高中物理第十九章原子核第8节粒子和宇宙学案新人教版选修3_5

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1、8　粒子和宇宙1．初步了解粒子物理学的基础知识。2．初步了解恒星的演化。大爆炸理论给出了宇宙的起源，物理学的完整、和谐之美又得到了充分的体现，对于这一点你是怎么理解的？提示：人们从不认识大自然到逐步了解大自然，经历了一个漫长的历史阶段。从研究低速宏观物体，到研究物质的微观结构，也就是物理学向微观和宇宙两个领域的研究在今天又得到了初步的统一。研究宇宙到了微观粒子、研究物质结构到了微观粒子，两个领域走到了一起，这就是物理学的完整与和谐美。1．“基本粒子”不基本在19世纪末，人们认为光子、______、______和____是组成物质的不可再分的最基本的粒子。20世纪后半期，科学家发现质子、

2、中子也有着自己的复杂结构，于是基本粒子不再“基本”。2．发现新粒子(1)新粒子：1932年发现正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子；以后又发现了质量比质子大的粒子叫做______。(2)反粒子：实验中发现，对应着许多粒子都存在着质量、寿命、自旋等物理性质与它相同而电荷等其他性质______的粒子，叫做反粒子。(3)粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的不同关系，可以将粒子分为三大类：______、____和________。3．夸克模型(1)什么是夸克：强子有着自己复杂的结构，它们由更为基本的成分组成，科学家认为这种成分叫夸克。(2)分类：______、______、

3、奇异夸克、粲夸克、______、______共有6种，它们所带的电荷量分别为元电荷的____________。每种夸克都有对应的反夸克。(3)意义：夸克理论的最大突破是，________不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。(4)夸克禁闭：夸克不能以______的状态单个出现，这种性质称为夸克禁闭。4．宇宙的演化宇宙起源于一次大爆炸，这种理论被称为宇宙______理论。5．恒星的演化恒星的最后归宿是：质量小于太阳质量的1.4倍的恒星会演变成________，即体积很小，质量不太小的恒星；质量大于______小于____太阳质量的恒星，会演变成________；更大质量的恒星，会演变成“

4、______”。答案：1．电子　质子　中子2．(1)超子　(2)相反　(3)强子　轻子　媒介子3．(2)上夸克　下夸克　底夸克　顶夸克　＋或－　(3)电子电荷　(4)自由4．大爆炸5．白矮星　1.4倍　2倍　中子星　黑洞一、粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子说明强子强相互作用质子、中子、介子、超子质子是最早发现的强子，强子有内部结构，由“夸克”粒子构成；强子又分为介子和重子两类轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子最早发现的轻子是电子，未发现有内部结构媒介子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子传递电磁相互作用；玻色子传递弱相互作用；胶子传递强

5、相互作用二、宇宙的演化时间温度粒子宇宙形成之初“粒子家族”大爆炸之后约10－44s1032K产生了夸克、轻子、胶子等粒子大爆炸之后约10－6s1013K夸克构成了质子和中子等强子，称为强子时代时间稍大于10－6s1011K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，称为轻子时代时间推移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等轻核及其他轻核生成，此时称为核合成的时代。目前宇宙中存在的大部分氦是那时形成的大爆炸1万年之后104K此时的宇宙由电子、质子和氦核的混合电离气体组成大爆炸10万年后3000K电子与质子复合成为中性的氢原子时间继续推移继续冷却质子

6、、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和星系类型一对粒子的理解【例题1】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的。u夸克带电荷量为e，d夸克的带电荷量为－e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是(　　)。A．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成解析：质子H带电荷量为2×e＋(－e)＝e中子n带电荷量为e＋2×(－e)＝0。答案

7、：B题后反思：明确各种粒子的各种信息，是解决这类问题的关键。类型二对宇宙演化的理解【例题2】关于宇宙的成因，目前比较容易被接受的是宇宙起源于________________。解析：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具代表性和多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，即认为宇宙起源于一次大爆炸。尽管“大爆炸”学说受到很多人的支持，但仍有很多不解之谜。答案：大爆炸题后反思：宇宙成因的说法很多，大爆炸理论是最具代表性的。1．关于人们发现的新粒子，下列说法正确