第十九章原子核
7 核聚变
8 粒子和宇宙
1．(多选)关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是( )
A．许多粒子都有自己的反粒子
B．把粒子分为强子、轻子、媒介子的根据是粒子与各种相互作用的关系
C．质子属于强子
D．光子属于轻子
解析：根据粒子的分类、粒子与反粒子的描述知A、B、C项正确；光子属于媒介子，故D项错误．
答案：ABC
2．(多选)如图所示，托卡马克(Tokamak)是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal(环形的)、kamera(真空室)、magnit(磁)的头两个字母以及katushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词．根据以上信息，下述判断中可能正确的是( )
A．这种装置的核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量，和太阳发光的原理类似
B．线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出
C．这种装置同我国秦山、大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同
D．这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地进行
解析：聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A项正确；线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用不飞出，故B项正确；核电站的原理是裂变，托尔马克的原理是聚变，故C项错误；该装置使人们可以在实验室控制反应速度，平稳释放核能，故D 项正确．
答案：ABD
3．一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏
损．聚变过程中( )
A ．吸收能量，生成的新核是4
2He B ．放出能量，生成的新核是42He C ．吸收能量，生成的新核是32He D ．放出能量，生成的新核是32He
解析：聚变反应出现质量亏损，一定放出能量，由质量数守恒和电荷数守恒可知，生成的新核是4
2He ，选项B 正确．
答案：B
4．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：2
1H ＋3
1H →4
2He ＋X ，式中X 是某种粒子．已知：2
1H 、3
1H 、4
2He 和粒子X 的质量分别为2.014 1 u 、3.016 1 u 、4.002 6 u 和1.008 7 u ；1 u ＝931.5
c
2 MeV ，c 是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒
子X 是________，该反应释放出的能量为________MeV(结果保留3位有效数字)．
解析：根据质量数和电荷数守恒可得X 是1
0n(中子)．核反应中的质量亏损为Δm ＝2.014 1 u ＋3.016 1 u －4.002 6 u －1.008 7 u ＝0.018 9 u 所以该反应释放出的能量为
ΔE ＝Δm ·c 2
＝17.6 MeV. 答案：1
0n(或中子) 17.6
1．(多选)雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的中微子(νe )而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615吨四氯乙烯(C 2Cl 4)溶液的巨桶，中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为νe ＋37
17Cl →37
18Ar ＋0
－1e.已知37
17Cl 核的质量为36.956 58 u ，37
18Ar 核的质量为36.956 91 u ，0
－1e 的质量为0.000 55 u ，1 u 质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上信息，可以判断( )
A ．中微子不带电
B ．中微子就是中子 C.37
17Cl 和37
18Ar 是同位素
D ．参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82 MeV
解析：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，可以判断中微子所带电荷数是零，质量数是零，故A 项正确；而中子的质量数是1，故B 项错误；同位素是电荷数相等，质量数不等的同种元素，而37
17Cl 和37
18Ar 是两种不同的元素，故C 项错误；由爱因斯坦质能方程得中微子的质量m ＝(0.000 55＋36.956 91－36.956 58)u ＝0.000 88 u ，而1 u 质量对应的能量为931.5 MeV ，所以中微子的最小能量是E ＝931.5×0.000 88 MeV ≈0.82 MeV ，故D 项正确．
答案：AD
2．(多选)下列说法正确的是( )
A.157N＋11H→126C＋42He是α衰变方程
B.11H＋21H→32He＋γ是核聚变反应方程
C.238 92U→234 90Th＋42He是核裂变反应方程
D.42He＋2713Al→3015P＋10n是原子核的人工转变方程
解析：核反应类型分四种，核反应方程的特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子．聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等质量的原子核．裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等质量的原子核．人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核．由此可知B、D两选项正确．答案：BD
3．下面是一核反应方程：21H＋31H→42He＋X.用c表示光速，则( )
A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c2
B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c2
C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c2
D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子质量和，再乘以c2
解析：由质量数守恒及核电荷数守恒定律可得X为10n(中子)，再据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积，故D项正确．
答案：D
4．关于核聚变，以下说法不正确的是( )
A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁
B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，核力才能起作用
D．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核
解析：与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行．所以B项是不正确的．答案：B
5．(多选)2006年9月28日，我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次发电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富
，已知氘核的质量为m 1，中子质量为m 2，3
2He 的质量为m 3，质子的质量为m 4，则下列说法中正确的是( )
A ．两个氘核聚变成一个3
2He 所产生的另一个粒子是质子 B ．两个氘核聚变成一个32He 所产生的另一个粒子是中子 C ．两个氘核聚变成一个3
2He 所释放的核能为(2m 1－m 3－m 4)c 2
D ．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性
解析：由核反应方程知22
1H ―→3
2He ＋1
0X ，X 应为中子，释放的核能应为ΔE ＝(2m 1－m 3－
m 2)c 2，聚变反应的污染非常小．而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A 、C
错误，B 、D 正确．
答案：BD
6．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026
J ，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )
A ．1036 kg
B ．1018
kg C ．1013 kg
D ．109
kg
解析：根据爱因斯坦的质能方程得：
Δm ＝ΔE c 2＝4×1026
9×1016 kg ≈4.4×109kg ，D 正确．
答案：D
7．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV 的质子1
1H 轰击静止的A Z X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的42He(1 MeV ＝1.6×10
－13
J)．
(1)上述核反应方程为________________． (2)质量亏损为____________kg.
解析：(1)1
1H ＋7
3X →4
2He ＋4
2He 或1
1H ＋7
3Li →4
2He ＋4
2He. (2)Δmc 2
＝E 末－E 初，所以
Δm ＝E 末－E 初c 2＝（2×8.9－0.5）×1.6×10－13（3×108）
2
kg ≈3.1×10－29
kg. 答案：(1)1
1H ＋7
3X →4
2He ＋4
2He 或1
1H ＋7
3Li →4
2He ＋4
2He (2)3.1×10
－29
8．假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6 u ，中子的质量是1.008 7 u ，氦核同位素的质量是3.015 0 u.
(1)聚变的核反应方程式是______________，在聚变核反应中释放出的能量为____________MeV(保留两位有效数字)；
(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为3
1H ＋4
2He →7
3Li ，已知各核子比结合能分别为E H ＝1.112 MeV 、E He ＝7.075 MeV 、E Li ＝5.603 MeV ，试求此核反应过程中释放的核能．
解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程式为：
21
H ＋21H →32He ＋1
0n.
