【课件】“基本”粒子 2022-2023学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第三册）.pptx

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1、20世纪30年代以来，人们是通过对宇宙射线的研究中发现了一些新的粒子这些新发现的粒子分为哪几类？彼此间有什么关系？问题与思考：道尔顿（原子）汤姆逊（电子）卢瑟福（质子）查德威克（中子）盖尔曼（夸克）发现新粒子：从20 世纪30 年代以来，人们在对宇宙线的研究中陆续发现了一些新的粒子。19311970年发现的新粒子年发现的新粒子219712001年发现的新粒子年发现的新粒子大型强子对撞机 1932年发明的粒子加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。让这些高能年发明的粒子加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。让这些高能粒子彼此对撞，就能产生更多的粒子，这种装置称为粒子彼此对撞，就能产生更多的粒子，这

2、种装置称为对撞机对撞机。现在已经发现的粒子达到现在已经发现的粒子达到400多种多种对新粒子的认识历程发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后新粒子反粒子子K介子与介子超子基本特点质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反比质子的质量小质量介于电子与核子之间其质量比质子大1 1“基本基本”粒子不基本粒子不基本 1897年汤姆生发现电子，1911年卢瑟福提出原子的核式结构。继而我们发现了光子，并认为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子”。那么随着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子呢？发现了电子、质子和中子后，许多人

3、认为光子和它们是组成物质的“基本粒子”。逐渐发现了数以百计的不由质子、中子、电子组成的新粒子；又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子。19世纪末都认为原子是组成物质的最小微粒。1932年发现了正电子,后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大，叫做超子。2发现新粒子1947年发现了K K介子介子和 介子介子.1937年发现了 子子,粒子加速器有助于发现更多的新粒子反粒子 质量、寿命、自旋等物理性质相同而电荷等其他性质相反的粒子。电子正电子质子反质子现在已经发现的粒子达到400多种。1.强子：参与强相互作用的粒子。例如：质子。强子又分为介子

4、和重子两类。2.轻子：不参与强相互作用的粒子。例如：电子和电子中微子、子和子中微子、子和子中微子。每种轻子都有对应的反粒子。子质量比核子大。现代实验还没有发现轻子的内部结构。3.媒介子：传递各种相互作用的粒子。如：光子、中间玻色子、胶子。分别传递电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用。3.粒子的分类按照粒子与各种相互作用的不同关系，将粒子分为三类。粒子的分类概念实例强子参与强相互作用的粒子质子、中子轻子不参与强相互作用的粒子规范玻色子传递各种相互作用的粒子 光子、中间玻色子（W和Z玻色子）、胶子希格斯玻色子 希格斯场的量子激发基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量粒子的分类 1995美国费米国家加速

5、器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在拓展学习：原子核的结构夸克与粒子物理标准模型3 3夸克模型夸克模型 1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克夸克。下夸克下夸克d 上夸克上夸克u 奇夸克奇夸克s粲夸克粲夸克c 底夸克底夸克b 顶夸克顶夸克t介子（夸克和反夸克组成）介子（夸克和反夸克组成）质子质子中子中子重子（三个夸克组成）重子（三个夸克组成）每种夸克都有每种夸克都有对应的反夸克对应的反夸克 科学家直到今天都还未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单科

6、学家直到今天都还未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的个出现，这种性质称为夸克的“禁闭禁闭”。能否解放被禁闭的夸克，是。能否解放被禁闭的夸克，是2121世世纪物理学面临的重大课题之一。纪物理学面临的重大课题之一。到目前为止，人们已经从实验中发现了所有6种夸克及其反夸克存在的证据。1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克的存在。夸克模型夸克质量电荷e自旋重子数同位旋同位旋分量奇异数超荷粲数底数顶数d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克

7、1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t顶夸克1742/30+1/300+1粒粒子子媒介子媒介子 轻子轻子(6(6种种)强子强子光子（传递电磁相互作用）光子（传递电磁相互作用）胶子（传递强相互作用）胶子（传递强相互作用）电子和电子中微子电子和电子中微子子和子和子中微子子中微子 子和子和子中微子子中微子 质子质子中子中子介子介子超子超子上夸克上夸克下夸克下夸克奇夸克奇夸克粲夸克粲夸克底夸克底夸克顶夸克顶夸克夸克夸克 标准模型中最基本的粒子类型夸克夸克规范玻色子规范玻色子轻子轻子希格斯玻色子希格斯玻色子夸克与粒子物理标准模型类别类别相对强度相对强度力程力程(m)作用

