5.5 “基本”粒子 课件-2024-2025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 学习目标 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.感悟人类对物质结构的认识是不断深入的，通过对这些微观世界相关内容的学习，形成相对完整、科学的物质观念 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？ 新课导入 发现各种微粒的科学家 道尔顿（原子） 汤姆逊（电子） 卢瑟福（质子） 盖尔曼（夸克） 查德威克（中子） 一、发现新粒子 对新粒子的认识历程 发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪60年代后 新粒子 反粒子 μ子 K介子与π介子 超子 基本特点 质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反 比质子的质量小　　 质量介于电子与核子之间 其质量比质子大 部分新粒子的实验发现年代 (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． (3)探测工具 粒子加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具。 1.新粒子的发现 2.反粒子（反物质） 它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反 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 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 大型强子对撞机内部设备的一个局部 3.对撞机 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。 二、粒子的分类 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 ⑵每种轻子都有对应的反粒子 轻子（6 种） ⑶τ子的质量比核子的质量还大 根据相互作用的性质分类 ⑴没有发现轻子的内部结构 质子 中子 二、粒子的分类 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。 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。 根据相互作用的性质分类 总结粒子的分类 粒子的分类 概念 实例 强子 参与强相互作用的粒子 质子、中子 轻子 不参与强相互作用的粒子 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 希格斯玻色子 希格斯场的量子激发 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量 12 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 拓展学习 夸克与粒子物理标准模型 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。 夸克的“禁闭”： 夸克不能以自由的状态单个出现 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 夸克与粒子物理标准模型 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。 拓展学习 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 1. 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、媒介子都由更基本的粒子夸克组成 D. 许多粒子都存在反粒子 解析：质子、中子本身有复杂结构，A错误，τ子的质量比核子的质量大，但它属于轻子，不参与强相互作用，B错误；现代实验还没有发现轻子的内部结构，C错误。 D 随堂练习 2. 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. 氦核、氚核、氦子等轻核 A 3．下列说法正确的是（　　） A．原子是组成物质的最小微粒 B．质子是比原子更小的微粒 C．目前我们可以断定夸克已不能再分 D．粒子的带电荷量不可能比元电荷再小 B 课堂小结 一、发现新粒子 二、粒子的分类 ①研究宇宙线发现新的粒子 ②利用加速器发现新的粒子 反粒子：电荷等其他性质相反是粒子 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 $$