核反应过程中的质量亏损：
Δm ＝2m H －(m He ＋m n )＝2×2.013 6 u －(3.015 0＋1.008 7)u ≈3.5×10－3
u. 由于1 u 的质量与931.5 MeV 的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量： ΔE ＝3.5×10－3
×931.5 MeV ≈3.3 MeV. (2)3
1H 和4
2He 分解成7个核子所需的能量为：
E 1＝3×1.112＋4×7.075 MeV ＝31.636 MeV ，
7个核子结合成7
3Li ，释放的能量为：
E 2＝7×5.603 MeV ＝39.221 MeV ，
所以此核反应过程中释放的核能为：
ΔE ＝E 2－E 1＝39.221 MeV －31.636 MeV ＝7.585 MeV. 答案：(1)2
1H ＋2
1H →3
2He ＋1
0n 3.3 (2)7.585 MeV
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基本粒子关系 强子就是参与强相互作用的粒子，可以分为介子和重子，目前粒子物理的夸克模型认为介子是由夸克和反夸克组成，重子则有三个夸克（或者反夸克）组成，重子可以再分为核子（包括质子和中子）和超子（因为质量超过核子的质量而得名）。电子和中微子等属于轻子，不参与强相互作用。 目前粒子物理认为轻子，夸克等没有结构，是点粒子。 电子质子等粒子带有电荷，带电粒子之间可以发生电磁相互作用，而电磁作用场的量子是光子，即带电粒子之间通过交换光子而发生相互作用。 夸克带有颜色（或者色荷），夸克之间，夸克和胶子之间，胶子之间，可以发生色相互作用，而色相互作用场的量子是胶子。 光子和胶子都是传递相互作用的媒介粒子，目前认为它们也没有结构，是个点粒子。 第一类：纯单个粒子，中微子，电子，大统一粒子，夸克。 第二类：由两个基本粒子合成的粒子，如π介子，W、Z玻色子。 第三类：由三个基本粒子合成的粒子，如：中子，质子及其它强子。 第一类粒子中的大统一粒子不能游离态存在，它们必须二个并存，构成了π介子，和W玻色子。（特别注意的是，这一点与传统理论完全不同，为什么要这样猜想呢？你如果接着往下看就明白了。）第一类中的夸克也不能单独存在，它们必须三个并存在，构成了质子与中子等强子 |评论 1. 强子和轻子是构成世界万物的两个基本类别 ①强子：由夸克组成的粒子。两个夸克组成的强子叫介子；三个夸克组成的强子叫重子。所以，不管是介子还是重子，都是强子。与之对应的是轻子。 ②轻子：目前已知的的轻子有三代，包括电子及电子中微子、缪子及缪子中微子、tau子及tau子中微子。轻子之所以叫轻子，主要是因为轻子一直到现在都没有发现其有内部结构，认为轻子是点粒子。 2. 胶子是传递强相互作用的传播子。强相互作用的粒子，即强子是有夸克组成，夸克和夸克之间形成的介子或者重子就是靠夸克间的胶子相互传递从而耦合在一起的。 3. 根据色禁闭理论，单独的夸克是不存在的，而胶子是传播子，严格意义上将，比较两者的大小根本没有任何意义，因为单独的夸克不存在，存在的夸克都以介子或强子而存在。没法和胶子进行定量的比较。胶子没有固定的尺寸，胶子和光子一样，都是传播子，只不过胶子传播强相互作用力，而光子传播电磁相互作用力。 发给我自己..强子，重子，介子，中微子，轻子 2008-07-13 23:55 强子提供强相互作用的介子 质子、中子里有些什么质子、中子里有些什么 对强子结构和标准模型研究的一再成功已表明夸克和色场是强子世界的最基本组成部分．尽管如此，强子物理还存在一些悬而未决的困难，如夸克幽禁、质子自旋危机、质子衰变等．
高中物理-粒子和宇宙学案 【学习目标】 1．初步了解粒子物理学基础。 2．初步了解恒星的演化。 【重点难点】 1．粒子物理学基础常识。 2．宇宙大爆炸理论和恒星的演化过程。 【课前预习】 1．基本粒子与新粒子 （1）直到19世纪末,人们认为组成物质的最小微粒是__________,后来发现了质子、中子、电子,于是许多人认为,电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最小微粒,并把它们叫做________。 （2）1932年发现了__________,1937年发现了__________,1947年发现了K介子和________介子,还发现了一些粒子,质量比质子的质量大,叫做__________。 （3）实验中发现,对应着许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质________的粒子,叫做反粒子,例如,电子的反粒子就是________,质子的反粒子就是_________。2．夸克模型 （1）1964年提出的夸克模型,认为强子由更基本的________组成。 （2）夸克模型指出了电子电荷不再是电荷的最小单元,即存在__________电荷。 3．宇宙的演化 （1）研究微观世界的粒子物理、量子理论与研究__________的理论相互沟通、相互支撑。 （2）当恒星核能耗尽时,就进入末期,恒星的末期形态主要有：白矮星、中子星或_________。 （3）在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期,在宇宙大爆炸后,随着温度的下降,电子与质子复合成为中性的氢原子。继续冷却,质子、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和星系。
【预习检测】 1．关于人们发现的新粒子,下列说法正确的是（） A．许多粒子都有自己的反粒子 B．把粒子分为强子、轻子、媒介子,根据的是粒子与各种相互作用的关系 C．质子属于强子 D．光子属于轻子 2．目前普遍认为,质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电荷量 为2 3 e,d夸克带电荷量为 1 3 e -,e为元电荷,下列论断可能正确的是（） A．质子由1个u夸克和1个d夸克的组成,中子由1个u夸克和2个d夸克的组成B．质子由2个u夸克和1个d夸克的组成,中子由1个u夸克和2个d夸克的组成C．质子由1个u夸克和2个d夸克的组成,中子由2个u夸克和1个d夸克的组成D．质子由2个u夸克和1个d夸克的组成,中子由1个u夸克和1个d夸克的组成 参考答案 【课前预习】 1.（1）原子,基本粒子, （2）正电子,u子,π,超子 （3）相反,正电子,反质子 2．（1）夸克（2）分数（3）最小 3．（1）宇宙（2）黑洞 【预习检测】 1．ABC 2．B ▲堂中互动▲ 【典题探究】 【例题1】为了探究宇宙起源,“阿尔法磁谱仪”将在太空中寻找“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”构成的。“反粒子”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,则反氢原子是（）
