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196-198粒子和宇宙课件-河北省涞水波峰中学人教版高二物理选修3-5(共41张PPT)

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人教版高中物理选修35课件：粒子与宇宙+(共25张PPT)

人教版高中物理选修35课件：粒子与宇宙+(共25张PPT)
6、“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞”。2021年11月2021/11/92021/11/92021/11/911/9/2021 7、“教师必须懂得什么该讲，什么该留着不讲，不该讲的东西就好比是学生思维的器，马上使学生在思维中出现问题。”“观察是 思考和识记之母。”2021/11/92021/11/9November 9, 2021 8、普通的教师告诉学生做什么，称职的教师向学生解释怎么做，出色的教师示范给学生，最优秀的教师激励学生。 2021/11/92021/11/92021/11/92021/11/9
底夸克
顶夸克
3．夸克模型
1964年物理学家 盖尔曼提 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。
六种夸克：上夸克u、下夸克d、奇异夸克s、粲夸克c、 底夸克b、顶夸克t。 夸克带电荷为元电荷的2/3或-1/3倍。每种夸克都有 对应的反夸克。
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。
媒介子
光子（传递电磁相互作用） 胶子（传递强相互作用）
电子 粒 轻子 电子中微子 子 (6种) μ子和μ子中微子
τ子和τ子中微子
强子
质子 中子 介子 超子
夸克
上夸克 下夸克 奇夸克 粲夸克
大爆炸之后约10-44s，温度为1032K，产生了夸克、轻子、 胶子等粒子。 大爆炸后约10-6s，温度下降到1013K，夸克构成了质子和 中子等强子，成为强子时代。 再晚一些时候，温度下降到1011K，只剩下少量夸克，而 自由的光子、中微子和电子等轻子大量存在，成为轻子时 代。 温度下降到109K，中子和质子结合成氘核，并很快生成氦 核，同时有氚核、氦3等其他轻核生成，成为核合成的时 代。 大爆炸1万年之后，温度降到104K，宇宙由电子、质子和 氦核的混合电离气体组成。 温度降到3000K，电子和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。

人教版高中物理选修3-5 19.8 粒子和宇宙教学课件共36张PPT

人教版高中物理选修3-5 19.8 粒子和宇宙教学课件共36张PPT

下列说法正确的是（） A原子是组成物质的不可再分的最小微粒 B原子是最大微粒 C原子有原子核和核外电子构成，质子和 中子组成了原子核 D质子属于强子，光子属于轻子
二、夸克模型:
夸克模型分别由默里·盖尔曼与乔治·茨威格 于1964年独立地提出，现代粒子物理学认为， 夸克共有6种，分别称为上夸克、下夸克、 奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克，它们组
查德威克于1932年发现了中子
于是许多人认为光子、电子、质子和中子 是组成物质的不可再分的粒子并把它们叫 做“基本粒子”。
然而！ 1、科学家发现新粒子不是电子、质子和中 子组成的： 2、科学家还发现质子、中子等本身也有自 己的复杂的结构。 所以20世纪后半期起，就将“基本”二字去 掉，统称为粒子
发现新粒子
1、正电子
1930年，安德森开始通过拍摄宇宙射线穿过云
室的径迹来研究宇宙射线。他发现一种带正电的 粒子几乎和那些带负电的粒子一样频繁地出现。 这种带负电的粒子很明显就是电子，但那些带正 电的粒子显然不是质子(质子是当时所知唯一的带 正电的粒子)，因为它们在云室中不能充分电离。 最后，安德森推断“合乎逻辑的答案只有一个:这种 粒子和普通的带负电的自由电子相比，它们带有 等量的正电荷并且质量同数量级”。事实上，这种 粒子就是正电子，安德森在1932年9月宣布了它 的存在。
三、宇宙的演化: 微观与宏观相互沟通、相互支撑 诺奖获得者格拉肖：“隐藏在原子内心的， 是宇宙结构的秘密”
宇宙大爆炸理论: 宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前 一次大爆炸后膨胀形成的。 1927年，比利时 天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出了宇宙
大爆炸假说。
宇宙的演化:
宇宙的演化:
32
大爆炸后10^-44秒宇宙，温度10 K夸克、

