人教版高中物理选修3-5课件19.8《粒子和宇宙》.ppt

(1)夸克的提出
二、夸克模型
许多实验事实表明，强子是有内部结构的.1964年提出的夸克模 型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克。
(2)夸克的分类
夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸 克、顶夸克。每种夸克都有对应的反夸克。
(3)夸克模型的意义
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。
3. 正粒子、反粒子
正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量 ( 如电荷、磁矩 等 ) 的符号相反。
4. 按相互作用分类
万有引力
电磁力
弱相互作用
强相互作用
引力子
＋
光子
＋
＋
轻子
＋
＋
＋
强子
＋
＋
＋
＋
• 引力子 自旋应为2、静止质量和电荷为零，以光速运动。 • 光子 自旋为1，是玻色子。
轻子（共12种）
一、“基本粒子”不基本
1.“基本粒子”不基本
(1)19世纪末，许多人认为光子、电子、质子和中子是组 成物质的不可再分的最基本粒子．
(2)从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子， 它们不是由质子、中子、电子组成的．
(3)科学家进一步发现质子、中子、电子等本身也是复合 粒子，且还有着复杂的结构．
(4)研究粒子的主要工具 粒子加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具．
2. 粒子的分类 （1）按自旋分类
分类
自旋
费米子 (电子、质子、中子 等各种重子)
玻色子
( 光子、 介子 K介子、介子 )
整数 0 或1 等
泡利不相容原 理
统计规律
服从
费米—狄拉克统计 分布
不服从
玻色— 爱因斯坦统 计分布
3.共振态粒子— 寿命极短（约10-23s）
提出了宇宙演化的大爆炸假说．它的主要观点是，宇宙是由一个 超高温、超高密度的“原始火球”发生大爆炸而开始的．然后经 历了从热到冷的演化，在这个时期里，宇宙不断地膨胀(也称暴 胀)，宇宙物质从密到稀．当温度下降到几千摄氏度时，宇宙间 主要是气态物质．后来气体逐渐凝聚成气云，并且进一步收缩形 成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙天体． 2．恒星的演化
1/2 1/3 2/3
0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3
00
0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3
0 +1/3 0 0 +1
例如 ：质子 奇异粒子 π+ 介子
1. 质子 (uud)
电荷: 重子数: 奇异数:
自旋: 奇异数:
A．1∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．1∶6
答案：C
➢ ➢
三、宇宙的演化 宇宙——从何而来？
• 大爆炸理论 (The Big Bang Theory) • 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
宇 时 宙大 间 各爆 的 处炸 零 同是 点 时在
产无 生限
的
1．宇宙的演化 20世纪40年代，在大量天文学家观测的基础上，物理学家
媒介子
轻子 强相互作用
夸克 底夸克
顶夸克
μ子 各种相互作用
4．宇宙的演化
研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究 宇宙 ________的理论是相互沟通，相互支撑的，从大爆炸开始的 不同时间里，对应的温度不同，组成宇宙的物质不相同。
5．恒星的演化
当温度降到__3_0_0_0_K__时，中性原子组成的宇宙尘埃在 万有引力作用下，尘埃收缩凝集，引力势能转化为内能，温 度升高，开始发光形成了恒星，当恒星核能耗尽时，进入末 期，恒星的末期形态主要有：白矮星、中子星或___黑__洞___。
密度很低的星际物质逐渐形成星云，大块的星云由于引力作用 而收缩逐渐凝成原恒星．
原恒星继续收缩，温度不断升高，发生热核反应， 当热核反应产生的斥力和引力作用达到平衡时，恒星不 再收缩，进入相对稳定阶段．
当核能源供应不足时，恒星的稳定状态遭到破坏， 引力作用又开始大于斥力，星体又开始收缩，温度升高， 发光能力增强，光度增加，外部膨胀，表面积增大，但 表面温度降低，看上去呈红色，这时恒星便演化为红巨 星或新星．
直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最 小微粒，后来发现了电子、___质_子____和___中__子___，又认为它们是 组成物质的基本粒子．现在已发现粒子有400余种，有些也具有复 杂的__内_部__结_构__．
2．发现新粒子 (1)新粒子：20世纪30年代人们对_宇__宙_射__线__的研究发现一些 新粒子，人们用高能加速器进行实验发现更多新粒子，1932年发 现了__正__电_子___，1937年发现____μ_子___，1947年发现___K_介_子___和π 介子及以后的超子、反粒子等．
粒子名称
、 、 K介子等 质子、中子及其反粒子
ΩΣΛΞ超子及反粒子
自旋
整数
玻色子 费密子
K 介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象。 • 协同产生: 一个超子总是和一个或几个K介子同时产生。
•奇异粒子协同产生的过程极快(约为10-23s), 表明是在强相互作用下进行的； 而衰变过程很慢(寿命约为10-8 ～10-10s)， 表明是在弱相互作用下进行的。
夸克
质量
电荷 e
自 旋
重 同 同位 子 位 旋分 数旋 量
奇 异 数
顶
超荷
粲 数
底数 数
d 下夸克 0.008 -1/3 u 上夸克 0.004 2/3
-1/2 0 +1/3 0 0 0 1/2
1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3
-1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5
自旋:
3.π+ 介子(ud)
电荷: 重子数: 奇异数:
自旋: 同位旋分量:
例1．K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π －介子带负的基元电荷，π0介子不带电．一个K－介子沿垂直于 磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为右下图中圆弧AP，衰变 后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的 半径RK－与Rπ－之比为2∶1。π0介子的轨迹未画出．由此可知π－ 的动量大小与π0的动量大小之比为
当恒星核能耗尽时，就进入末期．恒星的末期形态 主要有三种：白矮星、中子星或黑洞．
分类
正反粒 自旋
子
电子、 e e μ子、τ
子 轻 子
中
微
子
e e
说明
电荷量 e
-1 +1 -1 +1 -1 +1
0 0 0
重子数B 0
轻子数
Le L L 寿命10-6s
稳定 2.2 <2.3 -1 +1
稳定
中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。
强子分类
分类
介子
重子
核子 超子
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1．“基本粒子”不基本