“基本”粒子 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

5.5“基本”粒子學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知道電子、中子、質(zhì)子并不是組成物質(zhì)的最基本的粒子。2.知道粒子的分類及其作用。3.了解夸克模型。4.感悟人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識是不斷深入的，通過對這些微觀世界相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，形成相對完整、科學(xué)的物質(zhì)觀念

圖中顯示的是質(zhì)子對質(zhì)子碰撞后粒子的軌跡。20世紀(jì)，人們通過對粒子碰撞和宇宙線的觀測，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？新課導(dǎo)入發(fā)現(xiàn)各種微粒的科學(xué)家道爾頓（原子）湯姆遜（電子）盧瑟福（質(zhì)子）蓋爾曼（夸克）查德威克（中子）一、發(fā)現(xiàn)新粒子對新粒子的認(rèn)識歷程發(fā)現(xiàn)時(shí)間1932年1937年1947年20世紀(jì)60年代后新粒子反粒子μ子K介子與π介子超子基本特點(diǎn)質(zhì)量與相對應(yīng)的粒子相同而電荷及其他一些物理性質(zhì)相反比質(zhì)子的質(zhì)量小質(zhì)量介于電子與核子之間其質(zhì)量比質(zhì)子大部分新粒子的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)年代(1)直到19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子和中子是基本粒子．(2)隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子并不是由以上基本粒子組成的，并發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有復(fù)雜結(jié)構(gòu)．(3)探測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。1.新粒子的發(fā)現(xiàn)2.反粒子（反物質(zhì)）它們的質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過去發(fā)現(xiàn)的粒子相同，而電荷等其他性質(zhì)相反例如，電子和正電子，質(zhì)子和反質(zhì)子等由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)叫反物質(zhì)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)化成其他的粒子大型強(qiáng)子對撞機(jī)內(nèi)部設(shè)備的一個(gè)局部3.對撞機(jī)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撞，就能產(chǎn)生更多的粒子，這種裝置稱為對撞機(jī)。利用加速器和對撞機(jī)，人們發(fā)現(xiàn)了400多種的粒子。二、粒子的分類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⑵每種輕子都有對應(yīng)的反粒子輕子（6種）⑶τ子的質(zhì)量比核子的質(zhì)量還大根據(jù)相互作用的性質(zhì)分類⑴沒有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)子中子二、粒子的分類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。這種玻色子是物質(zhì)的質(zhì)量之源，是電子核夸克等形成質(zhì)量的基礎(chǔ)，其他粒子在這種粒子形成的場中游弋并產(chǎn)生慣性，進(jìn)而形成質(zhì)量，構(gòu)筑成大千世界。根據(jù)相互作用的性質(zhì)分類

總結(jié)粒子的分類粒子的分類概念實(shí)例強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用的粒子質(zhì)子、中子輕子不參與強(qiáng)相互作用的粒子規(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）、膠子希格斯玻色子希格斯場的量子激發(fā)基本粒子因與希格斯場耦合而獲得質(zhì)量1964年，美國科學(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）夸克與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型每種夸克都有對應(yīng)的反夸克1、夸克模型夸克與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)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。夸克的“禁閉”：夸克不能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)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、夸克模型的意義夸克與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型3、粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型標(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。華人科學(xué)家在粒子物理學(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)趙忠堯(1902-1998)第一個(gè)發(fā)現(xiàn)正電子的人，比安德遜早兩年。王淦昌(1907-1998)探測中微子的理論，發(fā)現(xiàn)超子的反粒子，研究宇宙線中介子衰變楊振寧（1922-）提出基本粒子第一個(gè)復(fù)合模型，宇稱不守恒理論，1955年獲諾貝爾獎(jiǎng)李政道（1926-）主要從事粒子物理和場論領(lǐng)域的研究，宇稱不守恒理論，1955年獲諾貝爾獎(jiǎng)吳健雄(1912-1997）實(shí)驗(yàn)證明了在弱相互作用中的宇稱不守恒丁肇中(1936-)發(fā)現(xiàn)J粒子，領(lǐng)導(dǎo)阿爾法磁譜儀項(xiàng)目，1976年獲諾貝爾獎(jiǎng)1.關(guān)于粒子，下列說法中正確的是()

A.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

B.質(zhì)量比核子大的粒子都參與強(qiáng)相互作用

C.強(qiáng)子、輕子、媒介子都由更基本的粒子夸克組成

D.許多粒子都存在反粒子

解析：質(zhì)子、中子本身有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，A錯(cuò)誤，τ子的質(zhì)量比核子的質(zhì)量大，但它屬于輕子，不參與強(qiáng)相互作用，B錯(cuò)誤；現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)還沒有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，C錯(cuò)誤。D隨堂練習(xí)2.根據(jù)宇宙大爆炸的理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時(shí)期，那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是()A.夸克、輕子、膠子等粒子B.質(zhì)子和中子等強(qiáng)子C.光子、中微子和電子等輕子D.氦核、氚核、氦子等輕核A3．下列說法正確的是（）A．原子是組成物質(zhì)的最小微粒B．質(zhì)子是比原子更小的微粒C．目