1.了解構(gòu)成物質(zhì)的“基本”粒子。2.了解粒子物理的發(fā)展史。3.感知人類探究宇宙奧秘的過程和方法。4.能夠突破傳統(tǒng)思維重新認(rèn)識客觀物質(zhì)世界,培養(yǎng)科學(xué)探索精神。
一、“基本”粒子“基本”粒子是指　光子　、電子、質(zhì)子和中子。?微思考1 “基本”粒子為什么將“基本”二字去掉了?提示:一方面,科學(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計(jì)的不同種類的新粒子,它們并不能看作由質(zhì)子、中子、電子組成;另一方面,科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
二、發(fā)現(xiàn)新粒子1.從20 世紀(jì)30 年代以來,人們在對宇宙線的研究中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些新的粒子。1932年發(fā)現(xiàn)了正電子,1937年發(fā)現(xiàn)了μ子,1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和π介子。后來還發(fā)現(xiàn)了一些粒子,質(zhì)量比質(zhì)子的質(zhì)量大很多,叫作　超子　。?
2.下表是自20世紀(jì)30年代至今物理學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的一部分新粒子。
3.反粒子:質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過去已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子相同,而電荷等其他性質(zhì)　相反　的粒子,叫作反粒子。?微思考2 所有的粒子都存在反粒子嗎?提示:實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),許多粒子都有和它質(zhì)量相同而電荷及其他一些物理量相反的粒子。按照粒子的對稱性,有一個(gè)粒子,就應(yīng)該有一個(gè)反粒子。
三、粒子的分類發(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。?1.強(qiáng)子: 強(qiáng)子是參與　強(qiáng)相互作用　的粒子。質(zhì)子和中子都是強(qiáng)子。?2.輕子:輕子不參與強(qiáng)相互作用。目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有6種,即電子、電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子。每種輕子都有對應(yīng)的　反粒子　。?
3.規(guī)范玻色子:規(guī)范玻色子是傳遞　各種相互作用　的粒子,如光子、中間玻色子(W和Z玻色子)、膠子。光子傳遞　電磁　相互作用,中間玻色子傳遞弱相互作用,膠子傳遞　強(qiáng)　相互作用。?4.希格斯玻色子:希格斯玻色子是希格斯場的　量子　激發(fā)。基本粒子因與希格斯場耦合而獲得質(zhì)量。?
微訓(xùn)練1 關(guān)于粒子的分類,目前人們認(rèn)為粒子世界是由下列哪四類粒子構(gòu)成的(　　)A.規(guī)范玻色子、夸克、強(qiáng)子、希格斯玻色子B.夸克、輕子、強(qiáng)子、希格斯玻色子C.輕子、強(qiáng)子、規(guī)范玻色子、希格斯玻色子D.質(zhì)子、中子、電子、規(guī)范玻色子答案:C
解析:按照粒子與各種相互作用的不同關(guān)系,把粒子分為四大類,即輕子、強(qiáng)子、規(guī)范玻色子、希格斯玻色子,故選項(xiàng)C正確。
四、拓展學(xué)習(xí)——夸克與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型1.夸克種類: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。
3.每種夸克都有對應(yīng)的　反夸克　。?
微訓(xùn)練2 關(guān)于粒子,下列說法不正確的是(　　)A.質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子B.質(zhì)子、中子本身也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)C.質(zhì)子是帶電的強(qiáng)子D.夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位答案:A
解析:質(zhì)子和中子是由不同夸克組成的,它們不是最基本的粒子,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;不同的夸克組成強(qiáng)子,有的強(qiáng)子帶電,有的強(qiáng)子不帶電,質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的帶正電的強(qiáng)子,故選項(xiàng)C正確;夸克模型是研究強(qiáng)子的理論,不同夸克帶的電荷不同,分別為元電荷的 ,這說明電子電荷不再是電荷的最小單位,故選項(xiàng)D正確。
重難歸納1.新粒子的發(fā)現(xiàn)及特點(diǎn)。
物質(zhì)是由分子和原子組成的,原子由帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核組成,那么反物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢?提示:反物質(zhì)是由反原子組成的,反原子是由帶正電的電子和帶負(fù)電的原子核組成的。
