高中物理 第4章 从原子核到夸克 4.4 粒子物理与宇宙的起源学案 沪科版选修3-5-沪科版高二选修3-5物理学案VIP免费

4.4粒子物理与宇宙的起源学习目标重点难点1．知道粒子的分类及其作用。2．知道夸克模型。3．初步知道宇宙与恒星的演化。重点：粒子的分类与宇宙的演化。难点：夸克模型的理解。一、物质结构的更深层次1．对粒子的认识过程（1）基本粒子：19世纪末，人们认为电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子。原子核中放出电子的事实，使人们认识到“基本粒子”还有复杂结构。（2）新粒子：20世纪中叶，科学家通过高能加速器进行实验，发现了更多的新粒子，如μ子、K介子、π介子和Λ子。2．夸克模型（1）夸克：1964年，美国物理学家盖尔曼提出了组成强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。（2）分类：目前已经知道的夸克有六种：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。3．粒子的分类已经发现的粒子分三大类：参与强相互作用的强子、不参与强相互作用的轻子和传递相互作用的粒子。预习交流1夸克的带电荷量是怎样的？现在能否获得自由夸克？答案：夸克带电荷量为元电荷的分数，如上夸克带电荷为＋e，下夸克带电荷为－e。现在还不能获得自由的夸克。二、自然界两极的奇妙会合1．暴胀的宇宙宇宙是一个超高温、超高密度的“原始火球”发生大爆炸开始形成的。2．恒星的演化（1）形成：大块的星云由于引力作用收缩，逐渐凝成原恒星。（2）稳定期：原恒星内部的温度达到7×106K时，氢聚变成氦的热核反应产生的斥力与引力作用达到平衡时，恒星不再收缩，进入相对稳定期。目前发现的90%的恒星处于恒星一生中时间最长的稳定期。（3）衰老期：当氦核质量占到恒星质量的10%～15%时，核反应能量供应不足，恒星稳定状态遭到破坏，恒星变化为红巨星。（4）末期：恒星核能耗尽后进入末期，末期形态有三种：白矮星、中子星和黑洞。预习交流2自然界中存在哪四种相互作用？这四种相互作用能统一起来吗？答案：自然界中存在四种相互作用，它们分别是强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。目前科学家正试图把这四种相互作用统一起来。一、对粒子的认识新粒子各是哪年发现的？它们有什么特点？答案：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介子超子基本特点质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物比质子的质量小质量介于电子与质子之间其质量比质子大1理性质相反关于粒子，下列说法正确的是（）。A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B．质子、中子本身也是复合粒子，它们拥有复杂的结构C．质子是带电的强子D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位答案：BCD解析：质子和中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故A错、B对；不同的夸克组成强子，有的强子带电，有的强子不带电，质子是最早发现的强子，故C正确；夸克模型是研究强子的理论，不同夸克带电不同，分别为＋e和－e，这说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故D正确。粒子分类分类参与的相互作用发现的粒子备注强子参与强相互作用质子、中子、介子、超子强子有内部结构，由“夸克”粒子构成的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子中微子未发现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、玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用二、关于宇宙大爆炸的模型1932年勒梅特首次提出现代宇宙大爆炸理论，这个理论是目前多数科学家认可的宇宙起源，你通过读书能对这个理论做简单的阐述吗？答案：宇宙的演化可用下面的方框图表示出来：→→→→――→→――→在天体演变过程中，红巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星（电子被迫同原子核中的质子结合而形成中子），中子星具有极高的密度。（1）写出质子演变成中子的反应方程；（2）若已知某中子星的密度为1017kg/m3，该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期。答案：（1）H＋e→n（2）1.2×10－3s解析：（1）101110H+en。（2）如图所示，设中子星的卫星圆轨道半径为R，质量为m，由万有引力提供向心力，可得22224πGMmmRmRRT。又当R=r（中子星的半径）时，卫星运行周期最小，注意到34π3Mr，由此可得Tmin=1.2×10-3s...