苏科版八年级下册物理第七章从粒子到宇宙章节测试 一、单选题 1.修补被扎破的自行车内胎时，修车师傅通常用一把周身是刺的锉将内胎扎破处的外表面锉毛，再把要补上去的橡胶补丁贴在内胎上的一面也锉毛，然后再将锉毛的两个表面涂上胶水，待胶水晾一会儿之后，对准、压紧……． 对于下列锉毛橡胶表面的主要目的的分析，你认为最可能的是() A. 使补胎处的橡胶更膨松，以增强补胎处橡胶的弹性 B. 增大内胎和橡胶补丁接触的表面积，以充分发挥胶水的黏合作用 C. 增大内胎与橡胶补丁之间的摩擦，防止错位 D. 防止因补胎处太厚而导致内胎对外胎的压强不均匀，避免外胎爆胎 2.橡胶棒与毛皮摩擦后，毛皮带正电荷．这是因为摩擦使毛皮（） A. 失去一些电子 B. 得到一些电子 C. 失去一些质子 D. 得到一些质子 3.下列现象和对应的解释正确的是（） A. “破镜不能重圆”说明分子间有斥力 B. 石灰石能被粉碎成粉末，说明分子很小 C. 空气能被压缩，说明分子间有引力 D. 堆煤的墙角时间久了会变黑，说明分子在永不停息地做无规则运动 4.对下列现象的解释，正确的是（） A. 打开香水瓶盖后，能闻到香味，说明分子在永不停息地运动 B. 封闭在容器内的液体很难被压缩，说明分子间有引力 C. 用手捏海绵，海绵的体积变小了，说明分子间有空隙 D. 铅笔笔芯用了一段时间后变短了，说明分子间有斥力 5.图中，与原子结构模型最为接近的是（） A. 西红柿 B. 西瓜 C. 面包 D. 太阳系 6.下列说法中正确的是( ) A. 物质是由大量分子组成的，分子间可以有空隙，也可以没有空隙 B. 固体不易被压缩，说明分子间只有斥力，没有引力 C. 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 D. 地球是宇宙的中心，太阳围绕地球做圆周运动 7.生活中有许多物理现象可以说明物理原理，你认为以下说法中正确的是（） A. 用锉刀锉铁件时，得到很多细小的铁粉，每一粒铁粉就是一个铁分子 B. 铁丝很难被拉断，说明分子之间只存在引力 C. 铁块很难被压缩，说明分子间只存在斥力 D. 洒在桌面上的酒精，过一会儿都蒸发了，说明一切物体里的分子都在不停地做无规则运动
论“美”的本质 王东岳 关于美和美学的问题，讨论方式有两种：一种是讨论美学的具体范畴，涉及美学和审美的一般问题；另一种是讨论美的本质，也就是问美这个东西究竟是什么。而第二种讨论方式只能是一种哲学方式。我今天是在哲学的意义上讨论美的本原，因此，各位同学可能会认为它和美离得比较远，然而，正因为离得比较远，于是它才可能真正把握美的本质。 一 我们首先谈谈美的问题的提出。 在哲学史上，第一个提出“美的本质” 问题的，是古希腊哲学家柏拉图。柏拉图以苏格拉底和他人对话的方式，讨论了这个问题，得出的唯一结论是“美是难的”。柏拉图认为，“美”这个问题是非常困难的，甚至几乎是无法说清楚的。在此篇中，苏格拉底用归谬法的方式否定了对“美是什么”的所有回答。换一句话说，柏拉图用这样的方式是想告诉人们，美的问题用多因素分析的方式得不出结论，必须找到它的单因素决定方向，否则这个问题就讨论不下去。 为什么说“美的本质”是一个哲学问题呢？我简单谈谈哲学的含义。哲学不同于其他学问的地方，就在于哲学是追究终极原因的学问。也就是说，它不在一般的或直观的浅层上追问形成事物个相的原因。比如说，我们讨论健康，如果站在一般的因素层面上讨论，1000个因素都说不完。哲学不这样讨论问题，而我们通常的科学或一般的学问都是多因素的讨论问题。多因素讨论问题的方式使得任何一个因素都不能成立，因此多因素讨论问题的可成立性是大可怀疑的。而哲学是追究终极因素，是讨论问题的单因素。因此，罗素对哲学有个说法：哲学和神学很有相似之处，因为哲学和神学所探讨的问题都是终极问题。哲学和神学的不同点是，哲学是用理性探讨终极问题，神学是用信仰抵达终极关怀。从另一方面说，哲学和科学又有相似之处，它们的相同之处在于它们都使用理性这个工具，它们的不同之处在于，哲学探讨的是终极问题，而科学探讨的是具体问题。“美的本质”这个问题，从具体层面上是探讨不了的，因此，探讨这个问题必须从哲学说起。 美到底是什么？众说纷纭。齐白石有句名言：美就在似与不似之间。也就是像与不像之间，他说，如果太像，就有媚俗之嫌，如果完全不像，就有欺世之嫌。美一定在似与不似之间，也就是说，美是一个很飘忽的东西。古代最早讨论美的哲学家柏拉图认为，美是一个主观理念。也就是说，美不是一个客观派生的东西。他的学生亚里斯多德提出不同的看法。亚里斯多德认为，美是有一定客观性的，美是外部对象的一种和谐。比如我们说一个人美，他一定要头有多大，四肢有多长，躯干要是怎样的状态，恐怕美包含在这种协调关系里。哲学继续发展，所有的哲学家都在探讨美的问题。到了康德和黑格尔，美的问题再度转化到纯理念方面。那么，美到底是客观的还是主观的？美到底是什么？既往哲学家那种讨论方式，我认为不能解决问题，不能得出结论。我们今天换一种方式，从远距离来讨论“美是什么”。 二 讨论“美是什么”，我们首先必须搞清“感知”和“精神”是什么，因为美是一种精神现象，或者说，是精神现象中一个心理层面的反应。如果“精神”的起源搞不清，“美”这个问题就无从谈起，或者“美的本质”就无从谈起。 我们现在把二十世纪的系统科学拉开一个幅面，那么，我们在哲学上，或者说在精神的起源上，似乎可以找到另外一个讨论问题的方式。二十世纪自然科学的重大发展，导出了
粒子和宇宙教案新人教版选修3-5 粒子和宇宙 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史 2．初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一 （二）过程与方法 1．感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法 2．能够突破传统思维重新认识客观物质世界 （三）情感、态度与价值观 1．让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性。 2．培养学生的科学探索精神。 ★教学重点 了解构成物质的粒子和宇宙演化过程 ★教学难点 各种微观粒子模型的理解 ★教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。 ★教学用具： 1．Internet网络素材、报刊杂志、影视媒体等。 2．多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件（基于网络环境）播放等。★课时安排1 课时 ★教学过程 （一）引入新课 教师：宇宙的起源一直是天文学中困难而又有启发性的问题。宇宙学中大爆炸论的基本观点是宇宙正在膨胀，要了解宇宙更早期的情况，我们必须研究组成物质的基本粒子。问题：现在我们所知的构成物体的最小微粒是什么？ 学生：构成物体的最小微粒为“原子”（不可再分）。 点评：从宇宙的起源角度去引起对物质构的粒子的了解，激发学生的兴趣，积极回答。教师：其实直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质不可分的最小微粒。20世纪初人们发现了电子，并认为原子并不是不可以再分，而且提出了原子结构模型的研究。问题：现在我们认为原子是什么结构模型，由什么组成？ 学生回忆并回答：现在我们认为原子是核式结构，说明原子可再分，原子核由质子与中子构成。点评：引起学生回忆旧知识并巩固知识。 （二）进行新课 1．“基本”粒子“不” 基本
