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高中物理 第5章 波與粒子 第4節(jié)基本粒子與恒星演化知識(shí)導(dǎo)航素材 魯科版選修3-5

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1、第4節(jié) “基本粒子”與恒星演化 思維激活 基本粒子為什么不基本? 提示:19世紀(jì)末,人們都認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的最小微粒.后來(lái)發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子和中子以及光子,于是很多人認(rèn)為這就是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子,并把它們叫做基本粒子,直到后來(lái)人們又發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子等等本身也是復(fù)合粒子,也有自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu).從20世紀(jì)后半期起,就將“基本二字去掉”,統(tǒng)稱為粒子. 自主整理 1.發(fā)現(xiàn)新粒子 1932年發(fā)現(xiàn)了__________,1937年發(fā)現(xiàn)了__________,1947年發(fā)現(xiàn)了__________,后來(lái)還發(fā)現(xiàn)了一些粒子,質(zhì)量比質(zhì)子的質(zhì)量大,叫做__________. 2.粒子的分

2、類 (1)強(qiáng)子:參與強(qiáng)相互作用的粒子,它又分為_(kāi)_________兩類,最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子是__________. (2)輕子:是不參與強(qiáng)相互作用的粒子.最早發(fā)現(xiàn)的輕子是__________,后來(lái)發(fā)現(xiàn)的有__________、__________、__________. (3)媒介子:傳遞各種相互作用的粒子,如__________、__________、__________. 3.夸克模型 認(rèn)為強(qiáng)子是由更基本的成分組成,這種成分叫做__________.夸克有6種,它們是__________、__________、__________、__________、__________、____

3、______.每種夸克都有自己的__________. 夸克模型指出電子電荷不再是電荷的最小單元,即存在分?jǐn)?shù)電荷.但目前仍未發(fā)現(xiàn)自由態(tài)的夸克,這就是夸克的“禁閉”. 4.恒星的演化 密度很低的星際物質(zhì)逐漸形成星云,大塊的星云由于引力作用而__________逐漸凝聚成原恒星. 原恒星繼續(xù)__________,溫度不斷__________,發(fā)生熱核反應(yīng),當(dāng)熱核反應(yīng)產(chǎn)生的斥力和引力作用達(dá)到平衡時(shí),恒星不再收縮,進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定階段. 當(dāng)核能源供應(yīng)不足時(shí),恒星的穩(wěn)定狀態(tài)遭到破壞,引力作用又開(kāi)始大于斥力,星體又開(kāi)始收縮,溫度升高,發(fā)光能力增強(qiáng),光度增加,外部膨脹,表面積增大,但表面溫度并不高,看

4、上去呈紅色,這時(shí)恒星便演化為紅巨星. 當(dāng)恒星核能耗盡時(shí),就進(jìn)入末期.恒星的末期形態(tài)主要有三種:__________,__________或__________. 高手筆記 宏觀世界和微觀世界之間存在著巨大的差異.從空間范圍來(lái)講,宏觀世界已擴(kuò)展到現(xiàn)代天文學(xué)觀測(cè)所能探及的約1027 m之遠(yuǎn)的宇宙深處;微觀世界則已深入到約10-19 m之微的夸克和輕子.從時(shí)間范圍來(lái)講,宏觀世界的“壽命”不少于150億年;微觀世界中的粒子壽命有的長(zhǎng)達(dá)10億年,而有的卻短到僅10-23s.這兩個(gè)在空間上和時(shí)間上有“天壤之別”的世界之間,卻存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系. 要真正理解我們的宇宙,就必須從研究極微小的粒子開(kāi)始

5、,看看那里都發(fā)生了些什么情況,然后再來(lái)遙望整個(gè)宇宙,因?yàn)楹暧^世界的許多基本問(wèn)題往往可在對(duì)微觀世界的研究中得到解決.其實(shí),任何關(guān)于其中一個(gè)世界的新知識(shí),都可以促進(jìn)人們對(duì)另一個(gè)世界的了解. 名師解惑 認(rèn)識(shí)強(qiáng)子、輕子和媒介子 剖析:強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子,質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子.強(qiáng)子又分為介子和重子兩類. 輕子是不參與強(qiáng)相互作用的粒子,最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子.現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu). 媒介子是傳遞各種相互作用的粒子,如光子、中間玻色子、膠子.光子傳遞電磁相互作用,中間玻色子傳遞弱相互作用,膠子傳遞強(qiáng)相互作用. 講練互動(dòng) 【例題】 下列說(shuō)法中正確的是( ) A.夸克模型

6、說(shuō)明電子電荷量是最小的電荷單元 B.目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了自由態(tài)的夸克 C.目前發(fā)現(xiàn)的夸克有6種 D.每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克 解析:夸克模型指出目前發(fā)現(xiàn)了6種夸克,每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克,所以C、D正確.夸克所帶電荷量小于電子電荷量,但還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)自由態(tài)的夸克,這就是夸克的禁閉,所以A、B錯(cuò). 答案:CD 綠色通道 許多實(shí)驗(yàn)表明,強(qiáng)子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的,夸克模型是1946年提出的,歷經(jīng)幾十年的發(fā)展,已經(jīng)被多數(shù)物理學(xué)家接受. 變式訓(xùn)練 已知π+介子、π-介子都是由一個(gè)夸克(夸克u或夸克d)和一個(gè)反夸克(反夸克u或反夸克d)組成的,它們帶的電荷量如下表所示,表中e為元電荷. π+

7、π- u d u d 帶電荷量 +e -e +e -e -e +e 下列說(shuō)法正確的是( ) A.π+由u和組成 B.π+由d和組成 C.π-由u和組成 D.π-由d和組成 解析:由題意知,π+介子帶一個(gè)單位的元電荷,呈正電性,又必須是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成,則從表格中的數(shù)據(jù)可推斷,π+介子應(yīng)由夸克u和反夸克d組成;同理可推得π-介子應(yīng)由夸克d和反夸克u組成. 答案:AD 體驗(yàn)探究 【問(wèn)題】人們是怎樣把基本粒子和宇宙聯(lián)系在一起的? 導(dǎo)思:宇宙間存在著四種相互作用,即引力相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用,而宇宙又是由物質(zhì)構(gòu)成,且四種相互作用力也應(yīng)有統(tǒng)一的理論來(lái)表示,不同的力只不過(guò)是一個(gè)普遍力的不同表現(xiàn)形式.人們已經(jīng)驗(yàn)證電磁力和弱力的統(tǒng)一. 探究:在宇宙形成初期,宇宙發(fā)生了巨大變化.也就是在這一時(shí)期宇宙的演化與微小的基本粒子聯(lián)系在一起了.從宇宙處于夸克和反夸克主導(dǎo)的弱電期到強(qiáng)子與輕子期再到核聚變期……宇宙學(xué)的一些觀測(cè)數(shù)據(jù)及研究成果為高能物理學(xué)提供了依據(jù),而天文學(xué)又希望通過(guò)高能物理學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)來(lái)了解宇宙形成的證據(jù).這樣,基本粒子和宇宙就聯(lián)系在一起了.

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