第6讲 “基本“粒子 讲义-2025-2026学年高二下学期物理沪科版选择性必修第三册

普高物理2021新教材选修3第15章原子核 第6讲 “基本“粒子（讲义）--学生版（定稿） 普高物理2021新教材选修3第15章原子核 第6讲 “基本“粒子（讲义） 知识点1、　“基本”粒子和发现新粒子　粒子的分类和夸克模型 1、“基本”粒子不基本 “基本粒子”：直到19世纪末，人们认为光子、 、质子、中子是“基本粒子”，随着科学的发展，一方面逐渐发现了数以百计的新粒子，它们都不是由中子、质子、电子组成的；另一方面科学家又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。所以，从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子。 2、发现新粒子 2.1、从20世纪30年代以来，人们对宇宙线的研究和加速器、对撞机的开发及应用，现已发现的粒子达 多种。 2.2、反粒子 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。 3、粒子的分类 粒子物理标准模型是一整套关于 的理论。其中， 、 、 和 是组成物质的几类最基本的粒子。 4、夸克与粒子物理标准模型 4.1、夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了 ，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作 。即强子是由 构成的。 4.2、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)、顶夸克(t)。 4.3、夸克所带的电荷量：夸克带的电荷分别为元电荷的－或＋。 4.4、夸克的意义：电子电荷不再是电荷的 单元。即存在分数电荷。 4.5、夸克的“禁闭”：夸克不能以 的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。 5、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，由夸克构成 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 规范玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁磁、弱、强相互作用 希格斯玻色子 — — 希格斯玻色子是这几种基本粒子中最后一个被发现的 专题讲练1 1、 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 2、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的。u夸克所带的电荷量为e，d夸克所带的电荷量为－e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是( 　) A.质子由1个u夸克和2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2个u夸克和1个d夸克组成 3、关于粒子，下列说法正确的是(　 　) A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B.强子都是带电粒子 C.夸克模型是探究轻子结构的理论 D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 4、(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 5、(多选)下列说法正确的是(　 　) A.目前还未发现轻子的内部结构 B.自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对粒子不适用 C.反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象 D.强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子 6、(多选)下列关于夸克模型的说法正确的是(　 　) A.强子是由更基本的夸克组成的 B.夸克的电荷量分别为元电荷的＋或－ C.每种夸克都有对应的反夸克 D.夸克能以自由的状态单个出现 7、(多选)质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法正确的是(　 　) A.上夸克的电荷量为＋ B.下夸克的电荷量为－ C.上夸克的电荷量为－ D.下夸克的电荷量为＋ 8、于粒子，下列说法正确的是(　 ) 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 9、K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电。如图所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切。它们的半径Rk－与Rπ－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出。由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为(　 　) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶6 10、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个带负荷的电子构成 B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成 C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成 D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成 11、人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现了一些新的粒子，K介子和π介子都是科学家在1947年发现的。K－介子的衰变方程为K－→π0＋π－，其中K－介子和π－介子带负电，电荷量等于元电荷的电荷量，π0介子不带电。如图所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为图中的圆弧虚线，K－介子衰变后，π0介子和π－介子的轨迹可能是(　 　) 12、(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 13、　(多选)已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷。 粒子 π＋ π－ u d 带电荷量 ＋e －e ＋ － － ＋ 下列说法正确的是(　 　) A．π＋由u和组成 B．π＋由d和组成 C．π－由u和组成 D．π－由d和组成 1 物理学习的核心在于思维 最基本的知识、方法才是最重要的； 30%兴趣+30%信心+30%方法+10%勤奋+l%天赋>100%成功初三物理暑假课程 学科网（北京）股份有限公司 $普高物理2021新教材选修3第15章原子核 第6讲 “基本“粒子（讲义）--教师版（定稿） 普高物理2021新教材选修3第15章原子核 第6讲 “基本“粒子（讲义） 知识点1、　“基本”粒子和发现新粒子　粒子的分类和夸克模型 1、“基本”粒子不基本 “基本粒子”：直到19世纪末，人们认为光子、电子、质子、中子是“基本粒子”，随着科学的发展，一方面逐渐发现了数以百计的新粒子，它们都不是由中子、质子、电子组成的；另一方面科学家又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。所以，从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子。 2、发现新粒子 2.1、从20世纪30年代以来，人们对宇宙线的研究和加速器、对撞机的开发及应用，现已发现的粒子达400多种。 2.2、反粒子 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。 3、粒子的分类 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。 4、夸克与粒子物理标准模型 4.1、夸克的提出：1964年美国物理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。即强子是由夸克构成的。 4.2、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)、顶夸克(t)。 