第五章 5 “基本”粒子（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第三册教师用书（人教版 浙江）

5　“基本”粒子 ［学习目标］　1.了解粒子的发现史。2.知道粒子的分类及特点(重点)。3.了解夸克模型。 1.“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。 2.发现新粒子 (1)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。 (2)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1　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 答案　B 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。 例2　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。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(　　) 答案　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。 3.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。 例3　(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 答案　BC 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。 4.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)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)意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。 (4)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。 例4　(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 答案　AD 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。 例5　(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。根据夸克模型，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量分别为-或+e，电荷量e为元电荷。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+ 答案　AB 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A、B。 学科网（北京）股份有限公司 $ 5　“基本”粒子 DIWUZHANG 第五章 1 1.了解粒子的发现史。 2.知道粒子的分类及特点(重点)。 3.了解夸克模型。 学习目标 2 1.“基本”粒子 (1)人们认为光子、电子、 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、 、电子组成，并发现 、中子等本身也有自己的复杂的结构。 质子 中子 质子 2.发现新粒子 (1)1932年发现了 ，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。 (2)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 。 正电子 反粒子 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 例1 √ 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。 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。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 例2 √ 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。 3.粒子的分类 (1)强子：是 (填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子。 和 都是强子。 (2)轻子： (填“参与”或“不参与”)强相互作用。 、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 各种相互作用的粒子，如 、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。 参与 质子 中子 不参与 电子 传递 光子 (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 例3 √ 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。 √ 4.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 。 (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)意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。 (4)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。 夸克 粒子 夸克 轻子 规范玻色子 希格斯玻色子 (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。 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 例4 √ √ 粒子 π+ π- u d 带电荷量 +e -e + - - + 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。 (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。根据夸克模型，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量分别为-或+e，电荷量e为元电荷。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+ 例5 √ √ 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A、B。 $