核聚变粒子和宇宙 核聚变 1．核聚变 (1)定义： 两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变。聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量。 (2)发生条件： 轻核聚变必须在温度达到几百万开尔文时，才可以发生，因此又叫热核反应。聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。 (3)实例： ①热核反应主要应用在核武器上，如氢弹； ②热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反射堆； ③典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变，21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，该反应平均每个核子放出的能量比裂变反应平均每个核子放出的能量大3～4倍。 2．受控热核反应 (1)聚变与裂变相比有很多优点： ①轻核聚变产能效率高； ②地球上聚变燃料的储量丰富； ③轻核聚变更为安全、清洁。 (2)实现核聚变的方法： ①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温； ②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束，环流器是目前性能最好的一种磁约束装置。 [辨是非](对的划“√”，错的划“×”) 1．我国一些核电站已经开始大规模利用轻核聚变发电。(×) 2．轻核聚变须达到几百万开尔文以上的高温，自然界不存在轻核聚变。(×)
[释疑难·对点练] 1．从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。 例如：21H＋31H→10n＋42He＋17.6 MeV。 2．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。 3．特点 (1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。 (2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。 4．应用 (1)核武器——氢弹。 (2)可控热核反应：目前处于探索阶段。 5．轻核聚变与重核裂变的区别 1．(多选)关于聚变，以下说法正确的是( ) A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量
第七章从粒子到宇宙 注：人眼分辨、看清物体的大小大于等于0.1mm 一、走进分子世界 1、认识微观结构的方法：根据观察到的现象提出一种结构模型的猜想，、再收集证据来证实这种猜想，再弄清物质的内部结构 2、分子：科学家提出物质由分子组成，把能保持物质化学性质的最小微粒就叫做分子。如果把分子看成一个圆球形，则它的直径为10-10m的数量级 3、物质分子运动论的基本要点 ①物质是由大量分子组成的，分子间有空隙 证据一：水与酒精混合后总体积变小。解释：混合后水分子进入酒精分子的空隙中去了，酒精分子进入水分子的空隙中去了，所以体积变小了 证据二：用力在固态物体上打一下，在物体的表面上会出现一个凹坑 ②分子处在永不停息的无规则运动中 证据一：抽调玻璃板后几分钟，上面的空瓶里也出现了红棕色的二氧化碳，下面瓶中的二氧化碳变淡，说明二氧化碳的分子运动到上面，空气分子运动到下面。解释：气体分子在不停无规则运动。（二氧化碳呈棕红色） 证据二：放置几天后，水和硫酸铜的分界面变模糊，一个月后，分界面消失，整个量筒里全部变为蓝色，说明硫酸铜分子跑到分子空隙中去，水分子运动到硫酸铜分子空隙中去。解释：液体分子在不停无规则运动。（硫酸铜呈蓝色） 证据三：五年后打开一看，黄金中有灰色的铅，铅中有黄色的金，说明金分子运动到铅中，铅分子运动到金中
Ps：扩散现象 定义：两种不同物质相互接触时发生的彼此进入对方的现象，叫做扩散现象。 扩散说明：分子处在永不停息的运动中；分子间有空隙 性质一：温度越高，分子无规则运动越剧烈，扩散越快 证据：可以看到热水先红 滴红墨水 性质二：在同样条件下，气体扩散最快，液体扩散较慢，固体扩散最慢，间接说明，气体分子间的空隙最大，液体其次，固体最小 注：灰尘等小颗粒物质的运动不能用分子动理论来解释 Ps：布朗运动指上万个分子组成的小颗粒受液体分子撞击不平衡，出现无规则运动的状况。如何加快布朗运动？①增加水温②使微粒体积更小 ③分子间存在着相互作用的引力和斥力 证据一：物质有分子组成，分子又在不停运动中，为何物体不是散沙？而有一定体积？说明分子间存在着吸引力，把分子吸住了，使它不能到处乱跑。 证据二：两块表面洁净的铅块，用力挤在一起，能互相吸引，甚至下面挂较重物体也不会掉下来。 证据三：分子间既然有引力，为何分子不吸引到一块儿去，而是要保持一定空隙？间接说明分子间存在一定的斥力 证据三：液体和固体很难被压缩，气体虽容易被压缩，但也不能无止尽压缩，说明分子之间距离太近，会互相排斥，存在斥力 Ps：①分子间距离变大的过程中，排斥力、吸引力都变小，但排斥力变小得快，所以吸引 ②分子间距离变小的过程中，排斥力、吸引力都变大，但排斥力变大得快，所以排斥 设作用力相同时的距离为R0 当r
