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第五章 原子核
5.5“基本”粒子
人教版（2019）高中物理选择性必修第二册
CONTENTS
01
发现新粒子
02
粒子的分类
03
典例分析
目录
图中显示的是质子对质子碰撞后粒子的轨迹。20世纪，人们通过对粒子碰撞和宇宙线的观测，发现了很多新粒子。这些新发现的粒子分为哪几类？彼此间有什么关系？
新课导入
直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒。
原子
电子
质子
中子
原子核
电子云
+
=
1.基本粒子
2.粒子
不同种类的新粒子
质子、中子有复杂结构
所以，从20世纪后半期起，就将"基本"二字去掉，统称为粒子。
发现各种微粒的科学家
道尔顿（原子）
汤姆逊（电子）
卢瑟福（质子）
查德威克（中子）
科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构
01
发现新粒子
原子核
1、部分新粒子的实验发现年代
1932年发现了正电子
后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大，叫做超子。
1947年发现了K介子和 介子
1937年发现了 子
⑴1931——1970年发现的新粒子
大型强子对撞机内部设备的一个局部
⑵对撞机
1932年发明的粒子加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。让这些高能粒子彼此对撞，就能产生更多的粒子，这种装置称为对撞机。
利用加速器和对撞机，人们发现了更多的粒子。
⑶1971——2001年发现的新粒子
现在已经发现的粒子达到400多种
年份 发现的粒子 年份 发现的粒子
1931—1940 正电子、u子 1971—1980 τ子、胶子、J/Ψ介子
1941—1950 K介子、π介子 1981—1990 W 和Z玻色子
1951—1960 反质子电子中微子 1991—2000 τ子中微子
1961—1970 u子中微子 2000年至今 希格斯玻色子
①研究宇宙线发现新的粒子
②利用加速器发现新的粒子
2、反粒子
粒子的质量、寿命、自旋等物理性质与过去发现的粒子相同，电荷等其他性质相反。
例如：
由反粒子构成的物质叫反物质
反粒子（反物质）最显著的特点是当它们与相应的正粒子（物质）相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子。
质子和反质子等
电子和正电子
威尔逊云室里正电子“轨迹”
物理实验研究中，发现了很多反粒子
02
粒子的分类
原子核
1、强子：参与强相互作用的粒子。
2、轻子：不参与强相互作用的粒子。
电子
电子中微子
μ子
μ子中微子
τ子和τ子中微子
⑵每种轻子都有对应的反粒子
轻子（6 种）
⑶τ子的质量比核子的质量还大
根据相互作用的性质分类
⑴没有发现轻子的内部结构
质子
中子
3、规范玻色子：传递各种相互作用的粒子。
光子
中间玻色子（W和Z玻色子）
胶子
传递弱相互作用
4、希格斯玻色子：希格斯场的量子激发。
传递电磁相互作用
传递强相互作用
希格斯玻色子别称上帝粒子，是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子。
2012年7月4日科学家宣布发现了一个新粒子，与希格斯玻色子特征有吻合之处。
这种玻色子是物质的质量之源，是电子核夸克等形成质量的基础，其他粒子在这种粒子形成的场中游弋并产生惯性，进而形成质量，构筑成大千世界。
现在已经发现的粒子达400多种。它们大体可被分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别。
特点 粒子
强子 参与强相互作用 质子和中子
轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、u子、u子中微子、τ子、τ子中微子
规范玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子
希格玻色子 希格斯场的量子激发
拓展学习
夸克与粒子物理标注模型
夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
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，这种成分叫作夸克。
下夸克d 上夸克u 奇夸克s
粲夸克c 底夸克b 顶夸克t
介子（夸克和反夸克组成）
质子
中子
重子（三个夸克组成）
每种夸克都有对应的反夸克
1、夸克模型
夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
夸克的“禁闭”：
夸克不能以自由的状态单个出现
在夸克模型的基础上，科学家们发展出了描述强相互作用的系统理论——量子色动力学。
以量子色动力学和电弱统一理论为核心，人们已经完成了一整套关于粒子的理论，称为粒子物理标准模型。
