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第五章
课时5　“基本”粒子
原子核
核心 目标 1．初步了解粒子物理学的基础知识及粒子的分类．
2．感悟人类对物质结构的认识是不断深入的，通过对这些微观世界相关内容的学习形成相对完整、科学的物质观念．
必备知识 记忆理解
要点
1
发现新粒子
1．基本粒子不“基本”
(1) 直到19世纪末，人们都认为________、电子、________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____________组成的，并发现______________等本身也有复杂结构．
光子
质子
基本粒子
质子、中子
2．发现新粒子
说明：反粒子最显著的特点是当它们与相应的正粒子相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子．
发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪60年代后
新粒子 反粒子(如__________) μ子 K介子与π介子 超子
基本特点 质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反 比质子的质量小 质量介于电子与核子之间 其质量比质子大很多
正电子
要点
2
粒子的分类
400多种粒子，大体可被分为________、________、规范玻色子和希格斯玻色子几种类型．
粒子类型 强子 轻子 规范玻色子 希格斯玻色子
作用或概念 参与强相互作用的粒子 轻子不参与强相互作用 传递各种相互作用的粒子 是希格斯场的量子激发
列举 质子和中子 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及 τ子和τ子中微子，共6 种 光子、中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子
强子
轻子
粒子类型 强子 轻子 规范玻色子 希格斯玻色子
说明 ①每种轻子都有对应的反粒子． ②τ子的质量比核子的质量还大，但从相互作用的性质上讲它仍然属于轻子． ③现代实验还没有发现轻子的内部结构． ①光子传递电磁相互作用． ②中间玻色子传递弱相互作用． ③胶子传递强相互作用． 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量．希格斯玻色子是这几种基本粒子中最后一个被发现的．2012年，欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子．
要点
3
夸克模型
1．夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由________构成的．
2．夸克的种类：_____________、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)．
3．夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－或＋．例如，上夸克带的电荷量为＋e，下夸克带的电荷量为－e．
4．意义：____________不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．
夸克
上夸克(u)
电子电荷
1．易错辨析
(1) 质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子． (　　)
(2) 质子和反质子的电荷量相同，电性相反． (　　)
(3) 强子是参与强相互作用的粒子，轻子是不参与强相互作用的粒子.(　　)
×
√
√
2．(2024·广东惠州一中)正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电荷量大小相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质．1997年，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步．你推测反氢原子的结构是 (　　)
A．由一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子构成
B．由一个带负电荷的反质子和一个不带电荷的中子构成
C．由一个不带电荷的中子和一个带负电荷的电子构成
D．由一个带负电荷的反质子与一个带正电荷的正电子构成
解析：氢原子由质子和电子组成，它们的反粒子分别是带负电荷的反质子和一个带正电荷的正电子，故D正确．
D
把握考向 各个击破
“基本”粒子及其分类
考向
1
分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注
强子 参与强相互作用 ________、________ 强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又分为介子和重子两类
轻子 不参与强相互作用 ________、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未发现内部结构
质子
中子
电子
分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注
规范玻色子 传递各种相互作用 ________、中间玻色子、胶子 光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用
希格斯玻色子 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． 2012年，欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子
光子
　　　(2025·广州第二中学)(多选)关于人们发现的新粒子，下列说法中正确的是 (　　　)
A．许多粒子都有自己的反粒子
B．把粒子分为强子、轻子、媒介子，依据是粒子间各种相互作用的关系
C．质子属于强子
D．光子属于轻子
1
ABC
解析：许多粒子都有自己的反粒子，“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，故A正确；粒子分为三大类：媒介子、轻子和强子，依据其相互作用的关系，质子和中子属于强子，光子属于媒介子，τ子属于轻子，故B、C正确，D错误．
　　　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的过程中衰变成一个μ子和一个ξ子．若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子的速度方向一致，则ξ子的运动方向(　　)
A．一定与μ子的方向相同
B．一定与μ子的方向相反
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
2
解析：中微子转化为一个μ子和一个ξ子过程中动量守恒，已知μ子的运动方向与中微子原来的方向一致，由于不知中微子和μ子的动量大小，所以只能得出ξ子的运动方向与中微子方向在同一直线上，可能与中微子同向，也可能反向，C正确．