一．原子的构成与排布 构成： （１）原子的质量主要集中在原子核上。 （２）质子和中子的相对质量都近似为1，电子的质量可忽略。 （３）原子序数＝核电核数＝质子数＝核外电子数 （４）质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N) （５）在化学上，我们用符号A Z X来表示一个质量数为A，质子数为Z的具体的X原子。 排布： １．在多个电子的原子里，核外电子是分层运动的，又叫电子分层排布。 ２．电子总是尽先排布在能量最低的电子层里。 3.核外电子的排布规律 （1）各电子层最多容纳的电子数是2n2（n表示电子层） （2）最外层电子数不超过8个（K层是最外层时，最多不超过2个）；次外层电子数目不超过18个；倒数第三层不超过32个。 （3）核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层，然后由里向外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层排布。 总结： 电子层 1 2 3 4 n 电子层符号K L M N …… 离核距离近远 电子的能量低高 最多能容纳的电子数 2 8 18 32 2n2 二．构成原子或离子的各基本粒子间的数量关系 1．质子数+ 中子数= 质量数= 原子的近似相对原子质量 原子A Z X 原子核 质子Z个 中子N个=（A－Z）个 核外电子Z个
2．原子的核外电子数= 核内质子数= 核电荷数 3．阳离子核外电子数= 核内质子数–电荷数 4．阴离子核外电子数= 核内质子数+ 电荷数 5．核外电子数相同的粒子规律 (1)与He原子电子层结构相同的离子有（2电子结构）：H-、Li+、Be2+ (2)与Ne原子电子层结构相同的离子有（10电子结构）：阴离子有F-、O2-、N3-、OH-、NH2-；阳离 子有Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、H3O+；分子有Ne、HF、H2O、NH3、CH4 (3)与Ar原子电子层结构相同的离子有（18电子结构）：阴离子有P3-、S2-、Cl-、HS-；阳离子有K+、 Ca2+；分子有Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、C2H6、CH3OH、N2H4 三．元素，核素与同位素 (1)元素：具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。 （2）核素：把具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子称为核素。一种原子即为一种核素。 核素之间的比较：两者相同处：质子数相同、同一元素 两者不同处：中子数不同、质量数不同 二者关系：属于同一种元素的不同种原子 (3)同位素：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素（同一种元素的不同核素间互称为同位素）。 注意：①同一元素的各种同位素(原子)虽然质量数不同，但化学性质几乎完全一样；②天然存在的元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素所占的原子个数百分比一般是不变的。 （4）相对原子质量的计算： 元素的相对原子质量是按各种天然同位素原子所占的原子个数百分比求出的平均值。 Ar＝Ar l*a1％+Ar2＊a2％+ 其中Ar1、Ar2…为各种同位素的相对原子质量，a1％、a2％…为同位素的原子数百分比或同位素的原子的物质的量分数但不是质量分数。 元素、核素、同位素三者之间的关系：
一．原子的构成与排布 构成： （１）原子的质量主要集中在原子核上。 （２）质子和中子的相对质量都近似为1，电子的质量可忽略。 （３）原子序数 ＝ 核电核数 ＝ 质子数 ＝ 核外电子数 （４）质量数(A )=质子数(Z )+中子数(N ) （５）在化学上，我们用符号A Z X 来表示一个质量数为A ，质子数为Z 的具体的X 原子。 排布： １．在多个电子的原子里，核外电子是分层运动的，又叫电子分层排布。 ２．电子总是尽先排布在能量最低的电子层里。 3.核外电子的排布规律 （1）各电子层最多容纳的电子数是2n 2（n 表示电子层） （2）最外层电子数不超过8个（K 层是最外层时，最多不超过2个）；次外层电子数目不超过18个；倒数 第三层不超过32个。 （3）核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层，然后由里向外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层 排布。 总结： 电子层 1 2 3 4 n 电子层符号 K L M N …… 离核距离 近 远 电子的能量 低 高 最多能容纳的电子数 2 8 18 32 2n 2 二． 构成原子或离子的各基本粒子间的数量关系 1．质子数 + 中子数 = 质量数 = 原子的近似相对原子质量 2．原子的核外电子数 = 核内质子数 = 核电荷数 3．阳离子核外电子数 = 核内质子数 – 电荷数 4．阴离子核外电子数 = 核内质子数 + 电荷数 5．核外电子数相同的粒子规律 (1)与He 原子电子层结构相同的离子有（2电子结构）：H -、Li +、Be 2+ (2)与Ne 原子电子层结构相同的离子有（10电子结构）：阴离子有F -、O 2-、N 3-、OH -、NH 2-；阳离 子有Na +、Mg 2+、Al 3+、NH 4+、H 3O +；分子有Ne 、HF 、H 2O 、NH 3、CH 4 (3)与Ar 原子电子层结构相同的离子有（18电子结构）：阴离子有P 3-、S 2-、Cl -、HS -；阳离子有K +、 Ca 2+；分子有Ar 、HCl 、H 2S 、PH 3、SiH 4、F 2、H 2O 2、C 2H 6、CH 3OH 、N 2H 4 三． 元素，核素与同位素 (1)元素：具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。 原子A Z X 原子核 质子 Z 个 中子 N 个=（A －Z ）个 核外电子 Z 个
目录 摘要 (2) 1 原子论发展史与主要内容 (2) 2 原子分子学说的建立与发展 (3) 3 古代原子论的发展过程和主要内容 (4) 4 原子论哲学的产生与发展 (5) 4.1原子论哲学的理论准备 (6) 4.1.1 恩培多克勒 (6) 4.1.2 阿那克萨哥拉 (7) 4.2 原子论哲学 (8) 5 近代史——道尔顿在《化学哲学新体系》中描述的原子 (9) 6 发展史 (11) 6.1 道尔顿的原子模型 (11) 6.2 葡萄干布丁模型（枣核模型） (11) 6.3 行星模型 (12) 6.4 玻尔的原子模型 (12) 6.5 现代量子力学模型 (12)
