5.5“基本”粒子課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性2

5.5“基本”粒子選擇性必修第三冊(cè)&第五章

原子核授課教師：楊孝波

圖中顯示的是質(zhì)子對(duì)質(zhì)子碰撞后粒子的軌跡。20世紀(jì)，人們通過(guò)對(duì)粒子碰撞和宇宙線的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了很多新粒子。這些新發(fā)現(xiàn)的粒子分為哪幾類？彼此間有什么關(guān)系？課堂引入閱讀教材p126頁(yè)，并回答問(wèn)題。1.粒子的發(fā)現(xiàn)過(guò)程？2.新粒子的發(fā)現(xiàn)途徑？3.什么是反粒子？閱讀并回答：一、發(fā)現(xiàn)新粒子—思考道爾頓（原子）湯姆遜（電子）盧瑟福（質(zhì)子）查德威克（中子）

1.發(fā)現(xiàn)歷史：直到19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒。后來(lái)發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子和中子，并且知道了原子核和電子組成了原子，質(zhì)子和中子組成了原子核。于是許多人認(rèn)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的粒子，并把它們叫作“基本粒子”。然而，隨著科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到這些粒子并不“基本”。一、發(fā)現(xiàn)新粒子—發(fā)現(xiàn)歷史基本粒子不基本一、發(fā)現(xiàn)新粒子—粒子1931——1970年發(fā)現(xiàn)的新粒子1971——2001年發(fā)現(xiàn)的新粒子2.發(fā)現(xiàn)新粒子：從20世紀(jì)30年代以來(lái)，人們?cè)趯?duì)宇宙線的研究中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些新的粒子。一、發(fā)現(xiàn)新粒子—發(fā)現(xiàn)過(guò)程大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)部設(shè)備的一個(gè)局部1932年發(fā)明的粒子加速器，能使帶電粒子加速到很高的能量。讓這些高能粒子彼此對(duì)撞，就能產(chǎn)生更多的粒子，這種裝置稱為對(duì)撞機(jī)?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子達(dá)到400多種一、發(fā)現(xiàn)新粒子—發(fā)現(xiàn)過(guò)程年份發(fā)現(xiàn)的粒子年份發(fā)現(xiàn)的粒子1931—1940正電子、u子1971—1980τ子、膠子、J/Ψ介子1941—1950K介子、π介子1981—1990W和Z玻色子1951—1960反質(zhì)子電子中微子1991—2000τ子中微子1961—1970u子中微子2000年至今希格斯玻色子①研究宇宙線發(fā)現(xiàn)新的粒子②利用加速器發(fā)現(xiàn)新的粒子發(fā)現(xiàn)新粒子的兩種途徑一、發(fā)現(xiàn)新粒子—發(fā)現(xiàn)途徑3.反粒子的發(fā)現(xiàn)：

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，存在著這樣一類粒子，它們的質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過(guò)去已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子相同，而電荷等其他性質(zhì)相反，這些粒子叫作反粒子。

例如，電子的反粒子是正電子，它的電荷量與電子相同，但帶的是正電荷。質(zhì)子的反粒子是反質(zhì)子，它的電荷量與質(zhì)子相同，但帶的是負(fù)電荷。威爾遜云室里正電子“軌跡”

反粒子（反物質(zhì)）最顯著的特點(diǎn)是當(dāng)它們與相應(yīng)的正粒子（物質(zhì)）相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生“湮滅”，即同時(shí)消失而轉(zhuǎn)化成其他的粒子。一、發(fā)現(xiàn)新粒子—反粒子閱讀教材p128頁(yè)，并回答問(wèn)題。1.粒子有哪幾類？閱讀并回答：二、粒子的分類—思考1、強(qiáng)子：參與強(qiáng)相互作用的粒子。2、輕子：不參與強(qiáng)相互作用的粒子。電子電子中微子μ子μ子中微子τ子和τ子中微子輕子（6種）質(zhì)子中子二、粒子的分類—強(qiáng)子和輕子3、規(guī)范玻色子：傳遞各種相互作用的粒子。光子中間玻色子（W和Z玻色子）膠子傳遞弱相互作用4、希格斯玻色子：希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)。傳遞電磁相互作用傳遞強(qiáng)相互作用希格斯玻色子別稱上帝粒子，是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的一種自旋為零的玻色子。2012年7月4日科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新粒子，與希格斯玻色子特征有吻合之處。二、粒子的分類—規(guī)范玻色子和希格斯玻色子

現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子達(dá)400多種。它們大體可被分為強(qiáng)子、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類別。特點(diǎn)粒子強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用質(zhì)子和中子輕子不參與強(qiáng)相互作用電子、電子中微子、u子、u子中微子、τ子、τ子中微子規(guī)范玻色子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子希格玻色子希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)二、粒子的分類—總結(jié)夸克與粒子物理標(biāo)注模型

夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個(gè)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。拓展學(xué)習(xí)1964年，美國(guó)科學(xué)家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子由更基本的成分組成，這種成分叫作夸克。下夸克d上夸克u奇夸克s粲夸克c底夸克b頂夸克t介子（夸克和反夸克組成）質(zhì)子中子重子（三個(gè)夸克組成）每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克1、夸克模型拓展學(xué)習(xí)夸克的“禁閉”：夸克不能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個(gè)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。在夸克模型的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們發(fā)展出了描述強(qiáng)相互作用的系統(tǒng)理論——量子色動(dòng)力學(xué)。以量子色動(dòng)力學(xué)和電弱統(tǒng)一理論為核心，人們已經(jīng)完成了一整套關(guān)于粒子的理論，稱為粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型。2、夸克模型的意義拓展學(xué)習(xí)

標(biāo)準(zhǔn)模型和大量實(shí)驗(yàn)吻合得很好，取得了很大的成功。在標(biāo)準(zhǔn)模型中，夸克、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子是組成物質(zhì)的幾類最基本的粒子。3、粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型拓展學(xué)習(xí)拓展學(xué)習(xí)在粒子物理學(xué)領(lǐng)域杰出的華人科學(xué)家王淦昌丁肇中李政道楊振寧趙忠堯謝玉銘吳健雄科學(xué)漫步拓展學(xué)習(xí)某中微子觀測(cè)站揭示了中微子失蹤的原因，即觀測(cè)到的中微子數(shù)目比理論上的少是因?yàn)椴糠种形⒆釉谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)化為一個(gè)μ子和一個(gè)τ子。關(guān)于上述研究有以下說(shuō)法，正確的是(

)A．若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向一定相反B．若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向一定相同課堂練習(xí)C．若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向一定相同D．若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向一定相反[答案]

C課堂練習(xí)[解析]

中微子轉(zhuǎn)化為一個(gè)μ子和一個(gè)τ子的過(guò)程中動(dòng)量守恒，設(shè)中微子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍衜中v中＝mμvμ＋mτvτ，若μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向一致，則m中v中－mμvμ＝mτvτ，由v中大于0，vμ大于0可知，vτ可能大于0，也可能小于0，即τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向可能相同，也可能相反，A、B錯(cuò)誤；若μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向相反，則m中v中－mμvμ＝mτvτ，由v中大于0，vμ小于0可知，vτ一定大于0，則τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向一定相同，C正確，D錯(cuò)誤。課堂練習(xí)課堂練習(xí)C．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由