5. “基本”粒子（培优教学课件）物理人教版选择性必修第三册

第五章 原子核 选择性必修三•人教版 5.“基本”粒子 核能是蕴藏在原子核内部的能量。核能的发现是人们探索微观物质结构的一个重大成果。人类通过许多方式利用核能，主要的途径是发电。如今，全世界大约有 16% 的电能是由核反应堆生产的。核能的利用可以有效缓解常规能源的短缺。 导入新课 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？ 物理观念 了解粒子的发现史。 科学思维 知道粒子的分类及特点。 科学探究 了解夸克模型。 科学态度 与责任 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。 学习目标 重点难点 重点 粒子的分类及特点。 难点 夸克模型。 一、发现新粒子 5.“基本”粒子 一、发现新粒子 道尔顿（原子） 汤姆逊（电子） 卢瑟福（质子） 查德威克（中子） 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、发现新粒子 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。 一、发现新粒子 (2)部分新粒子的实验发现年代 一、发现新粒子 (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 一、发现新粒子 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 5.“基本”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 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。 二、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 三、拓展学习 5.“基本”粒子 三、拓展学习 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。 三、拓展学习 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”。 三、拓展学习 夸克 规范玻色子 轻子 希格斯玻色子 标准模型中最基本的粒子类型 三、拓展学习 费米子是构成物质的基本粒子，遵循泡利不相容原理；玻色子负责传递力，如光子。 费米子与玻色子 规范玻色子是传递基本力的粒子，例如光子传递电磁力，W和Z玻色子传递弱相互作用。 规范玻色子 夸克是构成质子和中子的粒子，轻子如电子和中微子不参与强相互作用。 夸克与轻子 01 02 03 三、拓展学习 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 四、课堂总结 5.“基本”粒子 五、练习与应用 5.“基本”粒子 五、练习与应用 五、练习与应用 【答案】ABD 五、练习与应用 2.关于粒子，下列说法正确的是(　　) A．质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷 B．强子都是带电的粒子 C．目前发现的轻子只有8种 D．光子属于轻子 五、练习与应用 【答案】A 【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，则质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷，A正确；有的强子带电，有的强子不带电，B错误；目前发现的轻子只有6种，C错误；质子和中子属于强子，光子属于规范玻色子，D错误． 五、练习与应用 1．下列说法的正确的是(　　) A．目前，人们认为粒子界由夸克、强子、轻子构成 B．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子 C．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子 D．夸克的带电荷量是电子电荷量的整数倍 【答案】B 五、练习与应用 【答案】B 六、提升训练 5.“基本”粒子 六、提升训练 六、提升训练 【答案】D 【解析】铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，衰变方程满足质量数和电荷数守恒，A正确，不符合题意；铀238和铀235质子数相同，质量数不同，互为同位素，B正确，不符合题意；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确，不符合题意；贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D错误，符合题意． 六、提升训练 2．正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步．你推测反氢原子的结构是(　　) A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成 B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成 C．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成 D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成 六、提升训练 【答案】B 【解析】反氢原子的结构应该是反质子与反电子组成，即一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成． 六、提升训练 3．(多选)下列说法中正确的是(　　) A．质量相同、电荷等值而电性相反的粒子叫作反粒子 B．光子是传递电磁相互作用的，属于媒介子 C．轻子就是质量很轻的粒子 D．强子就是参与强相互作用的粒子 六、提升训练 【答案】ABD 【解析】所谓反粒子，即质量相同且电荷等值而电性及其他一些物理性质相反的粒子；强子是参与强相互作用的粒子；轻子的质量不一定很轻，如τ子的质量比核子的质量还大． $