浅谈原子论的发展 [摘要] 本文主要由六个部分组成。第一个部分由说明原子论发展史与主要内容。第二个部分主要介绍原子分子学说的建立与发展。第三个部分阐述了古代原子论的发展过程和主要内容。第四部分主要论述了原子论哲学的产生与发展。第五部分阐述了道尔顿在《化学哲学新体系》中描述的原子，最后一部分概括了原子论近现代发展史。 1 原子论发展史与主要内容 化学是以物质为研究对象，以阐明物质的结构及其变化规律为己任，所以，“物质是什么构成的？”是化学的基本问题也是核心问题。然而，从上古代的德谟克利特（公元前460～前370年）到17世纪的波义耳（1627～1691年），上下2000多年，尚未做出完全正确的回答。 到了17世纪的1661年，波义耳以化学实验为基础建立这样的元素论：那些不能用化学方法再分解的简单物质是元素。即西方的“土、气、水、火”四元素物质组成观。这种物质观已接近原子论，但还不是科学的原子论。因为，他当时称之为元素的物质，今天看来只是单质，而不是原子。 随着科学实验的深入、技术的进步、一代又一代科学家的努力，人们对物质的认识渐渐地明确起来，并发生了认识上的飞跃，产生了科学的原子论，完成这一“飞跃”的代表人物就是英国科学家道尔顿，那已经是19世纪初的事情了（1803年）。 由于原子的概念是化学的基石，是化学的灵魂，这个问题一旦解决，必然促进化学学科极大的发展。事实正是如此：从科学原子论提出，到19世纪中期，已发现的化学元素就有60多种，证明了原子论的指导作用。从此，化学进入蓬勃发展的新阶段，同时也揭开了物质结构理论的序幕，已能从微观物质结构的角度去揭示宏观化学现象的本质。使化学发展到由材料的堆积至材料的整理，并使其条理化的新时期。
中考物理专题复习《从粒子到宇宙》 一、选择题 1. (2018·衡阳)关于分子动理论，下列说法正确的是( ) A.打开香水瓶，不久就满屋子都能闻到香气，说明分子在永不停息地做无规则的运动 B.打扫教室地面时，看到灰尘在空中飞舞，说明分子在永不停息地做无规则的运动 C.酒精和水混合后体积减小的实验，说明分子间有引力 D.堆在墙角的煤会使墙体内部变黑，说明分子间有引力 2. ( 2018·山西)端午情浓，粽叶飘香.端午节那天，小明家里弥漫着粽子的清香.这现象表明 ( ) A.分子间存在引力 B.分子间存在斥力 C.温度越高分子运动越慢 D.分子在不停地做无规则的运动 3. ( 2018·淮安)下列现象中，不能说明分子在做永不停息的无规则运动的是( ) A.红墨水在水中散开B美味佳肴香气扑鼻 C.扫地时尘土飞扬 D.嗅气味鉴别物质 4.( 2018·广州)静置的密封容器内只有氢气，若以“O”表示氢气分子，如图所示中最能代表容器内氢气分子分布的是( ) 5. ( 2018·镇江)下列不带电的是( ) A.原子核B质子 C.中子 D.电子 6. (2018·随州)学习了分子动理论之后，欣欣同学总结了很多生活中与分子动理论有关的现 象，下列总结中不正确的是( ) A.腌制鸭蛋就是通过扩散使盐进入蛋中 B.人造木板粘接剂中的甲醛扩散到空气中造成环境污染 C.用透明胶带揭下纸上写错的字，是因为胶带与纸之间有相互的斥力， D.“破镜不能重圆”是分子间的距离太大，作用力变得十分微弱 7. ( 2018·泰州)下列认识正确的是( ) A.固体分子是静止不动的 B.原子核带负电，电子带正电 C.电子的发现说明原子是可分的
粒子物理学 为本词条添加义项名 粒子物理学，又称高能物理学，它是研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质，和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支。 10 本词条无基本信息模块, 欢迎各位编辑词条，额外获取10个积分。 目录 1学科简介 2学科分类 3理论分析 4发展阶段 5黑格斯粒子的实验证据 6第四种和第五种夸克 7轻子的新发现 8电弱统一理论的建立 9粒子物理的前景 展开 1学科简介 2学科分类 3理论分析 4发展阶段 4.1第一阶段（1897～1937） 4.2第二阶段（1937～1964） 4.3第三阶段（1964～） 5黑格斯粒子的实验证据 6第四种和第五种夸克 7轻子的新发现
8电弱统一理论的建立 9粒子物理的前景 粒子物理学 1学科简介 粒子物理学particle physics 研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质，和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支。又称高能物理学。 粒子物理学 2学科分类 粒子物理学专门研究组成物质和射线的基本粒子，以及它们之间的相互作用。由于在大自然的一般条件下，许多基本粒子不存在或不单独出现，物理学家使用粒子加速器，试图复制粒子高能碰撞的机制，从而生产和侦测这些基本粒子，因此粒子物理学也被称为高能物理学。 标准模型可以正确地描述基本粒子之间的相互作用。这模型能够计算12种已知的粒子（夸克和轻子），彼此之间以强力、弱力、电磁力或引力作用于对方。这些粒子会互相交换规范玻色子（分别为胶子、光子、W 及Z 玻色子）。标准模型还预测了希格斯玻色子的存在。截至2010年，使用费米实验室的垓电子伏特加速器和欧洲核子研究组织的大型强子对撞机，实验者仍旧在努力地寻找希格斯玻色子的来踪去迹。
浅谈速度变化致物质质量变化 云南云维集团大为制焦电仪黄兆荣 摘要：本文分析了物质速度变化导致物质质量发生变化的理论依据和原因。 关键词：速度，质量，变化 一、概述：将纸撕碎，纸的质量（天枰称）会发生变化，将水装在密封的塑料瓶里摇动，摇动前后的质量也会发生变化，都是先重后輕，同样将热水装在密闭的瓶中，放在天枰称，质量的变化，随着热水的温度降低，质量慢慢增加。 二、分析：1、物质的速度变化（Vt-Vo=a)则需要看到一个力（F) m = F / a = F/ (Vt-Vo) 由于a都会落后F.有了F，使物质运动速度发生变化（Vt-Vo),物质内部会发生摩擦，物质与外壳也会发生摩擦，摩擦生电、声、噪音等，摩擦生电，根据电磁力与引力的统一的原理，电磁力会吸引它周边的物质，周边有一种最基本的粒子，能进出任何物质的表面上，当某种物质的力量打破平衡时间，该基本粒子就会进出该物质的表面，与其发生反应。使物质的质量发生改变。 把水装在密闭的塑料瓶里，静置，有基本的受力平衡（不是绝对的）有一个质量数，当塑料瓶在外力的作用下摇动，由于水分子之间，水分子与塑料瓶内壁的摩擦都会产生（电磁力），及单位面积引力增加，吸引外界的基本粒子，从而使自己的质量增加，，把热水装在瓶中，称其质量为ma，当热水冷却后，再称起质量为mb对比发现，mb-ma大于0，这是由于热水的密度比冷水的密度小，热水运动虽然比冷水的运动剧烈，但是震动幅度小，所以热水单位面积的引力小；冷水的单位面积的引力大，故其质量大，撕纸时，将纸撕烂时，产生的引力（即电磁力）比没有撕碎的纸的引力大，固撕纸前、后的质量有相差有，引力将周围的基本粒子或物质吸引在电磁力（引力）变化的物体上。 运动能使物体的质量增加 1、在空气中笔者将A4纸撕碎，称其重量比未撕碎前纸的质量增加了，一共用四张纸做实