C
夸克模型
考向
2
夸克模型认为强子是由夸克组成的，它指明电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在____________．
分数电荷
　　　(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．根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇夸克、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．则下列说法中正确的是 (　　)
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＋
3
解析：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＝＋，q2＝－．故选AB．
AB
　　　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，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷．下列说法中正确的是 (　　)
A．π＋由u和组成 B．π＋由和d组成
C．π－由u和组成 D．π－由和d组成
4
解析：根据各种粒子的带电情况，π＋的带电荷量为＋e，故由u和组成；π－的带电荷量为－e，故由和d组成．故选D．
D
π＋ π－ u d
带电荷量 ＋e －e ＋e －e －e ＋e
随堂内化 即时巩固
1．下列说法中正确的是 (　　)
A．目前，人们认为粒子界由夸克、强子、轻子构成
B．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子
C．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子
D．夸克的带电荷量是电子电荷量的整数倍
解析：按照粒子与各种相互作用的不同关系，把粒子分为三大类，即强子、轻子和媒介子，A错误；强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子，B正确；质子和中子由不同的夸克组成，本身有复杂的结构，不是基本粒子，C错误；已知夸克有6种，它们的电荷分别为元电荷的＋或－，D错误．
B
2．(2025·宿州一中期末)可控核聚变被誉为“人造太阳”和“人类的终极能源”，目前我国在可控核聚变发电方面取得重大进展，其核反应方程为He ＋e＋2ν(ν是中微子)，该核反应 (　　)
A．没有质量亏损 B．遵循动量守恒定律
C．可以在常温下进行 D．生成物中的中微子带正电
解析：该核反应放出能量，根据爱因斯坦质能方程可知，反应后有质量亏损，A错误；核反应过程中系统不受外力作用，遵循动量守恒定律，B正确；核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，C错误；根据电荷数守恒可知，生成物中的中微子不带电，D错误．
B课时5　“基本”粒子
考向1　“基本”粒子及其分类
1. 下列说法中正确的是(　　)
A. 许多粒子都有自己的反粒子，反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象
B. 规范玻色子是几种基本粒子中最后一个被发现的
C. 希格斯玻色子是传递各种相互作用的粒子
D. 光子属于轻子
2. (多选)在粒子的分类中的规范玻色子包括有(　　)
A. 轻子 B. 光子
C. 胶子 D. 中微子
3. 1953年莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用在β衰变中产生的中微子与水中 的核反应，间接证实了几乎没有质量且不带电的中微子的存在.中微子与水中的发生核反应的方程式为：中微子→＋________，则方程式中空缺的粒子为(　　)
A. B.
C. D.
考向2　夸克模型
4. (多选)下列关于夸克模型的说法中，正确的是(　　)
A. 强子是由更基本的夸克组成的
B. 夸克的电荷量分别为元电荷的 ＋或 －
C. 每种夸克都有对应的反夸克
D. 夸克能以自由的状态单个出现
5. (多选)下列说法中正确的是(　　)
A. 夸克模型说明电子电荷量是最小的电荷单元
B. 目前已经发现了自由态的夸克
C. 目前发现的夸克有6种
D. 每种夸克都有对应的反夸克
6. K－介子衰变方程为K－→π－＋π0.其中K－介子和π－介子带负的基元电荷，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，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们半径与之比为2∶1(π0介子的轨迹未画出).由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为(　　)
A. 1∶1　 B. 1∶2
C. 1∶3　 D. 1∶6
7. (多选)下列说法中正确的是(　　)
A. 质量相同而电荷等值、电性相反的粒子是反粒子
B. 光子是传递电磁相互作用的，属于规范玻色子
C. 轻子是质量很轻的粒子
D. 强子是参与强相互作用的粒子
8. 阿尔法磁谱仪(简称AMS)，是人类送入太空的第一台磁谱仪，其核心部分是中国研制的一台用铷铁硼材料制成的大型永磁体.AMS将在太空中寻找反物质、暗物质等，来回答有关宇宙起源的重要问题.反物质是指由质量相同但电荷符号相反的反电子(即正电子)、反质子和反中子组成的反原子构成的物质.AMS原理是利用这些物质的粒子在磁场中运动时表现出的不同特点来探测的.如图所示，是三种等速粒子在永磁体形成的磁场内的运动轨迹，下面对这三种粒子判断可能正确的是(　　)
A. a粒子是反质子，b粒子是反电子
B. a粒子是反质子，c粒子是反电子
C. b粒子是反质子，c粒子是反电子
D. c粒子是反质子，b粒子是反电子
9. 质子和中子是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的.两个强作用电荷相反(类似于正负电荷)的夸克在距离很近时几乎没有相互作用(称为“渐近自由”)；在距离较远时，它们之间就会出现很强的引力(导致所谓“夸克禁闭”).作为一个简单的模型，设这样的两夸克之间的相互作用力F与它们之间的距离r的关系为：
F＝
式中F0为大于零的常量，负号表示引力.用E表示夸克间的势能，令E0＝F0(r2－r1)，取无限远为势能零点.下列E r图示中正确的是(　　)
A B
C D
10. 一个质子由两个u夸克和一个d夸克组成.一个夸克的质量是7.1×10－30 kg，则两个夸克相距1.0×10－16 m时的万有引力约为(引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2)(　　)
A. 3.4×10－9 N B. 1.7×10－35 N
C. 3.4×10－37 N D. 4.9×10－39 N
课时5　“基本”粒子
1. A　解析：许多粒子都有自己的反粒子，反粒子与其对应的粒子带等量异种电荷，相遇时会发生湮灭现象，A正确；规范玻色子是传递各种相互作用的粒子，如光子传递电磁相互作用，希格斯玻色子是希格斯场的量子激发，是几种基本粒子中最后一个被发现的，光子不属于轻子，B、C、D错误.