典例剖析(多選)反物質(zhì)即質(zhì)量與原粒子相等、電荷量與原粒子相等但電性相反的物質(zhì),如 。有一束質(zhì)子、反質(zhì)子、α粒子和反α粒子組成的射線,沿OO'穿過速度選擇器后進(jìn)入勻強(qiáng)磁場B2,形成4條徑跡,下列說法正確的是(　　)A.1、2為反粒子的徑跡B.3、4為反粒子的徑跡C.2為反α粒子的徑跡D.4為質(zhì)子的徑跡
解析:由左手定則可知,粒子剛進(jìn)入磁場時(shí),帶正電的粒子在磁場中受到的洛倫茲力向右,粒子向右偏轉(zhuǎn),帶負(fù)電的粒子受到的洛倫茲力向左,粒子向左偏轉(zhuǎn),由題圖可知,1、2是反粒子的徑跡,3、4是粒子的徑跡;粒子先過速度選擇器,然后進(jìn)入磁場,
易錯(cuò)提醒 1.反粒子的質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與相對應(yīng)的粒子相同,電荷量相等但電性相反。 2.粒子碰撞過程中滿足動(dòng)量守恒、能量守恒。
解析:反應(yīng)過程中動(dòng)量守恒、能量守恒,反應(yīng)后總能量至少為4mpc2,所以反應(yīng)前每個(gè)質(zhì)子的能量至少為2mpc2,反應(yīng)后單個(gè)質(zhì)子的能量至少為mpc2,故選項(xiàng)A、B、C正確,D錯(cuò)誤。
1.推理是研究和學(xué)習(xí)物理的一種重要方法,正電子、負(fù)質(zhì)子、反中子都是反粒子,它們跟通常所說的電子、質(zhì)子、中子相比較,質(zhì)量相等、電荷量相等、電性相反(中子和反中子都不帶電)?？茖W(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)反氦原子(已知氦原子核中有兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子),你推測反氦原子的結(jié)構(gòu)可能是(　　)A.由兩個(gè)帶負(fù)電的質(zhì)子和兩個(gè)帶正電的電子構(gòu)成B.由兩個(gè)帶負(fù)電的質(zhì)子、兩個(gè)電子和兩個(gè)中子構(gòu)成C.由兩個(gè)質(zhì)子、兩個(gè)電子和兩個(gè)中子構(gòu)成D.由兩個(gè)帶負(fù)電的質(zhì)子、兩個(gè)帶正電的電子和兩個(gè)不帶電的反中子構(gòu)成
解析:組成反氦原子的粒子與組成氦原子的粒子應(yīng)具有相同的質(zhì)量、相等的電荷量但電性相反,據(jù)此分析可知反氦原子可能由兩個(gè)帶負(fù)電的質(zhì)子(反質(zhì)子)、兩個(gè)帶正電的電子(正電子)和兩個(gè)不帶電的反中子構(gòu)成,選項(xiàng)D正確。
2.關(guān)于粒子,下列說法正確的是(　　)A.電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的基本粒子B.強(qiáng)子都是帶電粒子C.夸克模型是探究四大類粒子結(jié)構(gòu)的理論D.夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位答案:D
解析:由于中子、質(zhì)子是由不同的夸克組成的,它們不再是基本粒子,夸克模型是探究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的理論,不同夸克構(gòu)成強(qiáng)子,有的強(qiáng)子帶電,有的不帶電,不同夸克帶的電荷不同,可能為 ,說明電子電荷不再是電荷的最小單位,故選項(xiàng)D正確,A、B、C錯(cuò)誤。
3.“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的,“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子有相同的質(zhì)量和相同的電荷量,但電荷符號相反。據(jù)此,若有反α粒子,它的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別為(　　)A.-4,-2B.4,-2C.-4,2D.4,2答案:B解析:因“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量、相同的電荷量,但電荷的符號相反,所以反α粒子質(zhì)量數(shù)為4,電荷數(shù)為-2,故選項(xiàng)B正確。
4.太陽放出的大量中微子向地球飛來,但實(shí)驗(yàn)測定的數(shù)目只有理論的三分之一,后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)中微子在向地球傳播的過程中衰變成一個(gè)μ子和一個(gè)τ子。若在衰變過程中μ子的速度方向與中微子的速度方向一致,則τ子的運(yùn)動(dòng)方向(　　)A.一定與μ子的方向相同B.一定與μ子的方向相反C.一定與μ子在同一直線上D.不一定與μ子在同一直線上答案:C
解析:中微子衰變成μ子和τ子的過程中滿足動(dòng)量守恒定律,μ子的速度方向與中微子的速度方向一致,則τ子的運(yùn)動(dòng)方向必定也在這條直線上,由于質(zhì)量關(guān)系不確定,則不能確定其速度方向與μ子的方向相同還是相反,故選項(xiàng)C正確。
(1)若認(rèn)為質(zhì)子是靜止的,測得正電子動(dòng)量為p1,中子動(dòng)量為p2,p1、p2方向相同,求反中微子的動(dòng)量p。(2)若質(zhì)子質(zhì)量為m1,中子質(zhì)量為m2,電子質(zhì)量為m3,m2>m1。要實(shí)現(xiàn)上述反應(yīng),反中微子能量至少是多少?(真空中光速為c)答案:(1)p1+p2　(2)(m2+m3-m1)c2

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5 “基本”粒子

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