2024年高考物理：高中物理粒子和宇宙的詳解

2024年高考物理：高中物理粒子和宇宙的詳解

“基本粒子，，不基本

直到19世紀(jì)末，人們都認為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最

小微粒，后來發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子和中子，又認為它們是組成

物質(zhì)的基本粒子.現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)粒子有400余種，有些也具有

復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

發(fā)現(xiàn)新粒子

(1)新粒子：20世紀(jì)30年代人們對宇宙射線的研究發(fā)現(xiàn)一些

新粒子，人們用高能加速器進行實驗發(fā)現(xiàn)更多新粒子，1932

年發(fā)現(xiàn)了正電子，1937年發(fā)現(xiàn)四子，1947年發(fā)現(xiàn)K介子和兀

介子及以后的超子、反粒子等。

②粒子分類：按照粒子與各相互作用關(guān)系，可以將粒子分為

媒介子,dl和強子三大類。

強子是參與強相互作用的粒子，強子又分為介子和重子兩類.

輕子共發(fā)現(xiàn)6種，分別是電子、電子中微干、"子

中微子、1■子、r子中微子.媒介子是傳遞各種相互作用的粒子,

如光子、中間玻色子、膠子等。

夸克模型

遂多事實表明，強子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu).組成強子的內(nèi)部成分叫

夸克.夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸

克、底夸克和頂夸克,它們帶的電荷分別為元電荷的+|

或-9每種夸克都有對應(yīng)的反夸克。

宇宙的演化

研究微觀世界的粒子物理、量子理論，與研究宇宙的理論是

相互溝通，相互支撐的，從大爆炸開始的不同時間里，對應(yīng)

的溫度不同，組成宇宙的物質(zhì)不相同。

恒星的演化

當(dāng)溫度降到3000K時，中性原子組成的宇宙塵埃在萬有引力

作用下，塵埃收縮凝集，引力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，溫度升高，

開始發(fā)光形成了恒星，當(dāng)恒星核能耗盡時，進入末期，恒星

的末期形態(tài)主要有：白矮星、中子星或黑洞。

“基本粒子”不基本

（1）19世紀(jì)末，許多人認為光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物

質(zhì)的不可再分的最基本粒子.

⑵從20世紀(jì)起科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了400多種同種類的新粒子，

它們不是由質(zhì)子、中子、電子組成的.

（3）科學(xué)家進一步發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子、電子等本身也是復(fù)合粒

子，且還有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu).

（4）研究粒子的主要工具粒子加速器和粒子探測器是研究粒子

物理的主要工具。

粒子的分類

（1）按自旋分類

泡利不相容原

分類自旋統(tǒng)計規(guī)律

理

費米子

費米-狄拉克統(tǒng)計

服從

（電子、質(zhì)子、中子分布

等各種重子）

玻色子

整數(shù)玻色一愛因斯坦統(tǒng)

（光子、無介子不服從

?；?等計分布

K介子、？介子）

3.共振態(tài)粒子一壽命極短（約10-23s）

正粒子、反粒子

正、反粒子物理量的絕對值都相同，但某些物理量（如電

荷、磁矩等）的符號相反。

按相互作用分類

萬有引力電磁力弱相互作用強相互作用

引力子+

光子++

輕子+++

強子+++4-

?引力子自旋應(yīng)為2、靜止質(zhì)量和電荷為零，以光速運動。

?光子自旋為1，是玻色子。

輕子（共12種）

.說明

中微子系中性粒子，質(zhì)量為零，只參與弱相互作用。

強子分類

一

分類粒子名稱自旋

介子

亢、n、K介子等整數(shù)玻色子

核子質(zhì)子、申子及其反粒子

重子泗超制費密子

超子QEA三超子及反粒子

K介子和各種超子稱為奇異粒子。試驗中發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象。

?協(xié)同產(chǎn)生二個超子總是和一個或幾個K介子同時產(chǎn)生。

?奇異粒子協(xié)同產(chǎn)生的過程極快（約為10-Us）,表明是在強相互作用下進行的;

而衰變過程很慢（壽命約為108-ioios）,表明是在弱相互作用下進行的。

夸克模型

(1)夸克的提出

許多實驗事實表明，強子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的.1964年提出的夸克

模型，認

為強子由更基本的成分組成，這種成分叫做夸克。

(2)夸克的分類

夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、

底夸克、頂夸克。每種夸克都有對應(yīng)的反夸克。

(3)夸克模型的意義

夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個重大突破，它指出電

子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分?jǐn)?shù)電荷。

頂

奇

重

同

粲底

自

同位數(shù)

異

子

電荷位

數(shù)數(shù)

夸克質(zhì)量旋旋分超荷

數(shù)

數(shù)

旋

e量

d下夸克0.008-1/3-1/20+1/3000

1/2

U上夸克0.0042/31/20+1/3000

S奇夸克0.15-1/3-1-2/3000

1/21/3

C粲夸克1.52/30+1/3+100

00

b底夸克4.7-1/30+1/30+10

t頂夸克1742/30+1/300+1

例如：質(zhì)子奇異粒子元+介子

1.質(zhì)子(uud)

電荷:Q^e+le~le=e

重子數(shù)：+沼=1

奇異數(shù)：s=0

自旋:此

同位旋：/=1

4

2.奇異粒子(uus

電荷：Q=-e+^e-^e=e

重子數(shù)：8=1+出=1

OOO

奇異數(shù):s=-l

自旋:7=1

我是一個標(biāo)題

宇宙——從何而來？大爆炸理論(TheBigBangTheory)宇宙

從一個“奇點”爆炸產(chǎn)生，大爆炸是在無限的宇宙各處同時產(chǎn)

生時間的零點

1.宇宙的演化

20世紀(jì)40年代，在大量天文學(xué)家觀測的基礎(chǔ)上，物理學(xué)家提

出了宇宙演化的大爆炸假說.它的主要觀點是，宇宙是由一

個超高溫、超高密度的“原始火球”發(fā)生大爆炸而開始的.然

后經(jīng)歷了從熱到冷的演化，在這個時期里，宇宙不斷地膨脹

（也稱暴脹），宇宙物質(zhì)從密到稀.當(dāng)溫度下降到幾千攝氏度

時，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì).后來氣體逐漸凝聚成氣云，并

且進一步收縮形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到

的宇宙天體。

2.恒星