2. BC　解析：规范玻色子是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；轻子是指不参与强相互作用的费米子，轻子包括电子、μ子、τ粒子和与之相应的中微子.故轻子和中微子不属于规范玻色子.光子和胶子属于规范玻色子.故选B、C.
3. B　解析：根据质量数守恒、电荷数守恒，可知中微子的质量数为1＋0＝1，电荷数为1＋(－1)＝0，故为 ，B正确，A、C、D错误.
4. ABC　解析：夸克不能以自由的状态单个出现，D错误，A、B、C正确.
5. CD　解析：夸克模型指出目前发现了6种夸克，每种夸克都有对应的反夸克，所以C、D正确；夸克所带电荷量小于电子电荷量，但还没有发现自由态的夸克，这就是夸克的“禁闭”，所以A、B错误.
6. C　解析：由R＝(K－介子与π－介子电荷量相同)和半径与之比为2∶1可知K－介子的动量是π－介子的两倍.设K－介子的动量为2p，则π－介子的动量为－p，若π0介子的动量为p0，由动量守恒有2p＝－p＋p0，解得p0＝3p.则π－的动量大小与π0的动量大小之比为1∶3，C正确.
7. ABD　解析：反粒子与其对应的粒子具有相同的质量和电量，但它们电性相反，A正确；光子是传递电磁相互作用的媒介子，属于规范玻色子，B正确；轻子是不参与强相互作用的粒子，强子是参与强相互作用的粒子，C错误，D正确.
8. C　解析：首先由左手定则可知，向左偏转的粒子带正电，向右偏转的粒子带负电，根据R＝可知，等速的反质子比反电子的运动半径大；反质子带负电，反电子带正电，由此可得：b可能为反质子，c可能为反电子，C正确.
9. B　解析：从无限远处电势为零开始到r＝r2位置，由F的表达式可知，两夸克之间的相互作用力F＝0，则知势能恒定为零；在r＝r2到r＝r1过程中，恒定引力做正功，势能逐渐均匀减小，即势能为负值且越来越小，r10. C　解析：两夸克间的万有引力F＝G＝6.67×10－11×＝3.4×10－37 N，故C正确，A、B、D错误.课时5　“基本”粒子
核心 目标 1．初步了解粒子物理学的基础知识及粒子的分类．
2．感悟人类对物质结构的认识是不断深入的，通过对这些微观世界相关内容的学习形成相对完整、科学的物质观念．
要点梳理
要点1　发现新粒子
1．基本粒子不“基本”
(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．
2．发现新粒子
发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪60年代后
新粒子 反粒子(如__正电子__) μ子 K介子与π介子 超子
基本特点 质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反 比质子的质量小 质量介于电子与核子之间 其质量比质子大很多
说明：反粒子最显著的特点是当它们与相应的正粒子相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子．
要点2　粒子的分类
400多种粒子，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型．
粒子类型 强子 轻子 规范玻色子 希格斯玻色子
作用或概念 参与强相互作用的粒子 轻子不参与强相互作用 传递各种相互作用的粒子 是希格斯场的量子激发
列举 质子和中子 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及 τ子和τ子中微子，共6 种 光子、中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子
说明 ①每种轻子都有对应的反粒子． ②τ子的质量比核子的质量还大，但从相互作用的性质上讲它仍然属于轻子． ③现代实验还没有发现轻子的内部结构． ①光子传递电磁相互作用． ②中间玻色子传递弱相互作用． ③胶子传递强相互作用． 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量．希格斯玻色子是这几种基本粒子中最后一个被发现的．2012年，欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子．
要点3　夸克模型
1．夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由__夸克__构成的．
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．夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－或＋．例如，上夸克带的电荷量为＋e，下夸克带的电荷量为－e．
4．意义：__电子电荷__不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．
即学即用
1．易错辨析
(1) 质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子．(　×　)
(2) 质子和反质子的电荷量相同，电性相反．(　√　)
(3) 强子是参与强相互作用的粒子，轻子是不参与强相互作用的粒子．(　√　)
2．(2024·广东惠州一中)正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电荷量大小相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质．1997年，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步．你推测反氢原子的结构是(　D　)
A．由一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子构成