4.3、夸克所带的电荷量：夸克带的电荷分别为元电荷的－或＋。 4.4、夸克的意义：电子电荷不再是电荷的最小单元。即存在分数电荷。 4.5、夸克的“禁闭”：夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。 5、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，由夸克构成 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 规范玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁磁、弱、强相互作用 希格斯玻色子 — — 希格斯玻色子是这几种基本粒子中最后一个被发现的 专题讲练1 1、 以下说法正确的是(　B　) 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　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。 2、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的。u夸克所带的电荷量为e，d夸克所带的电荷量为－e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是(　B　) A.质子由1个u夸克和2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2个u夸克和1个d夸克组成 解析　质子H所带的电荷量为2×e＋e＝e，中子n所带的电荷量为e＋2×＝0，结合不同夸克的带电荷量可知，B正确。 3、关于粒子，下列说法正确的是(　D　) A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B.强子都是带电粒子 C.夸克模型是探究轻子结构的理论 D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 解析　由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、B错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋e和－，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故C错误，D正确。 4、(多选)关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是(　ABC　) 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　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。 5、(多选)下列说法正确的是(　ACD　) A.目前还未发现轻子的内部结构 B.自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对粒子不适用 C.反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象 D.强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子 解析　现代实验中还没有发现轻子的内部结构，故A正确；能量守恒定律等对粒子也适用，故B错误；反粒子与其相应的粒子带等量异种电荷，反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象，故C正确；质子是早发现的强子，故D正确。 6、(多选)下列关于夸克模型的说法正确的是(　ABC　) A.强子是由更基本的夸克组成的 B.夸克的电荷量分别为元电荷的＋或－ C.每种夸克都有对应的反夸克 D.夸克能以自由的状态单个出现 解析　强子是由更基本的夸克组成的，A正确；夸克的电荷量分别为元电荷的＋或－，B正确；每种夸克都有对应的反夸克，C正确；夸克不能以自由的状态单个出现，选项D错误。 7、(多选)质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法正确的是(　AB　) A.上夸克的电荷量为＋ B.下夸克的电荷量为－ C.上夸克的电荷量为－ D.下夸克的电荷量为＋ 解析　根据质子带电荷量为＋e和中子不带电，设上、下夸克的电荷量分别为q1、q2，则有2q1＋q2＝＋e，q1＋2q2＝0，解得q1＝＋e，q2＝－，故选项A、B正确。 8、于粒子，下列说法正确的是(　D　) 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　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；许多粒子都有自己的反粒子，选项D正确。 9、K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电。如图所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切。它们的半径Rk－与Rπ－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出。由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为(　C　) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶6 解析　K－介子与π－介子均做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有evB＝m，故动量p＝mv＝eBR，因而pK－∶pπ－＝2∶1。根据动量守恒定律，有pK－＝pπ0－pπ－，故pπ0＝3pπ－，选项C正确。 10、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(B) A．由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成 B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成 C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成 D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成 解析　反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成。故选B。 11、人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现了一些新的粒子，K介子和π介子都是科学家在1947年发现的。K－介子的衰变方程为K－→π0＋π－，其中K－介子和π－介子带负电，电荷量等于元电荷的电荷量，π0介子不带电。如图所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为图中的圆弧虚线，K－介子衰变后，π0介子和π－介子的轨迹可能是(　A　) 解析　π0介子不带电，在磁场中不偏转，π－介子带负电，在磁场中洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，再根据动量守恒定律判定知A正确。 12、(多选)关于粒子，下列说法正确的是(　BC　) 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　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，故D错误。 13、　(多选)已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷。 粒子 π＋ π－ u d 带电荷量 ＋e －e ＋ － － ＋ 下列说法正确的是(　AD　) A．π＋由u和组成 B．π＋由d和组成 C．π－由u和组成 D．π－由d和组成 解析　因π＋介子带有＋e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，则夸克u带＋e和反夸克带＋e合成电荷量为＋e，那么π＋介子是由夸克u和反夸克组成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克组成，所以A、D正确。 1 物理学习的核心在于思维 最基本的知识、方法才是最重要的； 30%兴趣+30%信心+30%方法+10%勤奋+l%天赋>100%成功初三物理暑假课程 学科网（北京）股份有限公司 $