73探索更小的微粒.ppt

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1、物质分子分子原子原子电子电子（带负电带负电）原子核原子核（带正电带正电）Thomoson的葡萄干原子模型Rutherford的原子行星模型原子的结构图原子的结构图 卢瑟福提出的原子卢瑟福提出的原子模型：模型： 原子的中央是由很原子的中央是由很重的带正电的质子重的带正电的质子构成的核。远离这构成的核。远离这个核的是很轻的带个核的是很轻的带负电的电子。电子负电的电子。电子绕着核转，像行星绕着核转，像行星绕着太阳转一样。绕着太阳转一样。原子核与原子相比太小了，将一万多个原子核与原子相比太小了，将一万多个原子核排成一条直线，也仅有原子的半径那原子核排成一条直线，也仅有原子的半径那么长。如果将原子放大一

2、万亿倍，原子就会么长。如果将原子放大一万亿倍，原子就会像一间大厅那么大，而其中的原子核直径也像一间大厅那么大，而其中的原子核直径也仅有仅有1 1毫米，跟一个芝麻差不多大小。而电毫米，跟一个芝麻差不多大小。而电子却在离它们几十米之外的地方绕着它高速子却在离它们几十米之外的地方绕着它高速旋转。旋转。 具体地说，原子具体地说，原子质量质量几乎都集中在原几乎都集中在原子核上，而原子核的体积却仅占在空间差子核上，而原子核的体积却仅占在空间差不多仅有不多仅有1 1立方厘米。因此，粒子在物质立方厘米。因此，粒子在物质中飞行和宇宙飞船在太空中航行差不多。中飞行和宇宙飞船在太空中航行差不多。 人类认识原子核的结

3、构和它的变化人类认识原子核的结构和它的变化规律，是从发现天然放射现象开始的。规律，是从发现天然放射现象开始的。19191919年，卢瑟福用年，卢瑟福用粒子轰击氮核，打出氮核，打出一一种粒种粒子，经测定荷质比知道它是氢原子核，叫做质子。子，经测定荷质比知道它是氢原子核，叫做质子。以后又从氟、钠等原子核中打出以后又从氟、钠等原子核中打出质子质子，从而断定，从而断定质子是原子核的组成部分。质子是原子核的组成部分。 人们又发现绝大多数原子核的质量跟质子质人们又发现绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核的电荷跟质子电荷之比，据此卢量之比都大于核的电荷跟质子电荷之比，据此卢瑟福猜想原子核内还存在另一种

4、质量跟质子差不瑟福猜想原子核内还存在另一种质量跟质子差不多、不带电的粒子，称为多、不带电的粒子，称为中子中子。这一猜想被他的。这一猜想被他的学生查德威克用实验证实学生查德威克用实验证实。原子核还能分吗原子核还能分吗? ?问题：问题：原子核原子核（带正电带正电）中子中子（不带电不带电）质子质子（带正电带正电）原子核是由什么构成的呢？原子核是由什么构成的呢？质子和中子由夸克组成质子和中子由夸克组成 1964年盖尔曼盖尔曼提出提出夸克夸克的设想，的设想，认为夸克是比强子更深层次的粒子。认为夸克是比强子更深层次的粒子。这是一种理论上假设的构成强子的这是一种理论上假设的构成强子的组成粒子，盖尔曼因此获得

5、了组成粒子，盖尔曼因此获得了19691969年度年度诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。夸克轨迹图夸克轨迹图问题：问题：质子和中子还能分吗质子和中子还能分吗? ?原子核原子核（带正电带正电）中子中子（不带电不带电）质子质子（带正电带正电）夸克夸克 粒子的家谱粒子的家谱 原子原子原子核原子核质子质子中子中子夸克夸克夸克夸克(不带电不带电) 电子电子 (带负电带负电)(带正电带正电)分子分子1. 1. 夸克还能再分吗？夸克还能再分吗？2. 2. 如果能需要什么条件？如果能需要什么条件？ 应该可以再分，应该可以再分，需要提高粒子的运需要提高粒子的运动速度。动速度。讨论：讨论：加速器加速器工作原理：工作原

6、理：利用磁力加速粒子的运动速度，利用磁力加速粒子的运动速度，一般有回旋加速器直线加速器对撞机等一般有回旋加速器直线加速器对撞机等目前，加速器已经被广泛地应用到目前，加速器已经被广泛地应用到科学研究和医疗等领域，随着对微观粒科学研究和医疗等领域，随着对微观粒子的研究，加速器逐渐成为一种必不可子的研究，加速器逐渐成为一种必不可少的工具少的工具加速器是粒子束武器的核心，用来产生高加速器是粒子束武器的核心，用来产生高能粒子，并聚集成密集的束流，加速到使它能能粒子，并聚集成密集的束流，加速到使它能够破坏目标。目标识别与跟踪系统主要由搜索够破坏目标。目标识别与跟踪系统主要由搜索跟踪雷达、红外探测装置及微波

