5.5 “基本”粒子 课件-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件围绕“基本”粒子展开，涵盖粒子的发现历程、分类（强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子）及夸克模型，通过粒子发展示意图导入，从19世纪末原子不可再分认知过渡到新粒子发现，构建物质结构的学习支架。 其亮点是结合粒子碰撞轨迹图，通过情境探究（如粒子分类关系）和AI解读（夸克电荷计算），落实物理观念（物质结构）与科学思维（模型建构）。例如用夸克组合解释质子中子组成，帮助学生深化认知，教师可借随堂检测提升教学效率。

第五章 5.“基本”粒子 学习目标 1.知道电子、中子、质子并不是组成物质的最基本的粒子。(物理观念) 2.知道粒子的分类及其作用,了解夸克模型。(物理观念) 3.知道夸克是组成强子的成分。(物理观念) 基础落实·必备知识全过关 一、发现新粒子 1.直到19世纪末,人们都认为　　　　是组成物质的不可再分的最小微粒。  2.后来认为　　　　、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”。从20世纪后半期起,将“基本”二字去掉,统称为粒子。  3.1932年发现了　　　　,1937年发现了　　　　,1947年发现了________　　　和　 　　。以及之后的超子等。  原子 光子 质子 正电子 μ子 K介子 π介子 二、粒子的分类 1.现在已经发现的粒子达400多种。大体可被分为　　　　、　　　　、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别。  2.强子是参与强相互作用的粒子。质子和中子都是强子。 3.轻子不参与强相互作用,最早发现的轻子是　　　　。  4.1964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　　　　。  强子 轻子 电子 夸克 微思考·情境探究 情境1粒子发展示意图如图所示,为什么现在将“基本”二字去掉,统称为粒子? 提示 随着科学的发展,科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的,又发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构。所以现在将“基本”二字去掉,统称为粒子。 情境2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射线的观测,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? 提示 新发现的粒子分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子。强子是参与强相互作用的粒子;轻子不参与强相互作用;规范玻色子是传递各种相互作用的粒子,如胶子传递强相互作用,中间玻色子传递弱相互作用,光子传递电磁相互作用;希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。 基础转化·夯实基础提能力 基础转化点1 粒子分类 AI解读根据粒子是否参与强相互作用、是否传递相互作用等特征,区分强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子;能举例说明各类粒子的代表。常见情境为辨别粒子所属类别,或判断强子与轻子的区别。 1.关于粒子,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 D 解析 质子、中子本身有复杂结构,故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,故B错误;现代实验还没有发现轻子的内部结构,故C错误;宇宙中的许多粒子都存在反粒子,故D正确。 2.关于粒子,下列说法正确的是(　　) A.强子是参与强相互作用的粒子,中子是最早发现的强子 B.质子、中子本身也是复合粒子,它们具有复杂的结构 C.电子是带电的强子 D.光子是希格斯玻色子 B 解析 质子是最早发现的强子,故A错误; 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B正确;电子是轻子,故C错误;光子是规范玻色子,故D错误。 基础转化点2 强子构成 AI解读掌握夸克的种类(六种)及其分数电荷;运用夸克组成解释质子和中子的结构;能够根据夸克组合计算强子的总电荷。常见情境为解释质子、中子的内部组成,或考查夸克所带电荷量的计算。 3.(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 ABC　 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,D错误。 4.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,下列说法可能正确的是(　　) 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 B 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×(-e)=0,结合不同夸克的带电荷量可知,B正确。 重难探究·能力素养全提升 命题角度 夸克模型的认识 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,认为强子由夸克组成。 