B．由一个带负电荷的反质子和一个不带电荷的中子构成
C．由一个不带电荷的中子和一个带负电荷的电子构成
D．由一个带负电荷的反质子与一个带正电荷的正电子构成
解析：氢原子由质子和电子组成，它们的反粒子分别是带负电荷的反质子和一个带正电荷的正电子，故D正确．
考向1　“基本”粒子及其分类
分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注
强子 参与强相互作用 __质子__、__中子__ 强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又分为介子和重子两类
轻子 不参与强相互作用 __电子__、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未发现内部结构
规范玻色子 传递各种相互作用 __光子__、中间玻色子、胶子 光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用
希格斯玻色子 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． 2012年，欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子
　(2025·广州第二中学)(多选)关于人们发现的新粒子，下列说法中正确的是(　ABC　)
A．许多粒子都有自己的反粒子
B．把粒子分为强子、轻子、媒介子，依据是粒子间各种相互作用的关系
C．质子属于强子
D．光子属于轻子
解析：许多粒子都有自己的反粒子，“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，故A正确；粒子分为三大类：媒介子、轻子和强子，依据其相互作用的关系，质子和中子属于强子，光子属于媒介子，τ子属于轻子，故B、C正确，D错误．
　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的过程中衰变成一个μ子和一个ξ子．若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子的速度方向一致，则ξ子的运动方向(　C　)
A．一定与μ子的方向相同
B．一定与μ子的方向相反
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：中微子转化为一个μ子和一个ξ子过程中动量守恒，已知μ子的运动方向与中微子原来的方向一致，由于不知中微子和μ子的动量大小，所以只能得出ξ子的运动方向与中微子方向在同一直线上，可能与中微子同向，也可能反向，C正确．
考向2　夸克模型
夸克模型认为强子是由夸克组成的，它指明电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在__分数电荷__．
　(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．根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇夸克、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．则下列说法中正确的是(　AB　)
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＋
解析：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＝＋，q2＝－．故选AB．
　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，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷．下列说法中正确的是(　D　)
π＋ π－ u d
带电荷量 ＋e －e ＋e －e －e ＋e
A．π＋由u和组成 B．π＋由和d组成
C．π－由u和组成 D．π－由和d组成
解析：根据各种粒子的带电情况，π＋的带电荷量为＋e，故由u和组成；π－的带电荷量为－e，故由和d组成．故选D．
1．下列说法中正确的是(　B　)
A．目前，人们认为粒子界由夸克、强子、轻子构成
B．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子
C．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子
D．夸克的带电荷量是电子电荷量的整数倍
解析：按照粒子与各种相互作用的不同关系，把粒子分为三大类，即强子、轻子和媒介子，A错误；强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子，B正确；质子和中子由不同的夸克组成，本身有复杂的结构，不是基本粒子，C错误；已知夸克有6种，它们的电荷分别为元电荷的＋或－，D错误．
2．(2025·宿州一中期末)可控核聚变被誉为“人造太阳”和“人类的终极能源”，目前我国在可控核聚变发电方面取得重大进展，其核反应方程为He+e＋2ν(ν是中微子)，该核反应(　B　)
A．没有质量亏损 B．遵循动量守恒定律
C．可以在常温下进行 D．生成物中的中微子带正电
解析：该核反应放出能量，根据爱因斯坦质能方程可知，反应后有质量亏损，A错误；核反应过程中系统不受外力作用，遵循动量守恒定律，B正确；核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，C错误；根据电荷数守恒可知，生成物中的中微子不带电，D错误．

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