5.5 粒子物理学发展概况 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

5 粒子物理学发展概况 第五章 原子核与基本粒子 High school physics 知道粒子的分类及特点。 了解发现新粒子的过程。 了解夸克模型。 重点 02 01 03 粒子“全家福” 01 我们平时见过碰碰车碰撞的场景，在微观世界里也有着精彩的粒子碰撞，右图是质子对质子碰撞后粒子留下的轨迹；早在20世纪，科学家们通过观测这类粒子碰撞和宇宙线，发现了许多新粒子，这些“新成员”可以分为几类？它们之间又存在着怎样的联系呢？ 公司logo 公司logo 情境导入 “基本”粒子 道尔顿(原子) 汤姆逊(电子) 卢瑟福(质子) 查德威克(中子) 质子、中子、电子和光子，成为组成物质的基本单元，被称为基本粒子。 公司logo 公司logo 核心知识 基本粒子不“基本” 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”。 一方面，科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子，它们并不能看作由质子、中子、电子组成的； 另一方面，科学家们又发现质子、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。 公司logo 公司logo 核心知识 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为发现新的粒子、研究物质更深层次的结构发挥了巨大作用。 公司logo 公司logo 核心知识 大型强子对撞机 公司logo 公司logo 粒子“全家福” 公司logo 公司logo 核心知识 粒子的分类 规范玻色子 玻色子 轻子 带电——费米子 中微子——费米子 强子 介子——玻色子 重子——费米子 粒子“全家福” 公司logo 公司logo 核心知识 反粒子与反物质 反粒子与反物质：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，完全由反粒子组成的物质称为反物质。 公司logo 公司logo (1)质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子。(　　) (2)质子、中子本身也是复合粒子，它们具有复杂的结构。(　　) (3)质子是带电的强子。(　　) × √ √ 辨析 1.(多选)(2024·南充市高二期末)一个电子和另一个正电子相遇时，会发生“湮灭”，即这一对正、负电子会“消失”而转化为一对光子，光子的静止质量为零，则这一转化过程 A.质量增大，能量减小 B.质量减少，能量增加 C.质量和能量的总量守恒 D.质量和能量的总量不守恒 √ √ 例题 根据爱因斯坦的质能方程可知，光子能量的来源是电子质量的亏损，即正、负电子的质量减少，由ΔE＝Δmc2可知光子的能量增加，故A错误，B正确； 根据能量守恒定律可知，静止质量的减少变成了光子的运动质量，则质量和能量的总量守恒，故C正确，D错误。 公司logo 公司logo 2.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个带负电荷的电子构成 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 √ 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。选B。 例题 夸克模型 02 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。 夸克模型 公司logo 公司logo 核心知识 下夸克d 上夸克u 奇夸克s 粲夸克c 底夸克b 顶夸克t 每种夸克都有对应的反夸克 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。科学家们直到今天还从未捕捉到自由的夸克。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”。 公司logo 公司logo 核心知识 夸克的“禁闭” 公司logo 公司logo 3.(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 √ √ 例题 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。 公司logo 公司logo 4.(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＋ √ √ 例题 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。 公司logo 公司logo 夸克的分类 01 02 质子 中子 电子 光子 规范玻色子 轻子 强子 “基本”粒子 粒子分类 基本粒子 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.9.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.9.100 Lavf58.9.100 $