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.夸克的“禁闭” 夸克不能以自由的状态单个出现。 例题(多选)质子和中子属于强子,强子是由更基本的粒子——夸克组成的。根据夸克理论,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。它们所带电荷量分别为±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。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+ AB 解析 根据质子所带电荷量为+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=+,q2=-。故选A、B。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 BC 1.(粒子的分类)(多选)在粒子的分类中的规范玻色子包括(　　) A.轻子 B.光子 C.胶子 D.中微子 5 解析 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;轻子是指不参与强相互作用的费米子,轻子包括电子、μ子、τ粒子和与之相应的中微子。故轻子和中微子不属于规范玻色子。光子和胶子属于规范玻色子。故选B、C。 1 2 3 4 ABD 2.(粒子的特点)(多选)下列说法正确的是(　 　) A.强子是参与强相互作用的粒子 B.轻子是不参与强相互作用的粒子 C.胶子是轻子中的一种粒子 D.微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用的 5 1 2 3 4 解析 强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子,故A正确;轻子是不参与强相互作用的粒子,电子是最早发现的轻子,故B正确;胶子是负责在两个夸克之间传递强作用力的基本粒子,类似光子负责在两个带电粒子之间传递电磁力一般,胶子无质量,可知胶子不是轻子,故C错误;粒子之间的基本相互作用是通过交换某种粒子来传递的,即基本相互作用都是由媒介粒子传递的,这类媒介粒子统称为规范玻色子,即微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用的,故D正确。 5 1 2 3 4 3.(粒子的特点)20世纪30年代以来,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介子就是科学家在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 5 1 2 3 4 解析 π0介子不带电,在磁场中不偏转,π-介子带负电,在磁场中洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动,再根据左手定则及动量守恒判定知,选项A的轨迹可能正确。 5 1 2 3 4 AD 4.(夸克模型)(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,它们的电荷量如表所示,表中e为元电荷。 粒子 π+ π- u d 电荷量 +e -e +e -e -e +e 下列说法正确的是(　　) A.π+介子由夸克u和反夸克组成 B.π+介子由夸克d和反夸克组成 C.π-介子由夸克u和反夸克组成 D.π-介子由夸克d和反夸克组成 5 1 2 3 4 5 解析 根据电荷量关系可知由于π+介子带有+e的电荷量,又由于π+介子是由一个夸克和一个反夸克组成,根据题意可知π+介子(+e)应由一个夸克u和一个反夸克组成,故A正确,B错误;同理π-介子由夸克d和反夸克组成,故C错误,D正确。 1 2 3 4 5.(粒子的综合应用)(多选)1964年,理论物理学家提出夸克模型,指出重子是由3个夸克组成的亚原子粒子,现代物理学认为,夸克共分6种3类:上夸克、下夸克;粲夸克、奇异夸克;顶夸克、底夸克(如下表)。质子由两个上夸克加一个下夸克组成,中子由两个下夸克加一个上夸克组成,因此人类目前所接触的物质都是由第一类夸克组成的。某次对撞实验发现的新型粒子(欧米伽重子)是由2个奇异夸克和1个底夸克组成的,这是物理学界首次发现由后两类夸克混合组成的重子。(1 G=109) 5 符号 中文名称 电荷量(e) 质量(GeV/c2) u 上夸克 + 0.004 d 下夸克 - 0.008 c 粲夸克 + 1.5 s 奇异夸克 - 0.15 t 顶夸克 + 176 b 底夸克 - 4.7 1 2 3 4 5 ACD　 根据以上信息可以判定(　 　) A.欧米伽重子的电荷量为-e B.欧米伽重子的质量是质子质量的250倍 C.欧米伽重子的质量是中子质量的250倍 D.由质能方程E=mc2得知1 GeV/c2=1.78×10-27 kg 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 解析 由表中信息可知,欧米伽重子的电荷量为-e+2×=-e,A正确;质子质量(0.004×2+0.008) GeV/c2=0.016 GeV/c2,欧米伽重子的质量为(4.7+0.15×2) GeV/c2=5 GeV/c2,中子的质量为(0.008×2+0.004) GeV/c2=0.02 GeV/c2,B错误,C正确;1 GeV/c2= kg =1.78×10-27 kg,D正确。 $