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DIWUZHANG
第五章
5　“基本”粒子
1.了解粒子的发现史。
2.知道粒子的分类及特点(重点)。
3.了解夸克模型。
学习目标
一、发现新粒子
二、粒子的分类
三、夸克与粒子物理标准模型
内容索引
发现新粒子
一
1.“基本”粒子
(1)人们认为光子、电子、 和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”。
(2)随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、 、电子组成，并发现 、中子等本身也有自己的复杂的结构。
质子
中子
质子
2.发现新粒子
(1)1932年发现了 ，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子等。
(2)实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作 。
正电子
反粒子
　为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪(AMS)在太空中寻找“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的。“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，则反氢原子是
A.由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成
B.由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C.由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D.由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
例1
√
反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成。故选B。
　人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现了一些新的粒子，K介子和π介子都是科学家在1947年发现的。K-介子的衰变方程为K-→π0+π-，其中K-介子和π-介子带负电，电荷量等于元电荷的电荷量，π0介子不带电。如图所示，一个K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为图中的圆弧虚线，K-介子衰变后，π0介子和π-介子的轨迹可能是
例2
√
π0介子不带电，在磁场中不偏转，π-介子带负电，在磁场中洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，再根据动量守恒定律判定知A正确。
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粒子的分类
二
1.强子：是 (填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子。 和
都是强子。
2.轻子： (填“参与”或“不参与”)强相互作用。 、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子。
3.规范玻色子：是 各种相互作用的粒子，如 、中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。
4.希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。
参与
质子
中子
不参与
电子
传递
光子
　 (多选)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，它们具有复杂的结构
C.质子是带电的强子
D.光子是希格斯玻色子
例3
√
√
质子和中子是由不同的夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故A错误，B正确；
不同的夸克组成的强子，有的带电，有的不带电，质子是带正电的强子，故C正确；
光子是规范玻色子，故D错误。
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夸克与粒子物理标准模型
三
1.夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作 。
2.夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。
3.意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
4.粒子物理标准模型是一整套关于 的理论。其中， 、 、
和 是组成物质的几类最基本的粒子。
夸克
粒子
夸克
轻子
规范玻色子
希格斯玻色子
　(多选)已知π+介子、π-介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷。
例4
粒子 π+ π- u d
带电荷量 +e -e + - - +
下列说法正确的是
A.π+由u和组成 B.π+由d和组成
C.π-由u和组成 D.π-由d和组成
√
√
因π+介子带有+e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，则夸克u带+e和反夸克带+e合成电荷量为+e，那么π+介子是由夸克u和反夸克组成的；同理，π-介子由夸克d和反夸克组成，所以A、D正确。
　(多选)(2023·武威市高二月考)质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克模型，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量分别为-或+e，电荷量e为元电荷。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法正确的是
A.上夸克的电荷量为+ B.下夸克的电荷量为-
C.上夸克的电荷量为- D.下夸克的电荷量为+
例5
√
√
根据质子带电荷量为+e和中子不带电，设上、下夸克的电荷量分别为q1、q2，则有2q1+q2=+e，q1+2q2=0，解得q1=+e，q2=-，故选A、B。
返回5　“基本”粒子
［学习目标］　1.了解粒子的发现史。2.知道粒子的分类及特点(重点)。3.了解夸克模型。
一、发现新粒子
1.“基本”粒子
(1)人们认为光子、电子、　　　　和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”。
(2)随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、　　　　、电子组成，并发现　　　　、中子等本身也有自己的复杂的结构。
2.发现新粒子
(1)1932年发现了　　　　，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子等。
(2)实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作　　　　。
例1　为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪(AMS)在太空中寻找“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的。“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，则反氢原子是(　　)
A.由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成
B.由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C.由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D.由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
例2　人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现了一些新的粒子，K介子和π介子都是科学家在1947年发现的。K-介子的衰变方程为K-→π0+π-，其中K-介子和π-介子带负电，电荷量等于元电荷的电荷量，π0介子不带电。如图所示，一个K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为图中的圆弧虚线，K-介子衰变后，π0介子和π-介子的轨迹可能是(　　)
二、粒子的分类
1.强子：是　　　　　　(填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子。　　　　　和　　　　　都是强子。
2.轻子：　　　　(填“参与”或“不参与”)强相互作用。　　　　、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子。
3.规范玻色子：是　　　　各种相互作用的粒子，如　　　　、中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。
4.希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。
例3　(多选)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，它们具有复杂的结构
C.质子是带电的强子
D.光子是希格斯玻色子
三、夸克与粒子物理标准模型
1.夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作　　　　。
2.夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。
3.意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
4.粒子物理标准模型是一整套关于　　　　的理论。其中，　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　　　和　　　　　　　　是组成物质的几类最基本的粒子。
例4　(多选)已知π+介子、π-介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷。
粒子 π+ π- u d
带电 荷量 +e -e + - - +
下列说法正确的是(　　)
A.π+由u和组成
B.π+由d和组成
C.π-由u和组成
D.π-由d和组成
例5　(多选)(2023·武威市高二月考)质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克模型，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量分别为-或+e，电荷量e为元电荷。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法正确的是(　　)
A.上夸克的电荷量为+
B.下夸克的电荷量为-
C.上夸克的电荷量为-
D.下夸克的电荷量为+
答案精析
一、
1.(1)质子　(2)中子　质子　
2.(1)正电子　(2)反粒子　
例1　B　［反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成。故选B。］
例2　A　［π0介子不带电，在磁场中不偏转，π-介子带负电，在磁场中洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，再根据动量守恒定律判定知A正确。］
二、
1.参与　质子　中子
2.不参与　电子
3.传递　光子
例3　BC　［质子和中子是由不同的夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故A错误，B正确；不同的夸克组成的强子，有的带电，有的不带电，质子是带正电的强子，故C正确；光子是规范玻色子，故D错误。］
三、
1.夸克
4.粒子　夸克　轻子　规范玻色子　希格斯玻色子
例4　AD　［因π+介子带有+e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，则夸克u带+e和反夸克带+e合成电荷量为+e，那么π+介子是由夸克u和反夸克组成的；同理，π-介子由夸克d和反夸克组成，所以A、D正确。］
例5　AB　［根据质子带电荷量为+e和中子不带电，设上、下夸克的电荷量分别为q1、q2，则有2q1+q2=+e，q1+2q2=0，解得q1=+e，q2=-，故选A、B。］

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