導(dǎo)入新課

宇宙的起源一直是天文學(xué)中困難而又有啟發(fā)性的問題。宇宙學(xué)中大爆炸論的基本觀點(diǎn)使得宇宙正在膨脹，要了解宇宙更早期的情況，我們必須研究組成物質(zhì)的基本粒子。那么，宇宙到底是怎樣變化的？宇宙是有什么組成的呢？想一想宇宙宇宙星空第十九章原子核第一節(jié)原子核的組成教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能

了解構(gòu)成物質(zhì)的“基本粒子”及粒子物理的發(fā)展史。初步了解宇宙的演化過程及宇宙與粒子的和諧統(tǒng)一。2、過程與方法

感知人類（科學(xué)家）探究宇宙奧秘的過程和方法。能夠突破傳統(tǒng)思維重新認(rèn)識(shí)客觀物質(zhì)世界。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀

讓學(xué)生真正感受到自然的和諧統(tǒng)一并深知?jiǎng)?chuàng)建和諧社會(huì)的必要性。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)了解構(gòu)成物質(zhì)的粒子和宇宙演化過程難點(diǎn)各種微觀粒子模型的理解本節(jié)導(dǎo)航二、發(fā)現(xiàn)新粒子三、夸克模型四、宇宙的演化一、“基本粒子”不基本五、行星的演化一、“基本粒子”不基本1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，1911年盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)。繼而又發(fā)現(xiàn)了光子，并認(rèn)為“光子、電子、質(zhì)子、中子”是組成物質(zhì)的不可再分的粒子，所以把它們叫“基本粒子”。那么隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展“它們”還是不是真正意義上的“基本”粒子呢？1、基本粒子的組成分子由原子構(gòu)成，不同原子構(gòu)成化合物分子，相同原子構(gòu)成單質(zhì)分子。原子是由位于中心的原子核和核外高速旋轉(zhuǎn)的電子構(gòu)成的。（電子帶負(fù)電，原子核帶正電）原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的。（質(zhì)子帶正電，中子不帶電）二、發(fā)現(xiàn)新粒子

1、人們?cè)趯?duì)宇宙研究的同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一些新的粒子。

（1）1932年發(fā)現(xiàn)正電子；1937年發(fā)現(xiàn)μ子；

（2）1947年發(fā)現(xiàn)K介子與π介子。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了許多反粒子，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的粒子多達(dá)400多種。

（3）許多粒子都存在著質(zhì)量與它相同而電荷及其他一些物理性質(zhì)相反的粒子，叫做反粒子。

（4）按粒子與各種相互作用的關(guān)系，可分為三大類：強(qiáng)子、輕子和媒介子。強(qiáng)子輕子媒介子介子重子電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子光子，中間玻色子、膠子π介子K介子質(zhì)子、中子、超子2、按粒子與各種相互作用的關(guān)系粒子的分類是：湯姆遜—電子盧瑟?！|(zhì)子查德威克—中子蓋爾曼—夸克發(fā)現(xiàn)各種微粒的科學(xué)家道爾頓—原子三、夸克模型

試驗(yàn)證明強(qiáng)子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，1964年提出的夸克模型正明強(qiáng)子由更基本的粒成分組成，這種成分叫做夸克?？淇擞闪N模型：上夸克d、下夸克u

、奇異夸克s、粲夸克c，底夸克b、頂夸克t。

1995美國(guó)費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室證實(shí)了頂夸克(TopQuark)的存在夸克質(zhì)量電荷e自旋重子數(shù)同位旋同位旋分量奇異數(shù)超荷粲數(shù)底數(shù)頂數(shù)d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t頂夸克1742/30+1/300+1四、宇宙的演化