基本粒子的定义与分类 基本粒子的定义与分类 （1）基本粒子的定义及其变化 基本粒子是指人们认知的构成物质的最小、最基本的单位。但是因为物理学的不断发展，人类对物质构成的认知逐渐深入，因此基本粒子的定义随时间也是有所变化的。 目前在粒子物理学中，标准模型理论认为的基本粒子可以分为夸克（quark）、轻子（lepton）、规范玻色子（boson）和希格斯粒子四大类。标准模型理论之外也有理论认为可能存在质量非常大的超粒子。 传统上（20世纪前、中期）的基本粒子是指质子、中子、电子、光子和各种介子，这是当时人类所能探测的最小粒子。而现代物理学发现质子、中子、介子都是由更加基本的夸克和胶子（gluon）构成。同时人类也发现了性质和电子类似的一系列轻子，还有性质和光子、胶子类似的一系列规范玻色子。这些是现代的物理学所理解的基本粒子。 （2）基本粒子的分类 费米子：基本费米子分为两类：夸克和轻子。 夸克：目前的实验显示共存在6种夸克，其中包括它们各自
的反粒子。这6种夸克又可分为3“代”。它们是： 第一代：u（上夸克）d（下夸克） 第二代：s（奇异夸克）c（魅夸克） 第三代：b（底夸克）t（顶夸克） 它们的质量关系是。另外值得指出的是，他们之所以未能被早期的科学家发现，原因是夸克决不会单独存在（顶夸克例外，但是顶夸克太重了而衰变又太快，早期的实验无法制造）。他们总是成对的构成介子，或者3个一起构成质子和中子这一类的重子。这种现象称为夸克禁闭理论。这就是为什么早期科学家误以为介子和重子是基本粒子。 轻子：共存在6种轻子与它们各自的反粒子。其中3种是电子和与它性质相似的子和子。而这三种各有一个相伴的中微子。他们也可以分为三代： 第一代：e（电子）、（电中微子） 第二代：（μ子）、（μ中微子） 第三代：（τ子）（τ中微子） 玻色子：玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数的粒子。 规范玻色子，这是一类在粒子之间起媒介作用、传递相互作用的粒子。之所以它们称为“规范玻色子”，是因为它们与基本粒子的理论杨-米尔斯规范场理论有很密切的关系。
［摘要］夸克－胶子等离子体是当今粒子物理领域的重要研究课题，它不仅能揭示微观粒子的物理性质，还能帮助人们认识宇宙的演化过程。本文对夸克－胶子等离子体的研究现状进行了概述。［关键词］夸克－胶子等离子体；高能重离子碰撞浅谈现代粒子物理前沿问题———夸克－胶子等离子体 傅永平 郗勤 （临沧师范高等专科学校数理系，云南临沧 ６７７０００） 1研究夸克-胶子等离子体的科学意义 按照目前的实验观测结果，已知的物质最小构成单元是夸克和轻子，比如质子和中子就是由上夸克和下夸克组成的三夸克色禁闭束缚态，而介子则是双夸克色禁闭束缚态。我们熟知的电子就是轻子的一种。如果用质量来标度，夸克和轻子可以分为三代，每一代有２种夸克和轻子，其中夸克包括上夸克、下夸克、奇夸克、璨夸克、顶夸克和低夸克，轻子包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子。 夸克－胶子等离子体是区别于强子的一种新的物质形态，夸克不再是以强子型的双夸克或三夸克色禁闭束缚态形式存在，夸克－胶子等离子体中的夸克是色相互作用渐近自由的，夸克与夸克之间，夸克与多夸克之间存在自由的色相互作用，这是一种多体夸克凝聚的新物质形态。 宇宙大爆炸初期宇宙的温度约为１０２８ ｅＶ，按照标准模型，当时可 能存在的物质只有轻子和夸克，此时夸克的色自由度是解禁的，就会形成夸克－胶子等离子体。之后随着宇宙不断膨胀，温度下降到１００ＭｅＶ时，夸克物质发生对称性破缺，开始冻结成为质子和中子。从夸克物质演化的意义来讲，研究夸克－胶子等离子体不仅对基本粒子物理研究意义重大，而且对于宇宙演化的研究来讲也具有重要意义。 2实验概况 实验表明，高能重离子碰撞有可能产生核子的多重碰撞，使能量主要集中在质心附近。也即一个核的核子有可能和另一个核的不同核子发生多次碰撞，而不是仅发生一次碰撞便飞离质心区域，这样在一个很短的驰豫时间内，能量可以集中在质心附近，从而产生夸克－胶子等离子体。为更好地解释在高能重离子碰撞过程中，能量如何主要聚集在质心附近，引入核阻塞能力的概念，它表征重离子碰撞过程中一个入射核子与另一个核碰撞时所受到核物质的阻塞程度，如果多重碰撞程度越高，阻塞能力也就越大，出射核子所携带的能量就越小，那么聚集在质心附近的能量就越高，也就越容易产生夸克－胶子等离子体。多重碰撞及核阻塞能力的研究，在高能重离子碰撞产生夸克－胶子等离子体方面具有重要作用。 实验物理学家们正在尝试着利用高能重离子碰撞实验装置，把物质的温度和密度在一个很小的时空区域内提升到大爆炸的初始阶段，即把“历史”退回到存在自由夸克物质的宇宙初期。美国布鲁海文国家实验室（ＢＮＬ）的相对论重离子对撞机（ＲＨＩＣ）能够将金原子核加速到每核子１００ＧｅＶ，碰撞的质心系能量可达３９．４ＴｅＶ。 此外，欧洲核子研究中心（ＣＥＲＮ）的大型强子对撞机（ＬＨＣ）可以把铅原子核加速到每核子２．７６ＴｅＶ的质心系能量。那么碰撞的质心系能量可达到５７４．０８ＴｅＶ。未来ＬＨＣ的质心系能量还将提升到每核子５．５ＴｅＶ，碰撞的质心系能量将达到１１４４ＴｅＶ。ＲＨＩＣ能将金原子核加速到光速的９９．９５％，核粒子束迎头相撞时，每秒钟将会出现上千次的碰撞，每一次碰撞都能在相撞点上产生很高的温度，大约能产生超过１０１２Ｋ的温度，这相当于太阳温度的１万倍。 3探测夸克-胶子等离子体 夸克－胶子等离子体一旦产生就会迅速冷却膨胀，所以其寿命是很短暂的。对于实验物理学家而言，观察其冷却过程中的粒子产生才是观测夸克－胶子等离子体的有效途径。夸克－胶子等离子体在冷却过程中将有大量新粒子产生，其中包括光子、轻子和夸克碎裂产生的强 子。标准模型预言，夸克－胶子等离子体的粒子产生多重数将远大于核子－核子深度非弹性散射的粒子产生，所以通过比较实验结果和理论预言将成为又一检验标准模型正确与否的关键。 如何观测夸克－胶子等离子体不仅是实验关心的问题，也是理论研究的热点。比如研究夸克－胶子等离子体的动力学特征。而要了解它，就必须依赖于从中心区域出射的、且未被其损坏的粒子。这些粒子的最佳候选者就是光子和轻子，因为光子和轻子只参与电磁相互作用和弱相互作用，它们都不会与夸克物质发生强相互作用，对于以强相互作用为主导的过程而言，它们几乎可以不受阻碍地从碰撞中心区域出射并被探测器捕捉到，所以光子和轻子都可以携带中心区域夸克物质的动力学信息，通过研究它们便可以了解自由夸克物质的动力学特征及规律。 在高能重离子碰撞过程中有以下三种主要的光子产生源，首先是初始冷组分部分子碰撞产生的快光子，它们包括夸克、胶子之间的湮灭和康普顿过程产生的直接光子，还包括由末态部分子在真空中碎裂产生的光子。