人教版高中物理选修3-5课件 19 粒子和宇宙课件3

人教版高中物理选修3-5课件 19 粒子和宇宙课件3

1 “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 栏
物质的不可再分的最基本粒子．
目 链
接
(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．
栏 目 链 接
解析：本题考查的是库仑力的大小、方
向及力的合成、明确每个夸克皆受两个力的作用，电荷量为
栏
目
＋23e 的上夸克受两个下夸克的吸引力，合力的方向一定向下．对
链 接
其中一个下夸克，受力如上页图所示，由于 F1 的水平分力与 F2
大小相等，方向相反，故 F1 与 F2 的合力的方向竖直向上．
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．
例 1 中子内有一个电荷量为＋23e 的上夸克和两个电荷
栏 目 链
接
量为－13e 的下夸克，
一简单模型是三个夸克都在半径为 r 的同一圆周上，上图所示．
在下图给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是 ()
克 d)和一个反夸克(反夸克 u 或反夸克 d )组成的，它们的带电
荷量如下表所示，(e 表示元电荷．)下列说法正确的是( )
栏
π＋ π－
u
d
u
d
目 链
接
带电荷 量
＋e －e
＋23e
－13e
－23e
＋13e
变式 迁移
A.π＋由 u 和 d 组成

高中物理 19.7-19.8 核聚变 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5

高中物理 19.7-19.8 核聚变 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5

6．氢弹原理：首先由普通炸药引爆原子弹．再由原子弹爆炸产生 的高温高压引发热核爆炸．
7．普通性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个 巨大的热核反应堆．
二、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．约束核聚变材料的方法磁约束和惯性约束．
(2)24.8 MeV (3)3.8×1038 个
知识点二 对粒子的认识
重点聚焦
1．新粒子的发现及特点
发现时间 1932 年
1937 年
1947 年
60 年代后
新粒子
反粒子
μ 子 K 介子与 π 介子 超子
质量与相对应
基本特点
的粒子相同而 电荷及其他一 些物理性质相
比质子的质量 小
质量介于电子 与质子之间
三、“基本粒子”与新粒子 1．“基本粒子”不基本 “基本粒子”：直到 19 世纪末，人们认为光子、电子、质子、中 子是“基本粒子”，随着科学的发展，一方面逐渐发现了数以百计的 新粒子，它们都不是由质子、中子、电子组成的；另一方面科学家又 发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构．因此，20 世纪后半期， 就将“基本”去掉，统称粒子．
【解析】 (1)核反应方程为 411H→24He＋201e (2)核反应中的质量亏损 Δm ＝ 4mp － mHe － 2me ＝ (4×1.0073 － 4.0015 － 2×0.00055)u ＝ 0.0266 u 释放的能量 ΔE＝0.0266×931 MeV≈24.8 MeV.
(3)核反应发生的次数 N＝ΔEE，参与核反应的质子数为 4N＝Δ4EE＝24.8×4×1036.×8×1.160×2610－19个≈3.8×1038 个． 【答案】 (1)411H→24He＋201e

人教版高中物理选修3-5第十九章 原子核19.8粒子和宇宙教学课件 (共16张PPT)