物理學(xué)中有一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象：研究微觀粒子物理、量子理論、與研究宇宙的理論竟然相互溝通，相互支持。正如諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)學(xué)者格拉肖所說：“隱藏在原子內(nèi)心的，是宇宙結(jié)構(gòu)的秘密?！?，那么宇宙到底從何而來(lái)呢？大爆炸理論(TheBigBangTheory)宇宙從一個(gè)“奇點(diǎn)”爆炸產(chǎn)生大爆炸是在無(wú)限的宇宙各處同時(shí)產(chǎn)生時(shí)間的零點(diǎn)宇宙大爆炸理論：早在1929年，埃德溫·哈勃作出了一個(gè)具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)，即不管你往哪個(gè)方向看，遠(yuǎn)處的星系正急速地遠(yuǎn)離我們而去。換言之，宇宙正在不斷膨脹。這意味著，在早先星體相互之間更加靠近。事實(shí)上，似乎在大約100億至200億年之前的某一時(shí)刻，它們剛好在同一地方，所以哈勃的發(fā)現(xiàn)暗示存在一個(gè)叫做大爆炸的時(shí)刻，當(dāng)時(shí)宇宙無(wú)限緊密。1950年前后，伽莫夫第一個(gè)建立了熱大爆炸的觀念。這個(gè)創(chuàng)生宇宙的大爆炸不是習(xí)見于地球上發(fā)生在一個(gè)確定的點(diǎn)，然后向四周的空氣傳播開去的那種爆炸，而是一種在各處同時(shí)發(fā)生，從一開時(shí)就充滿整個(gè)空間的那種爆炸，爆炸中每一個(gè)粒子都離開其它每一個(gè)粒子飛奔。事實(shí)上應(yīng)該理解為空間的急劇膨脹。"整個(gè)空間"可以指的是整個(gè)無(wú)限的宇宙，或者指的是一個(gè)就象球面一樣能彎曲地回到原來(lái)位置的有限宇宙。

根據(jù)大爆炸宇宙論，甚早期的宇宙是一大片由微觀粒子構(gòu)成的均勻氣體，溫度極高，密度極大，且以很大的速率膨脹著。這些氣體在熱平衡下有均勻的溫度。這統(tǒng)一的溫度是當(dāng)時(shí)宇宙狀態(tài)的重要標(biāo)志，因而稱宇宙溫度。氣體的絕熱膨脹將使溫度降低，使得原子核、原子乃至恒星系統(tǒng)得以相繼出現(xiàn)。

從1948年伽莫夫建立熱大爆炸的觀念以來(lái)，通過幾十年的努力，宇宙學(xué)家們?yōu)槲覀児串嫵鲞@樣一部宇宙歷史：大爆炸開始時(shí)150－200億年前，極小體積，極高密度，極高溫度。大爆炸后10-43秒宇宙從量子背景出現(xiàn)。大爆炸后10-35秒同一場(chǎng)分解為強(qiáng)力、電弱力和引力。

大爆炸后10-5秒10萬(wàn)億度，質(zhì)子和中子形成。大爆炸后0.01秒1000億度，光子、電子、中微子為主，質(zhì)子中子僅占10億分之一，熱平衡態(tài)，體系急劇膨脹，溫度和密度不斷下降。大爆炸后0.1秒后300億度，中子質(zhì)子比從1.0下降到0.61。大爆炸后1秒后100億度，中微子向外逃逸，正負(fù)電子湮沒反應(yīng)出現(xiàn)，核力尚不足束縛中子和質(zhì)子。

大爆炸后13.8秒后30億度，氘、氦類穩(wěn)定原子核（化學(xué)元素）形成。大爆炸后35分鐘后3億度，核過程停止，尚不能形成中性原子。大爆炸后30萬(wàn)年后3000度，化學(xué)結(jié)合作用使中性原子形成，宇宙主要成分為氣態(tài)物質(zhì)，并逐步在自引力作用下凝聚成密度較高的氣體云塊，直至恒星和恒星系統(tǒng)。五、恒星的演化1、恒星的誕生宇宙塵埃→星云團(tuán)→恒星誕生→氫核聚合成氦核→氫核聚合成碳核→其他聚變過程→無(wú)聚變反應(yīng)、形成白矮星或中子星或黑洞

2、恒星最后的歸宿：恒星質(zhì)量小于太陽(yáng)1.4倍→白矮星恒星質(zhì)量是太陽(yáng)1.4~2倍→中子性恒星質(zhì)量更大時(shí)(無(wú)法抵抗)→黑洞

