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高中物理选择性必修第三册 第五章 原子核
热力学定律
5.5 基本粒子 ;核反应相关问题的归纳总结
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？
高中物理选择性必修第三册 第五章 原子核
热力学定律
1、发现新粒子：直到19世纪末，人们发现了电子、质子和中子，并且知道了原子核和电子组成了原子，质子和中子组成了原子核。随着科学的进一步发展，科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子.
一 发现新粒子
从20 世纪30 年代以来，人们在对宇宙线的研究中陆续发现了一些新的粒子。1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子。后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大很多，叫作超子。
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。
一 发现新粒子
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
一 发现新粒子
一 发现新粒子
2、反粒子的发现：
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，这些粒子叫作反粒子。
例如，电子的反粒子是正电子，它的电荷量与电子相同，但带的是正电荷。质子的反粒子是反质子，它的电荷量与质子相同，但带的是负电荷。
威尔逊云室里正电子“轨迹”
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。
二 粒子的分类
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。
1、 强子：参与强相互作用的粒子。质子和中子都是强子。
2、轻子 ：不参与强相互作用的粒子。轻子是由电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子组成。
3、规范玻色子 ：传递各种相互作用的粒子。如光子、中间玻色子（W和Z玻色子）、胶子。
光子
中间玻色子（W和Z玻色子）
胶子
传递弱相互作用
传递电磁相互作用
传递强相互作用
4、希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。
1.四种核反应
(1)衰变：放射性元素的原子核自发放出某种粒子后变成新的原子核的变化.
(2)原子核的人工转变：用人工的方法，使原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.
三 四种核反应
质子的发现（卢瑟福）
中子的发现（查德威克）
放射性同位素和正电子的发现（约里奥·居里夫妇）
(3)裂变：一个重核分裂成两个中等质量的核，这样的核反应叫作裂变.
(4)聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作聚变.
2.解题时的注意事项
(2)在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒.
三 四种核反应
1、动量守恒定律和能量守恒定律作为力学的两大规律，不仅适用于宏观物体的相互作用，也适用于微观粒子的相互作用.原子核的衰变、人工转变、聚变反应中同样遵循动量守恒和能量守恒。
四 动量守恒定律和能量守恒定律在核反应中的应用
2、计算核能的常用方法
1.根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能.
2.根据1 u相当于931.5 MeV能量来计算.
3.在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能全部转化为生成的新核和新粒子的动能.
1、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
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.
课堂练习
2、(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。
课堂练习
3、下面列出的是一些核反应方程，针对核反应方程下列说法正确的是( )
A.核反应方程①是重核裂变，X是α粒子
B.核反应方程②是重核裂变，M是中子
C.核反应方程③是太阳内部发生的核聚变，K是电子
D.核反应方程④是人工核转变方程，Y是中子
课堂练习
B
4、原子核的核反应类型通常分为四种，反应过程中都遵守质量数、电荷数守恒规律.以下核反应方程式，书写正确且属于人工转变的是( )
课堂练习
C
5、1930年英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿建造了世界上第一台粒子加速器，他们获得了高速运动的质子，用来轰击静止的锂原子核( )，形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核.
(1)写出核反应方程式；
(2)已知质子的质量为m，初速度为v0，反应后产生的一个原子核速度大小为1.5v0，方向与质子运动方向相同，求反应过程中释放的核能.(设反应过程释放的核能全部转变为动能)
核反应过程，动量守恒：mv0＝4m·1.5v0＋4mv
根据能量守恒定律
课堂练习
6、在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，静止的原子核
发生衰变，放出的粒子与反冲核Y都做匀速圆周运动，两个圆的半径之比为27∶2，如图所示.
(1)写出衰变方程；
课堂练习

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