人教版高中物理选修3-5第十九章 原子核19.8粒子和宇宙教学课件 (共16张PPT)
2013年诺贝尔物理学奖颁发给了 比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒特 和英国物理学家彼得·希格斯，表彰 他们描述了粒子物理学的标准模型， 其预测的基本粒子—希格斯玻色子， 被欧洲核子研究中心运行的大型强子 对撞机通过实验发现．
彼得·希格斯
粒子
粒子
思考 讨论
对原子的认识花了2000年左右，而后来大量 粒子的发现只用了100年左右，对此你有何感想？
1.观念的突破
2.研究方法的不断完善
3.研究工具的不断进步
粒子
同步
加速器
直线加速器装置示意图
直线
国家同步辐射实验室能量为800M℮V的电子存储环
粒子
对撞机
北京正负电子对撞机鸟瞰图
1988 年北京正负电子对撞机首次 对撞成功时的情景
欧洲LHC 的鸟瞰示意图，它的周长高达27 km．
视频-人与宇宙
粒子和宇宙
Particle &Universe
粒子
李政道 丁肇中
杨振宁
华人的 贡献
朱棣文
粒子
粒子
作为物质的质量之源，希格斯玻 色子连接着粒子获得质量的领域．没 有希格斯玻色子，宇宙和人类就不会 存在．长期以来，希格斯玻色子难觅 踪影，无数全球顶级科学家苦苦捕捉 着这一“上帝粒子”的存在证据．
宇宙
π介子就是汤川秀树在1935年 提出的介子（.质子和质子间，质 子和中子间，中子和中子间，都 有一种由于交换介子而交互吸引 的作用力.）从汤川秀树的核力理 论提出,到π介子的发现,标志着人 类对物质的认识向前跨进了一步, 开辟了一个新的领域,即从认识原 子核深入到认识基本粒子的领域
汤川秀树
粒子
宇宙
大爆炸 Big Bang
137亿年

高中物理新课标版人教版选修3-5精品课件：19.8《粒子和宇宙》

高中物理新课标版人教版选修3-5精品课件：19.8《粒子和宇宙》

底 数
顶 数
d 下夸克
0.00 8
-1/3
u 上夸克
0.00 4
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 1/3
-1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 b 底夸克 4.7 -1/3
00
0 +1/3 +1 0 0 0 +1/3 0 +1 0
整数 0或1等
不服从
玻色— 爱因斯 坦统计分布
2. 共振态粒子— 寿命极短 （约10-23s）
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(＋ —— 参与)
万有引力 电磁力 弱相互作用 强相互作用
引力子
＋
光子
＋
＋
轻子
＋
t 顶夸克 174 2/3
0 +1/3 0 0 +1
d
1/3
1/2
1/3
1/2
3.π+ 介子 电荷 Q 2 e 1 e e
33
(ud) 重子数 B 1 1 0
33
0
奇异数 S 0 自旋 J 1/ 2
同位旋分量 Iz 1
四种基本相互作用
1. 四种基本相互作用的性质
类别 相对强度 力程(m) 作用时间(s) 参与离子
强作用
1
< 10-15
10-23
强子
电磁作用 ~10-2
长程
10-20 ~ 10- 强子 轻子 光

人教版选修3-5 第十九章 第8节 粒子和宇宙(共30张PPT)


