 种） 质子 中子 二、粒子的分类—强子和轻子 3、规范玻色子：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 传递弱相互作用 4、希格斯玻色子：希格斯场的量子激发。 传递电磁相互作用 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。 二、粒子的分类—规范玻色子和希格斯玻色子 现在已经发现的粒子达400多种。它们大体可被分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别。 特点 粒子 强子 参与强相互作用 质子和中子 轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、u子、u子中微子、τ子、τ子中微子 规范玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子 希格玻色子 希格斯场的量子激发 二、粒子的分类—总结 夸克与粒子物理标注模型 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。 拓展学习 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） 每种夸克都有对应的反夸克 1、夸克模型 拓展学习 夸克的“禁闭”： 夸克不能以自由的状态单个出现 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。 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。 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 拓展学习 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。 3、粒子物理标准模型 拓展学习 拓展学习 在粒子物理学领域杰出的华人科学家 王淦昌 丁肇中 李政道 杨振宁 赵忠尧 谢玉铭 吴健雄 科学漫步 拓展学习 　某中微子观测站揭示了中微子失踪的原因，即观测到的中微子数目比理论上的少是因为部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。关于上述研究有以下说法，正确的是(　　) A．若发现μ子和中微子运动方向一致，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相反 B．若发现μ子和中微子运动方向一致，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相同 课堂练习 C．若发现μ子和中微子运动方向相反，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相同 D．若发现μ子和中微子运动方向相反，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相反 [答案]　C 课堂练习 [解析]　中微子转化为一个μ子和一个τ子的过程中动量守恒，设中微子运动方向为正方向，有m中v中＝mμvμ＋mτvτ，若μ子和中微子运动方向一致，则m中v中－mμvμ＝mτvτ，由v中大于0，vμ大于0可知，vτ可能大于0，也可能小于0，即τ子运动方向与中微子运动方向可能相同，也可能相反，A、B错误；若μ子和中微子运动方向相反，则m中v中－mμvμ＝mτvτ，由v中大于0，vμ小于0可知，vτ一定大于0，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相同，C正确，D错误。 课堂练习 课堂练习 C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成 D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成 答案：B 解析：题目中给出的信息是u夸克与d夸克带的电荷量，故应从质子带一个元电荷量，中子不带电荷量的角度考虑，经过分析知B项正确。 课堂练习 Lavf57.82.100 $$