5.5 “基本”粒子&原子核 本章知识网络构建（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

本讲义聚焦“基本”粒子这一核心知识点，梳理从早期认为光子、电子等是不可再分的基本粒子，到发现其复杂结构、新粒子（如正电子、μ子），再到粒子分类（强子、轻子等）及夸克模型的认知脉络，搭建系统的物质结构学习支架。 该资料通过分类表格清晰呈现粒子特性，自我诊断题强化科学推理，例题解析深化模型建构，助力学生形成科学的物质观念。课中辅助教师高效授课，课后帮助学生通过练习查漏补缺，提升对微观世界的认知与科学思维能力。

5.5　“基本”粒子 学习 目标 1.初步了解粒子物理的基础知识及粒子的分类。 2.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。 一、“基本”粒子 1.人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子。 2.随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。 二、发现新粒子 　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，后来发现了超子等。 三、粒子的分类 1.强子：是参与（填“参与”或“不参与”）强相互作用的粒子。质子和中子都是强子。 2.轻子：不参与（填“参与”或“不参与”）强相互作用。电子电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子。 3.规范玻色子：是传递各种相互作用的粒子，如光子、中间玻色子（W和Z玻色子）、胶子。 4.希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。 四、夸克与粒子物理标准模型 1.夸克、夸克模型：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。 2.粒子物理标准模型是一整套关于粒子的理论。其中夸克，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。 [自我诊断] 　判断下列说法的正误 （1）目前，人们认为粒子界由夸克、强子、轻子构成。（ × ） （2）强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子。（ √ ） （3）电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子。（ × ） （4）夸克的带电荷量是电子电荷量的整数倍。（ ×） 一、新粒子的发现及分类 1.新粒子的发现 发现 时间 1932年 1937年 1947年 20世纪 60年代后 新粒 子 正电子 μ子 K介子与 π介子 超子 续表 汈汈汈汈汈 基本 特点 质量、寿命、 自旋等物理 性质与电子 相同，而电 荷等其他性 质相反　 比质子 的质量 小 质量介于 电子与质 子之间 质量比 质子大 2.粒子的分类 分类 参与的 相互作用 发现的粒子 备注 强子 参与强相 互作用 质子、中子、介子、超子 强子有内部结构，由“夸克”粒子构成；强子又可分为介子和重子 轻子 不参与强 相互作用 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子，τ子、τ子中微子 未发现内部结构 媒介子 传递各种 相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用 　　　以下说法正确的是（　　） A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子 B．质子、中子、介子和超子都属于强子 C．现代实验发现强子、轻子都有内部结构 D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子 解析：选B　最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，A错误；强子有内部结构，由夸克组成，现代实验还没有发现轻子的内部结构，C错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，D错误，B正确。 　（多选）关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是（　　） A．许多粒子都有自己的反粒子 B．把粒子分为强子、轻子、媒介子，依据是粒子与各种相互作用的关系 C．质子属于强子 D．光子属于轻子 解析：选ABC　许多粒子都有自己的反粒子，“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，故A正确；粒子分为三大类：媒介子、轻子和强子，依据是其相互作用的关系，质子和中子属于强子，光子属于媒介子，τ子属于轻子，故B、C正确，D错误。 二、夸克模型 1.夸克的提出：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。 2.夸克的种类：上夸克（u）、下夸克（d）、奇异夸克（s）、粲夸克（c）、底夸克（b）和顶夸克（t）。 3.夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－或＋。例如，上夸克带的电荷量为＋，下夸克带的电荷量为－。 4.意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。 　目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电荷量为＋e，d夸克带电荷量为－e，e为元电荷，下列论断可能正确的是（　　） A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 B．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2个d夸克组成 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 解析：选B　由于质子带e的正电荷，则由两个u夸克和一个d夸克组成，其总的电荷量为e；中子不带电，则由一个u夸克、两个d夸克组成，其总的电荷量为0，由此可知B正确。 1.（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 解析：选BC　质子和中子是由不同的夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故A错误，B正确；不同的夸克组成的强子，有的带电，有的不带电，质子是带正电的强子，故C正确；光子是规范玻色子，D错误。 2.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 解析：选D　质子、中子本身有复杂结构，选项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，选项B错误；现代实验还没有发现轻子的内部结构，选项C错误。 3. 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　　　　。（填写选项前的字母） A．0和0　　　　　　B．0和1 C．1和0 D．1和1 （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9.1×10－31kg，求反应中产生的每个光子的能量。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，质量数和电荷数均守恒，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，选项A正确。 （2）产生能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则ΔE＝Δmc2，故一个光子的能量为，代入数据得＝8.2×10－14 J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律。 答案：（1）A　（2）8.2×10－14J　此过程遵循动量守恒定律 学科网（北京）股份有限公司 $