• 引力子 由于自旋为2，无法量子化，尚未囊括进标准模型、 静止质量和电荷为零，以光速运动。 • 光子 自旋为1，是玻色子
强子分类
分类 介子 核子 重子 粒子名称 、 、 K介子等 自旋 整数 玻色子
质子、中子及其反粒 子 ΩΣΛΞ超子及反粒子
超子
1/2 (Ω超子 3/2)
费密子
轻子（共12种）
恒星的演化
• 恒星演化就是一颗恒星诞 生，成长成熟到衰老死亡 的过程，恒星演化是十分 缓慢的过程。天文学家根 据对各种各样的恒星的观 测和理论研究，弄清楚了 恒星的一生是怎样从孕育 到诞生，再从成长到成熟 ，最后到衰老、死亡的整 个过程。恒星演化论，是 天文学中，关于恒星在其 生命期内演化的理论。
所谓“上帝粒子”
建造LHC一个最为重要的目 的是为了验证英国物理学家彼 得希格斯关于一种规范玻色子 的理论，由于在此机制下，这 种粒子将赋予万质量，所以 人们称其为“上帝粒子”。
新粒子的发现！
2012年7月4日，位于瑞士日 内瓦的欧洲核子中心在发布会上 向全球宣布，在双光子道和轻子 道分别以6个西格玛的标准差探测 到了希格斯玻色子（Higgs） 人们发现并证实了标准模型 预言中最后一种粒子，这是现代 物理学的一大步！
反粒子：所有的粒子，都有与其质量、寿命、 自旋、同位旋相同，但电荷、重子数、轻子数、 奇异数等量子数异号的粒子存在，称为该种粒 子的反粒子。除了某些中性玻色子外，粒子与 反粒子是两种不同的粒子。 一切粒子均有其相应的反粒子，如电子e-的 反粒子是正电子e+，质子p的反粒子是反质子， 中子n的反粒子是反中子，一些中性玻色子如 光子、π0介子等，其反粒子就是它们自己。
• 大爆炸后0.01秒：约1000亿度，光 子、电子、中微子为主，质子中子 仅占10亿分之一，热平衡态，体系 急剧膨胀，温度和密度不断下降。 • 大爆炸后0.1秒后：约300亿度，中 子质子比从1.0下降到0.61。 • 大爆炸后1秒后：约100亿度，中微 子向外逃逸，正负电子湮没反应出 现，核力尚不足束缚中子和质子。 • 大爆炸后10秒后：约30亿度，核时 期，氢、氦类稳定原子核（化学元 素）形成。当宇宙冷却到10^9开尔 文以下（约100秒后），粒子转变不 可能发生了。核合成计算指出，重 子密度仅占拓扑平宇宙所需物质的 2%~5%，强烈暗示了其他物质能量 的形式（非重子暗物质和暗能量） 充满了宇宙

人教版高中物理选修3-5课件 19 粒子和宇宙课件


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人民教育出版社 高二 |选修3-5
一、“基本粒子”不基本
•
正电子 子
• μ
•
K介子、 介子
基本粒子
……
0 1
1 1
•
• • •
电子——
质子—— 中子—— 光子——
e
新粒子
H
1 0