8、时间作用时间(s)参与离子参与离子强作用强作用1 10-1510-23强子强子电磁作用电磁作用10-2长程长程10-20 10-16强子强子 轻子轻子 光子光子弱作用弱作用10-13 10-17 10-8强子强子 轻子轻子引力作用引力作用10-39长程长程一切物质一切物质四种基本相互作用相互作用是通过交换一定粒子实现的作用类型作用类型引力作用引力作用电磁作用电磁作用弱作用弱作用强作用强作用交换粒子交换粒子引力子引力子光子光子玻色子玻色子(W+、WZ0 粒子粒子)胶子胶子引力子引力子尚未被实验证实尚未被实验证实弱电统一理论弱电统一理论:电磁相互作用和弱相互作用被看作是一种相互作用。电磁相互作用和

9、弱相互作用被看作是一种相互作用。大统一理论大统一理论:试图将强、电、弱三种相互作用统一起来。试图将强、电、弱三种相互作用统一起来。1.关于粒子，下列说法正确的是()A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B.强子都是带电粒子C.夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位D小试牛刀2.关于粒子的分类，目前人们认为构成粒子世界的三类粒子是()A.媒介子、夸克、强子B.夸克、轻子、强子C.媒介子、轻子、强子D.质子、中子、电子C小试牛刀3.关于粒子，下列说法中正确的是()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

10、与强相互作用C强子、轻子、媒介子都由更基本的粒子夸克组成D许多粒子都存在反粒子D小试牛刀4 4为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪（为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪（AMSAMS）在太空中寻找）在太空中寻找“反物质反物质”，所谓，所谓“反物质反物质”是由是由“反粒子反粒子”构成的。构成的。“反粒子反粒子”与其对与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，则反氢应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，则反氢原子是（）原子是（）A A由由1 1个带正电荷的质子和个带正电荷的质子和1 1个带负荷的电子构成个带负荷的电子构成B B由由1 1个带负电

11、荷的反质子和个带负电荷的反质子和1 1个带正电荷的正电子构成个带正电荷的正电子构成C C由由1 1个带负电荷的反质子和个带负电荷的反质子和1 1个带负电荷的电子构成个带负电荷的电子构成D D由由1 1个不带电荷的中子和个不带电荷的中子和1 1个带正电荷的正电子构成个带正电荷的正电子构成B小试牛刀5 5关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是（关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是（）A A许多粒子都有自己的反粒子许多粒子都有自己的反粒子B B把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各种相互作用的关系把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各种相互作用的关系C C质子属于强子质子属于强子D D

12、光子属于轻子光子属于轻子ABC小试牛刀6 6以下说法正确的是（）以下说法正确的是（）A A最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子B B质子、中子、介子和超子都属于强子质子、中子、介子和超子都属于强子C C现代实验发现强子、轻子都有内部结构现代实验发现强子、轻子都有内部结构D D子质量比核子质量大，子质量比核子质量大，子不属于轻子子不属于轻子B小试牛刀华人科学家在粒子物理学领域的杰出贡献华人科学家在粒子物理学领域的杰出贡献赵忠尧赵忠尧(1902(1902-1998)1998)第一个发现正第一个发现正电子的人，比电子的人，比安德逊早两年。安德逊早两年。

13、王淦昌王淦昌(1907-1998)(1907-1998)探测中微子的理探测中微子的理论，发现超子的论，发现超子的反粒子，研究宇反粒子，研究宇宙线中介子衰变宙线中介子衰变李政道（李政道（19261926-）主要从事粒子主要从事粒子物理和场论领物理和场论领域的研究，宇域的研究，宇称不守恒理论，称不守恒理论，19551955年获诺贝年获诺贝尔奖尔奖吴健雄吴健雄(1912-1997(1912-1997）实验证明了在实验证明了在弱相互作用中弱相互作用中的宇称不守恒的宇称不守恒杨振宁（杨振宁（1922-1922-）提出基本粒子提出基本粒子第一个复合模第一个复合模型，宇称不守型，宇称不守恒理论，恒理论，19551955年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖丁肇中丁肇中(1936-)(1936-)发现发现J J粒子，领粒子，领导阿尔法磁谱仪导阿尔法磁谱仪项目，项目，19761976年获年获诺贝尔奖诺贝尔奖请课后及时复习！请课后及时复习！