7、摄像机组成。跟踪雷达、红外探测装置及微波摄像机组成。探测系统发现目标后，目标信号经数据处理装探测系统发现目标后，目标信号经数据处理装置和超高速计算机处理后，进入指挥控制系统，置和超高速计算机处理后，进入指挥控制系统，根据指令，定位系统跟踪并瞄准目标，同时修根据指令，定位系统跟踪并瞄准目标，同时修正地球磁场等的影响，使粒子束瞄准目标将要正地球磁场等的影响，使粒子束瞄准目标将要被击毁的位置，然后启动加速器，将粒子束发被击毁的位置，然后启动加速器，将粒子束发射出去。射出去。道尔顿道尔顿（原子）（原子）汤姆逊汤姆逊（电子）（电子）卢瑟福卢瑟福（质子）（质子）查德威克查德威克（中子）（中子）盖尔曼盖尔曼

8、（夸克）（夸克）对原子的认识进程对原子的认识进程v1897年年,汤姆逊首先发现了电子汤姆逊首先发现了电子v1919年年,卢瑟福用卢瑟福用粒子从氮原子核中打粒子从氮原子核中打出了质子出了质子,建立了建立了原子结构的行星模型原子结构的行星模型v1932年年,查德威克发现了中子查德威克发现了中子,之后之后,人们人们认识到原子核是由质子和中子组成认识到原子核是由质子和中子组成,质子质子带正电荷带正电荷,中子不带电中子不带电v1961年年,盖尔曼提出夸克的设想盖尔曼提出夸克的设想,人们认人们认识到质子和中子都是由更小的粒子识到质子和中子都是由更小的粒子-夸克组成的夸克组成的回旋加速器作用作用: :产生和

9、研究各种微观粒子的最好工具产生和研究各种微观粒子的最好工具20世纪世纪30年代年代,劳伦斯发明了回旋加速器劳伦斯发明了回旋加速器1988年年,我国建成了正负电子对撞机我国建成了正负电子对撞机eVeV是是能量能量单位单位; ;称为称为电子伏电子伏生活生活 物理物理 社会：社会：单位换算单位换算1KeV=101KeV=103 3eVeV1MeV=101MeV=106 6eVeV1GeV=101GeV=109 9eVeV1TeV=101TeV=101212eVeV年，卢瑟福用粒子从氦原子核中打出了质子了解一下吧了解一下吧中子：年卢瑟福预言有中子的存在中子：年卢瑟福预言有中子的存在年居里夫妇观察到中子

10、辐射年居里夫妇观察到中子辐射现象，但没有上升到理论现象，但没有上升到理论年查德威克反复居里实验，年查德威克反复居里实验，证实了中子的存在证实了中子的存在,获得诺贝尔奖获得诺贝尔奖年，汤姆逊发现了电子，打破了原子不可分的神话。提出了原子模型枣糕模型。认为原子由原子核和电子组成夸克之谜夸克之谜 人们一般都认为：物质是由分子构成的，分子是由原人们一般都认为：物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是由电子、质子、中子等基本粒子组成的，子构成的，原子是由电子、质子、中子等基本粒子组成的，而基本粒子则是由比基本粒子更基本的亚粒子组成的。亚粒而基本粒子则是由比基本粒子更基本的亚粒子组成的。亚粒子也就是

11、人们常说的子也就是人们常说的“夸克夸克”或或 “层子层子”。分子、原子和基本粒子，人们不仅通过实验找到了，而分子、原子和基本粒子，人们不仅通过实验找到了，而且巳经在实际应用。而夸克（或层子）自从且巳经在实际应用。而夸克（或层子）自从 6060年代科学家年代科学家们提出这一设想后，全世界的物理学家花费了巨大的财力、们提出这一设想后，全世界的物理学家花费了巨大的财力、物力和人力，设计出了多种夸克模型，建造高能电子对撞机。物力和人力，设计出了多种夸克模型，建造高能电子对撞机。虽然一些实验现象虽然一些实验现象“证实证实”夸克（或层子）的存在，然而单夸克（或层子）的存在，然而单个的夸克（或层子）至今未个的夸克（或层子）至今未 找到，人们始终不识庐山真面找到，人们始终不识庐山真面目。对此，粒子学家们的解释是：因为夸克（层子）是极不目。对此，粒子学家们的解释是：因为夸克（层子）是极不稳定的、稳定的、”寿命极短的粒子，它只能在束缚态内稳定存在，寿命极短的粒子，它只能在束缚态内稳定存在，而不能单个存在。而不能单个存在。(8)(8)夸克夸克 (7)(7)质子质子 (6)(6)原子核原子核 (5)(5)水分子水分子 (4)(4)氢原子氢原子 (3)(3)小水滴小水滴 (2)(2)电子电子 (1)(1)一杯水一杯水