高中物理 19.8《粒子和宇宙》课件 新人教版选修3-5.ppt

第十九章 原子核 第8节 粒子和宇宙 1 了解构成物质的 基本粒子 及粒子物理的发展史 2 初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一 预读教材 了解知识 感知人类 科学家 探究宇宙奥秘的过程和方法 了解构成物质的粒子和宇宙演化过程 通过探究讨论学习 能够突破传统思维理解各种微观粒子模型 1 基本粒子 不基本直到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 后来发现了电子 和 又认为它们是组成物质的基本粒子 现在已发现粒子有400余种 有些也具有复杂的 2 发现新粒子 1 新粒子 20世纪30年代人们对 的研究发现一些新粒子 人们用高能加速器进行实验发现更多新粒子 1932年发现了 1937年发现 1947年发现 和 介子及以后的超子 反粒子等 质子 中子 内部结构 宇宙射线 正电子 子 K介子 媒介子 轻子 强相互作用 子 各种相互作用 夸克 底夸克 顶夸克 4 宇宙的演化研究微观世界的粒子物理 量子理论 与研究 的理论是相互沟通 相互支撑的 从大爆炸开始的不同时间里 对应的温度不同 组成宇宙的物质不相同 5 恒星的演化当温度降到 时 中性原子组成的宇宙尘埃在万有引力作用下 尘埃收缩凝集 引力势能转化为内能 温度升高 开始发光形成了恒星 当恒星核能耗尽时 进入末期 恒星的末期形态主要有 白矮星 中子星或 宇宙 3000K 黑洞 1 19世纪末 许多人认为光子 电子 质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子 2 从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子 它们不是由质子 中子 电子组成的 3 科学家进一步发现质子 中子 电子等本身也是复合粒子 且还有着复杂的结构 4 研究粒子的主要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 一 基本粒子 不基本 1 基本粒子 不基本 2 粒子的分类 1 按自旋分类 3 共振态粒子 寿命极短 约10 23s 正 反粒子物理量的绝对值都相同 但某些物理量 如电荷 磁矩等 的符号相反 引力子自旋应为2 静止质量和电荷为零 以光速运动 光子自旋为1 是玻色子 3 正粒子 反粒子 4 按相互作用分类 轻子 共12种 中微子系中性粒子 质量为零 只参与弱相互作用 说明 1 1 1 1 1 1000 强子分类 K介子和各种超子称为奇异粒子 试验中发现以下现象 协同产生 一个超子总是和一个或几个K介子同时产生 奇异粒子协同产生的过程极快 约为10 23s 表明是在强相互作用下进行的 而衰变过程很慢 寿命约为10 8 10 10s 表明是在弱相互作用下进行的 K介子等 质子 中子及其反粒子 超子及反粒子 整数 玻色子 费密子 1 夸克的提出许多实验事实表明 强子是有内部结构的 1964年提出的夸克模型 认为强子由更基本的成分组成 这种成分叫做夸克 2 夸克的分类夸克有6种 它们是上夸克 下夸克 奇异夸克 粲夸克 底夸克 顶夸克 每种夸克都有对应的反夸克 3 夸克模型的意义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 二 夸克模型 1 质子 uud 电荷 重子数 奇异数 自旋 同位旋 2 奇异粒子 uus 电荷 重子数 奇异数 自旋 3 介子 重子数 电荷 奇异数 自旋 同位旋分量 例1 K 介子衰变的方程为K 0 其中K 介子和 介子带负的基元电荷 0介子不带电 一个K 介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中 其轨迹为右下图中圆弧AP 衰变后产生的 介子的轨迹为圆弧PB 两轨迹在P点相切 它们的半径RK 与R 之比为2 1 0介子的轨迹未画出 由此可知 的动量大小与 0的动量大小之比为A 1 1B 1 2C 1 3D 1 6 答案 C 宇宙 从何而来 大爆炸理论 TheBigBangTheory 宇宙从一个 奇点 爆炸产生 大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生时间的零点 三 宇宙的演化 20世纪40年代 在大量天文学家观测的基础上 物理学家提出了宇宙演化的大爆炸假说 它的主要观点是 宇宙是由一个超高温 超高密度的 原始火球 发生大爆炸而开始的 然后经历了从热到冷的演化 在这个时期里 宇宙不断地膨胀 也称暴胀 宇宙物质从密到稀 当温度下降到几千摄氏度时 宇宙间主要是气态物质 后来气体逐渐凝聚成气云 并且进一步收缩形成各种各样的恒星体系 成为我们今天看到的宇宙天体 1 宇宙的演化 2 恒星的演化 密度很低的星际物质逐渐形成星云 大块的星云由于引力作用而收缩逐渐凝成原恒星 原恒星继续收缩 温度不断升高 发生热核反应 当热核反应产生的斥力和引力作用达到平衡时 恒星不再收缩 进入相对稳定阶段 当核能源供应不足时 恒星的稳定状态遭到破坏 引力作用又开始大于斥力 星体又开始收缩 温度升高 发光能力增强 光度增加 外部膨胀 表面积增大 但表面温度降低 看上去呈红色 这时恒星便演化为红巨星或新星 当恒星核能耗尽时 就进入末期 恒星的末期形态主要有三种 白矮星 中子星或黑洞