还有喷注通过热媒介时，与热部分子相互作用也会产生光子。由于初始部分子碰撞过程中的转移动量很高，强相互作用跑动耦合常数小于１，这些光子的产生机制可以利用微扰量子色动力学和量子电动力学来处理。此外，在热夸克物质的平衡相中，热光子将由热夸克和热胶子的湮灭和康普顿过程产生，由于夸克－胶子等离子体的热光子主要集中在低横动量区域，所以微扰论很难处理。 只能依靠有限温度场论以及有效热质量截断等技术来解释夸克－胶子等离子体的热光子产生。最近，有的学者提出了一种新的理论来解释热光子的产生机制，称为共形反常。在夸克－胶子等离子体中存在共形不变对称性的破缺，这种破缺机制直接导致了色单态热部分子之间的相互作用产生热光子。光子产生的最后一个主要来源是碰撞演化末态的强子物质，热强子气体之间主要通过介子相互作用产生热光子，其中介子主要是轻介子，目前关于强子气体模型已经把奇异介子也包含进来了。来自ＲＨＩＣ的ＰＨＥＮＩＸ实验组和ＬＨＣ的ＣＭＳ实验组得到的光子实验数据能较好地与理论计算结果相吻合。 对于高能重离子碰撞中双轻子的产生机制，与光子产生过程完全类似，只需要将实光子变换为虚光子即可，因为双轻子主要由虚光子衰变而来。理论表明来自于夸克－胶子等离子体的热双轻子在低不变质量区域产率最大，但是热双轻子在这个区域的贡献被众多的强子衰变谱所掩盖，热双轻子唯一占主导的区域是在中间不变质量区域。但中间不变质量区域的双轻子数据同样能用粲粒子衰变来解释。不过来自ＮＡ６０实验组的数据表明较之粲粒子衰变谱，中间不变质量区域的双轻子数据有一个抬高，这个抬高有可能是来自热双轻子的贡献。 除此之外，对于ＲＨＩＣ的双轻子实验而言，仍存在着不少公开问题。其中之一就是低横动量双轻子数据在低不变质量区域较之强子衰变的理论预言有一个２到３倍的抬高现象。这种抬高现象可以通过热媒介中矢量介子由于手征部分恢复而发生质量移动来部分地得到解释，但仍无法完全解释抬高现象。最近，ＰＨＥＮＩＸ实验组得到的高横动量双轻子不变质量谱也存在实验值高于现有理论预言的抬高现象。来自热双轻子的贡献仍无法解释现有数据。 4小节 本文就目前粒子物理的前沿热点，夸克－胶子等离子体，进行了概述。现有的夸克－胶子等离子体的光子产生实验数据能够与理论计算结果较好地吻合，但是双轻子产生的实验数据在理（下转第４２页）
第十九章原子核 第八节粒子和宇宙 教学目标： （一）知识与技能 1、了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史。 2、初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一。 （二）过程与方法 1、感知人类探究宇宙奥秘的过程和方法。 2、能够突破传统思维重新认识客观物质世界。 （三）情感、态度与价值观 1、让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性。 2、培养学生的科学探索精神。 教学重点： 了解构成物质的粒子和宇宙演化过程。 教学难点： 各种微观粒子模型的理解。 教学方法： 教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具： Internet网络素材、报刊杂志、影视媒体、多媒体教学设备。 教学过程： （一）引入新课 教师讲述：宇宙的起源一直是天文学中困难而又有启发性的问题。宇宙学中大爆炸论的基本观点是宇宙正在膨胀，要了解宇宙更早期的情况，我们必须研究组成物质的基本粒子。 问题：现在我们所知的构成物体的最小微粒是什么？ 学生回答：构成物体的最小微粒为“原子”。 教师讲述：其实直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质不可分的最小微粒。20世纪初人们发现了电子，并认为原子并不是不可以再分，而且提出了原子结构模型的研究。 问题：现在我们认为原子是什么结构模型，由什么组成？ 学生回忆并回答：现在我们认为原子是核式结构，说明原子可再分，原子核由质子与中子构成。 （二）新课教学 1、“基本粒子”不基本 教师讲述：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？ 学生活动：学生阅读教材，思考，讨论。 2、发现新粒子 教师：20世纪30年代以来，人们在对宇宙线的研究中发现了一些新的粒子。要求学生阅读教材“发现新粒子”部分并思考下面的问题： （1）从宇宙线中发现了哪些粒子？这些粒子有什么特点？ （2）通过科学核物理实验又发现了哪些粒子？ （3）什么是反粒子？ （4）现在可以将粒子分为哪几类？ 学生活动：阅读教材，思考，讨论，回答问题： （1）1932年发现正电子；1937年发现μ子；1947年发现K 介子与π介子 （2）实验中发现了许多反粒子，现在发现的粒子多达400多种。 （3）许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质相反的粒子，叫做反粒子。 （4）按粒子与各种相互作用的关系，可分为三大类：强子、轻子和媒介子。 师生共同总结并举例： 强子：是参与强相互作用的粒子。如质子、中子… 轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子。如电子、电子中微子… 媒介子：传递各种相互作用的粒子。如光子、胶子… 3、夸克模型 教师指导学生阅读教材“夸克模型”部分并思考问题：上述粒子是不是最小单位，有没有内部结构呢？现代科学认为夸克有哪几种？有什么特征？ 学生活动：阅读教材，回答问题：1964年提出夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克（quark ）。夸克模型经过几十年的发展，已被多数物理学家接受。现代科学认为夸克有：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。它们带的电荷为元电荷的3 2+或31-倍每种夸克都有对应的反夸克。 教师提示：科学家们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“禁闭”。能否解放被禁闭的夸克，是物理学发展面临的一个重大课题。 夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。而另一方面也说明科学正由于一个一个的突破才使得科学得到进一步的发展。 4、宇宙的演化、恒星的演化 教师讲述：前面我们提到要了解宇宙起源需了解物质的组成的粒子，这是因为在物理学中研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通、相互支撑。