n
“基本粒子”不基本
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介子
质量介于质子、电子之间 宇宙射线中 介子、K介子
的宇宙射线，于是发现了更多的粒子。
• 现在已经发现的粒子达400多种。
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二、粒子的分类
——按照粒子与各种相互作用的不同关系
强子
是参与强相互作用的粒子。质子是最早发现的强子。强子 又分为介子和重子
轻子
是不参与强相互作用的粒子。电子是最早发现的轻子。现 在还没发现轻子的内部结构
粒 子 物 理 和 宇 宙 学 殊 途 同 归
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未来已经来临 只是还未惠及所有人
的，科学家们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“禁闭”
能否解放被禁闭的夸克，是21世纪物理 学面临的重大课题之一
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研究微观世界的粒子物 理、量子理论，与研究 宇宙的理论相互沟通、 相互支撑。
正如诺贝尔物理学 奖获得者格拉肖所说： “隐藏在原子内心的， 是宇宙结构的秘密。”
10-23
强子
10-20 ~ 10-16 强子 轻子 光子 ~ 10-8 强子 轻子 一切物质
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2 1
H
21H
3 2
He
01n
2 1
H
31H42
He
1 0
n
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1
H
31H42
He
01n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氦氚核核的的质质量量：：mmαT＝＝34..001062065003uu 中子的质量：mn=1.008665u
m mD mT (m mn ) 0.018884u
在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿 色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的 动物全部死亡．
“原子弹之父” 奥本海默在核爆观测站里感到十 分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩， 有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争 辉．我是死神，我是世界的毁灭者．”
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优 越性。
见教材P89
现在的技术还不能控制热核反应。
问题有： １、热核反应的的点火温度很高； ２、如何约束聚变所需的燃料； ３、反应装置中的气体密度要很低
磁场约束
惯性约束
课堂互动讲练
核反应类型的分类
例1 (2010 年高考广东理综卷)关于核衰变和核反
应的类型，下列表述正确的有( AC)
19.6 重核的裂变
核反应
在核物理学中，
原子核在其他粒子
的轰击下产生新原
子核的过程，称为
核反应．
原
子
核
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的 增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核 子的平均质量与原子序数有如图的关系：
核子的平均质量是： 原子核的质量 核子数
核子平均质量
D E
F
A
CB
• 原子是由位于中心的_原__子__核__和核外高速旋 转的_电__子___构成的。
• （电子带_负__电，原子核带__正_电） • 原子核是由_质__子__和__中__子_构成的。 • （质子带_正__电，中子___不__带__电） • 质子和中子都是由_夸__克__组成的。
一、“基本粒子”不基本
1995美国费米国家加速器实验室证实 了顶夸克(Top Quark)的存在
A.23592U＋10n→9358Sr＋13854Xe＋3X B.21H＋31H→X＋10n C.3105P→3104Si＋X D.2142Mg＋X→2173Al＋11H
19.8 粒子和宇宙
比比谁小
• 分子由__原__子__构成，不同原子构成__化__合__物_分 子，相同原子构成____单__质_分子。
爆炸
铀235 外壳
原
子 Ｕ235 裂变
弹
氘、氚、重 氢化钾等
氘、氚 聚变
引爆装置
2 1
H
3 1
H
4 2
He
1 0
n
氢弹爆炸形成的磨姑云
二、可控热核反应——核聚变的利用
可控热核反应将为人类提供巨大的能源, 和平利用聚变产生的核量是非常吸引人 的重大课题，我国的可控核聚变装置 “中国环流器1号”已取得不少研究成果.
235 92
U+
1 0
n
→
141 56
Ba
+
92 36
Kr
+ 310 n
裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂 变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：
Δm 0.3578 10 27 kg
释放出的能量为
ΔE Δmc2 201MeV
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t优 质煤完全燃烧时释放的能量．
O 核子的平均Fe质量与原子序数之间的关系
Z
一、裂变
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核 能的反应叫做裂变．把轻核结合成质量较大的核， 释放出核能的反映叫做聚变．
〓
聚变
〓
裂变
铀核的裂变 1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手
斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生 了裂变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典 型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子， 其核反应方程是：
E mc2 0.01884931.5MeV
E 17.59MeV
2、发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
实现的方法有:
1）、用加速器加速原子核； 不经济 ２）、把原子核加热到很高的温度；
108～109K
聚变反应又叫热核反应
3、核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
普通炸药
A.29328U→29304Th＋42He B.174N＋42He→187O＋11H C.12H＋31H→24He＋01n
是 α 衰变 是 β 衰变 是轻核聚变
D.8324Se→8326应方程中，X 表示42
He，且属于聚变反应的是( B )
比利时 57.7%
保加利亚 47.1% 斯洛伐克 47%
世界核能发电占全部电量1/4
瑞典 46.8%
乌克兰 43.8%
韩国 42.8%
匈牙利 38.3%
亚美尼亚 36.4%
核电站－－－－秦山核电站 核电站－－－－大亚湾核电站
核燃料————铀235
19.7 核聚变 19.8 粒子和宇宙
研究表明：原子核的质量 核子平均质量 虽然随着原子序数的增大而增
二、核电站
解决能源危机根本途径——核能 可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。 核聚变资源可使用几亿年。
二、核电站
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒
减速剂 链式反应的应用—— 核电站慢中子反应堆
核能----解决能源危机的根本途径
核发电量占总发电比例最多的10个国家是：
法国 75%
立陶宛 73.1%
链式反应
用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中 子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应．
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一 代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．
使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫 做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。
原子弹
原子弹
“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨， 试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压， 致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上 形成一个巨大的弹坑．
大，但是二者之间并不成正比 关系，其核子的平均质量与原 子序数有如图的关系：
D E
F
CB
O
Fe
A Z
核子的平均质量与原子序数之间的关系
一、核聚变
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释 放核能的反应叫做裂变．把轻核结合成质量 较大的核，释放出核能的反映叫做聚变．
〓
聚变
〓
裂变
1 、 轻核的聚变
某些轻核能够结合在一起，生成一个较 大的原子核，这种核反应叫做聚变。