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(共24张PPT)
5. “基本”粒子
第五单元 原子核
1物理观念：
了解粒子的发现史。
2科学思维：
知道粒子的分类及特点。
3科学探究：
了解夸克模型。
4科学态度与责任：
具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。
核 心 素 养
一、问题引入
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？
道尔顿（原子）
汤姆逊（电子）
卢瑟福（质子）
查德威克（中子）
随着科学的进一步发展，科学家们认识到这些粒子并不“基本”。
1.“基本”粒子不基本：
知识点一、发现新粒子
一方面，科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子，它们并不能看作由质子、中子、电子组成的；
另一方面，科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。
所以，从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子。
不“基本”的理解
(2)部分新粒子的实验发现年代
(1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子．
(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构．
(3)探测工具
粒子加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具。
1.新粒子的发现
2.反粒子（反物质）
它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反
例如，电子和正电子，质子和反质子等
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
大型强子对撞机内部设备的一个局部
3.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400多种的粒子。
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
知识点二、粒子的分类
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。
根据相互作用的性质分类
知识点二、粒子的分类
总结粒子的分类
粒子的分类 概念 实例
强子 参与强相互作用的粒子 质子、中子
轻子 不参与强相互作用的粒子
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
希格斯玻色子 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
夸克
01.
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。
原子核结构
知识点三、夸克与粒子物理标准模型
发现新粒子
02.
下夸克d 上夸克u 奇夸克s
粲夸克c 底夸克b 顶夸克t
每种夸克都有对应的反夸克
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。科学家们直到今天还从未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。
知识点三、夸克与粒子物理标准模型
基本粒子的分类
03.
夸克
规范玻色子
轻子
希格斯玻色子
标准模型中最基本的粒子类型
知识点三、夸克与粒子物理标准模型
华人科学家在粒子领域的杰出贡献
04.
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
典例精析
典例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
√
典例2．
典例精析
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
√
典例3．
典例精析
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
(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
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
√
当堂练习
1. (多选)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
，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
√
√
当堂练习
2．以下说法正确的是（　　）
A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子
B．质子和中子都属于强子
C．强子、轻子都有内部结构
D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子
B
当堂练习
3．人类认识微观世界是逐步深入的，下列微观粒子按发现顺序从先到后正确的是（　　）
A．夸克、原子核、质子、原子 B．夸克、质子、原子核、原子
C．原子、原子核、质子、夸克 D．质子、原子核、原子、夸克
C
粒子的分类
发现新粒子
01
02
课堂小结

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