粒子物理和宇宙學(xué)殊途同歸課堂小結(jié)粒子媒介子光子：傳遞電磁相互作用膠子：傳遞強(qiáng)相互作用輕子電子

電子中微子

μ子和μ子中微子

τ子和τ子中微子強(qiáng)子—參與相互作用質(zhì)子

中子

介子

超子夸克上夸克

下夸克

奇夸克

粲夸克

底夸克

頂夸克2、宇宙演化過程的方框圖：大爆炸→夸克、輕子、膠子等→強(qiáng)子時(shí)代→輕子時(shí)代→核合成時(shí)代→電子與質(zhì)子符合成氫原子→形成恒星和星系。

3、恒星演化過程的方框圖：宇宙塵埃→星云團(tuán)→恒星誕生→氫核聚合成氦核→氫核聚合成碳核→其他聚變過程→無(wú)聚變反應(yīng)、形成白矮星或中子星或黑洞。高考鏈接1．(2004天津)中子內(nèi)有一個(gè)電荷量為+2e/3的上夸克和兩個(gè)電荷量為的-1e/3下夸克，一簡(jiǎn)單模型是三個(gè)夸克都在半徑為r的同一圓周上，如圖所示。下面給出的四幅圖中，能正確表示出各夸克所受靜電作用力的是（）DABCD

2、（09年廣東物理）科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的32He（氦3），它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為關(guān)于32He聚變下列表述正確的是（）

A．聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量

B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核

C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損

D．目前核電站都采用32He聚變反應(yīng)發(fā)電B

解析：聚變反應(yīng)時(shí)將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的核，聚變過程會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出大量的能量。但目前核電站都采用采用鈾核的裂變反應(yīng)。因此B正確。課堂練習(xí)1、現(xiàn)在，科學(xué)家們正在設(shè)法尋找“反物質(zhì)”。所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對(duì)應(yīng)的正粒子具有相同質(zhì)量和相同電荷量，但電荷的符號(hào)相反．據(jù)此，若有反α粒子，它的質(zhì)量數(shù)為

，電荷數(shù)為

·4-22、1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用云6027Co放射源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．次年，李、楊二人為此獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)．6027Co的衰變方程是6027Co→AZNi+0-1e+ve其中ve是反中微子，它的電荷為零，靜止質(zhì)量可認(rèn)為是零。

（1）Co與Fe同周期，它應(yīng)在周期表的第__

周期，6027Co的核外電子數(shù)為

。在上述衰變方程中，衰變產(chǎn)物AZNi的質(zhì)量數(shù)A是

，核電荷數(shù)z是

；（2）在衰變前6027Co核靜止，根據(jù)云室照片中可以看出，衰變產(chǎn)物Ni和0-1e的運(yùn)動(dòng)軌跡不在一條直線上。如果認(rèn)為衰變產(chǎn)物只有Ni和0-1e，那么衰變過程將違背

守恒定律。4276028

動(dòng)量3、目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都由被稱為μ夸克和d夸克的兩類夸克組成，μ夸克帶電量為2e/3，d夸克帶電量為-e/3，e為元電荷，則下列論斷可能的是（）

A．質(zhì)子由1個(gè)μ夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)μ夸克和2個(gè)d夸克組成

B．質(zhì)子由2個(gè)μ夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)μ夸克和2個(gè)d夸克組成

C．質(zhì)子由1個(gè)μ夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)μ夸克和1個(gè)d夸克組成

D．質(zhì)子由2個(gè)μ夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)μ夸克和1個(gè)d夸克組成B4、K-介子衰變方程為：K-→π-+πo其中K-介子衰變方程為：K-→π-+πo其中K-介子和π-介子帶負(fù)的基元電荷，πo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，其軌跡為圓弧Ap，衰變后產(chǎn)生的π-介子的軌跡為圓弧pB,兩軌跡在p點(diǎn)相切，它們半徑Rk-與Rπ-之比為2：1（πo介子的軌跡未畫出）由此可知π-的動(dòng)量大小與πo的動(dòng)量大小之比為（）

A．1：1

B．1：2

C．1：3