5．“基本”粒子第五章

原子核整體感知·自我新知初探[學(xué)習(xí)任務(wù)]

任務(wù)1．初步了解粒子物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)及粒子的分類。任務(wù)2．感悟人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是不斷深入的，通過(guò)對(duì)這些微觀世界相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)形成相對(duì)完整、科學(xué)的物質(zhì)觀。[問(wèn)題初探]

問(wèn)題1．從宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了哪些粒子？問(wèn)題2．什么是反粒子？所有的粒子都存在反粒子嗎？問(wèn)題3．夸克模型的提出有什么物理意義？[思維導(dǎo)圖]探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成1．發(fā)現(xiàn)新粒子(1)直到19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為_(kāi)___是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒。(2)后來(lái)認(rèn)為_(kāi)___、電子、____和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子，把它們叫作“基本粒子”。從20世紀(jì)后半期起，將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子。知識(shí)點(diǎn)一發(fā)現(xiàn)新粒子粒子的分類原子光子質(zhì)子(3)1932年發(fā)現(xiàn)了______，1937年發(fā)現(xiàn)了___，1947年發(fā)現(xiàn)了______和______。以及之后的超子等。2．粒子的分類(1)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子達(dá)400多種。大體可被分為_(kāi)___、____、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類別。(2)強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子。質(zhì)子和中子都是強(qiáng)子。(3)輕子不參與強(qiáng)相互作用，最早發(fā)現(xiàn)的輕子是____。(4)1964年，美國(guó)科學(xué)家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子由更基本的成分組成，這種成分叫作____。正電子μ子K介子π介子強(qiáng)子輕子電子夸克如圖所示為粒子發(fā)展示意圖。問(wèn)題1．為什么現(xiàn)在將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子？問(wèn)題2．為什么說(shuō)夸克模型是物理學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重大突破？提示：1．隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子都不是由質(zhì)子、中子、電子組成的，又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。所以現(xiàn)在將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子。2．夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重大突破，它指出電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分?jǐn)?shù)電荷。粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用質(zhì)子、中子等強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成輕子不參與強(qiáng)相互作用電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注規(guī)范玻色子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子等光子傳遞電磁相互作用，中間玻色子傳遞弱相互作用，膠子傳遞強(qiáng)相互作用希格斯玻色子——希格斯玻色子是希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)，基本粒子因與希格斯場(chǎng)耦合而獲得質(zhì)量【典例1】

(對(duì)粒子的認(rèn)識(shí))某中微子觀測(cè)站揭示了中微子失蹤的原因，即觀測(cè)到的中微子數(shù)目比理論上的少是因?yàn)椴糠种形⒆釉谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)化為一個(gè)μ子和一個(gè)τ子。關(guān)于上述研究有以下說(shuō)法，正確的是(

)A．若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向一定相反B．若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向一定相同C．若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向一定相同D．若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向一定相反√C

[中微子轉(zhuǎn)化為一個(gè)μ子和一個(gè)τ子的過(guò)程中動(dòng)量守恒，設(shè)中微子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，有m中v中＝mμvμ＋mτvτ，若μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向一致，則m中v中－mμvμ＝mτvτ，由v中大于0，vμ大于0可知，vτ可能大于0，也可能小于0，即τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向可能相同，也可能相反，A、B錯(cuò)誤；若μ子和中微子運(yùn)動(dòng)方向相反，則m中v中－mμvμ＝mτvτ，由v中大于0，vμ小于0可知，vτ一定大于0，則τ子運(yùn)動(dòng)方向與中微子運(yùn)動(dòng)方向一定相同，C正確，D錯(cuò)誤。]

A

8.2×10-14遵循動(dòng)量守恒

知識(shí)點(diǎn)二夸克與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型夸克模型夸克(4)夸克的意義：電子電荷不再是電荷的____單元。(5)夸克的“禁閉”：夸克不能以____的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)，這種性質(zhì)稱為夸克的“禁閉”。最小自由

粒子π＋π－ud電荷量＋e－e問(wèn)題1．π＋應(yīng)由哪兩個(gè)組成？問(wèn)題2．π－又應(yīng)由哪兩個(gè)組成？

1．夸克模型提出的物理意義夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重大突破，它指出電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分?jǐn)?shù)電荷。而另一方面也說(shuō)明科學(xué)正是由于一個(gè)一個(gè)的突破才得到進(jìn)一步的發(fā)展。2．粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型在標(biāo)準(zhǔn)模型中，夸克、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子是組成物質(zhì)的幾類最基本的粒子，如圖所示。

√C．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成D．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成B

[題目中給出的信息是u夸克與d夸克帶的電荷量，故應(yīng)從質(zhì)子所帶電荷量為e，中子不帶電荷的角度考慮，經(jīng)過(guò)分析知B項(xiàng)正確。]應(yīng)用遷移·隨堂評(píng)估自測(cè)1．(多選)下列說(shuō)法正確的是(

)A．目前還未發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)B．自然界存在著的能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律及電荷守恒定律，對(duì)粒子不適用C．反粒子與其對(duì)應(yīng)的粒子相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生湮滅現(xiàn)象D．強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子√243題號(hào)1√√ACD

[現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)中還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，故A正確；能量守恒定律等對(duì)粒子也適用，故B錯(cuò)誤；反粒子與其相應(yīng)的粒子帶等量異種電荷，反粒子與其對(duì)應(yīng)的粒子相遇時(shí)會(huì)發(fā)生湮滅現(xiàn)象，故C正確；強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子，故D正確。]243題號(hào)12．20世紀(jì)30年代以來(lái)，人們?cè)趯?duì)宇宙射線的研究中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些新的粒子，K介子和π介子就是科學(xué)家在1947年發(fā)現(xiàn)的。K－介子的衰變方程為K－―→π0＋π－，其中K－介子和π－介子帶負(fù)電，電荷量等于元電荷的電荷量，π0介子不帶電。如圖所示，一個(gè)K－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其軌跡為圖中的圓弧虛線，K－介子衰變后，π0介子和π－介子的軌跡可能是(

)23題號(hào)14√A

BC

DA

[π0介子不帶電，在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，π－介子帶負(fù)電，在磁場(chǎng)中洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，再根據(jù)左手定則及動(dòng)量守恒判定知，選項(xiàng)A的軌跡可能正確。]23題號(hào)143．為了探究宇宙起源，科學(xué)家將利用阿爾法磁譜儀(AMS)在太空中尋找“反物質(zhì)”，所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的?！胺戳Ｗ印迸c其對(duì)應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電荷量，但電荷的符號(hào)相反，則反氫原子是(

)A．由1個(gè)帶正電荷的質(zhì)子和1個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成B．由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1