2、夸克模型的意义
3、粒子物理标准模型
标准模型和大量实验吻合得很好，取得了很大的成功。在标准模型中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。
华人科学家在粒子物理学领域的杰出贡献
赵忠尧(1902-1998)
第一个发现正电子的人，比安德逊早两年。
王淦昌(1907-1998)
探测中微子的理论，发现超子的反粒子，研究宇宙线中介子衰变
杨振宁（1922-）
提出基本粒子第一个复合模型，宇称不守恒理论，1955年获诺贝尔奖
李政道（1926-）
主要从事粒子物理和场论领域的研究，宇称不守恒理论，1955年获诺贝尔奖
吴健雄(1912-1997）
实验证明了在弱相互作用中的宇称不守恒
丁肇中(1936-)
发现J粒子，领导阿尔法磁谱仪项目，1976年获诺贝尔奖
科学漫步
03
典例分析
原子核
【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夸克所带的电荷量为 ,d夸克所带的电荷量为 ,e为元电荷,下列论断中可能正确的是(　　)
解析：
B
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
【例题2】关于粒子,下列说法正确的是(　　)
A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B.强子都是带电粒子
C.夸克模型是探究轻子结构的理论
D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
解析：
D
由于质子、中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本的粒子,不同夸克构成强子,有的强子带电,有的强子不带电,故A、B错误。夸克模型是研究强子结构的理论,不同夸克带电不同,分别为 ,说明电子电荷不再是电荷的最小单位,故C错误,D正确。
【例题3】太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子.若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向（ ）
A.一定与μ子同方向
B.一定与μ子反方向
C.一定与μ子在同一直线上
D.不一定与μ子在同一直线上
解析：
C
根据题中给出的信息，中微子在衰变过程中分裂为μ子和τ子，符合动量守恒定律，mv0＝mμvμ＋mτvτ，因此mτvτ＝mv0－mμvμ，当μ子与中微子速度方向相同时，则τ子运动方向与μ子运动方向只能是同向或反向，即在同一直线上，但由于不知道中微子和μ子的动量大小，因此具体方向无法判断，所以A、B、D错误，C项正确.
1、氦原子核由两个质子与两个中子组成，两个质子之间存在着万有引力、库仓力和核力，则这三种力从大到小的排列顺序是（ ）
A.核力、万有引力、库仑力
B.万有引力、库仑力、核力
C.库仑力、核力、万有引力
D.核力、库仑力、万有引力
D
小试牛刀
2、（多选）下列说法正确的是（ ）
A.原子是组成物质的不可再分的最小粒子
B.原子是最大的粒子
C.原子由原子核和核外电子构成，质子和中子构成了原子核
D.质子、中子本身也是复合粒子，它们也有着自己复杂的结构
CD
3、(多选)关于人们发现的新粒子,下列说法正确的是(　 　)
A.许多粒子都有自己的反粒子
B.电子属于轻子
C.质子属于强子
D.光子属于轻子
ABC
根据粒子的分类、粒子与反粒子的描述知A、B、C正确;光子属于规范玻色子,D错误。
小试牛刀
4、(多选)下列说法正确的是(　 　)
A.目前还未发现轻子的内部结构
B.自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律,对基本粒子不适用
C.反粒子与其对应的粒子相遇时,会发生湮灭现象
D.强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子
ACD
现代实验中还没有发现轻子的内部结构,故A正确;能量守恒定律等对基本粒子也适用,故B错误;反粒子与其相应的粒子带等量异种电荷,反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象,故C正确;质子是最早发现的强子,故D正确。
小试牛刀
5.关于粒子，下列说法中正确的是(　　)
A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子
B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用
C．强子、轻子、媒介子都由更基本的粒子夸克组成
D．许多粒子都存在反粒子
解析：质子、中子本身有复杂结构，A错误，τ子的质量比核子的质量大，但它属于轻子，不参与强相互作用，B错误；现代实验还没有发现轻子的内部结构，C错误。
小试牛刀
D

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