【優(yōu)品】高中物理3-5-優(yōu)品 19.8 粒子和宇宙 課件

1、 8 粒 子 和 宇 宙1. 了解構(gòu)成物質(zhì)的“基本粒子”及粒子物理的發(fā)展史；2. 知道高能加速器是粒子物理學(xué)研究的工具。3. 知道反粒子與粒子的關(guān)系。知道夸克可以帶分?jǐn)?shù)電荷。4. 初步了解宇宙的演化過程及宇宙與粒子的和諧統(tǒng)一。學(xué)習(xí)目標(biāo) 預(yù)讀教材，了解知識，感知人類（科學(xué)家）探究宇宙奧秘的過程和方法；了解構(gòu)成物質(zhì)的粒子和宇宙演化過程。 通過探究討論學(xué)習(xí)，能夠突破傳統(tǒng)思維理解各種微觀粒子模型。設(shè)計思路關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探尋是否還有其他的微觀粒子？19世紀(jì)末，人們認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的最小微粒 道爾頓發(fā)現(xiàn)夸克蓋爾曼經(jīng)典散射實驗，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子盧瑟福發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的電子 湯姆遜查德威克發(fā)現(xiàn)中子新課導(dǎo)入一、“

2、基本粒子”不基本新課講授 人們逐漸意識到，這些我們認(rèn)為的“基本粒子”，實際并不基本。還有很多我們并不了解的粒子等待發(fā)現(xiàn)。 1.“基本粒子”不基本 19世紀(jì)末，許多人認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本粒子。 從20世紀(jì)起科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了400多種同種類的新粒子，它們不是由質(zhì)子、中子、電子組成的。 科學(xué)家進一步發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子、電子等本身也是復(fù)合粒子，且還有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。2. 發(fā)現(xiàn)新粒子 為了探尋這些新粒子，實驗物理學(xué)家想了各種辦法，圖中美麗的花樹實際是在人造云室的強磁場中，攜帶電荷的粒子受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)的蹤跡。這是比較原始的實驗方法經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，歐洲核子中心（CERN）建

3、造了迄今最為龐大的雙圈強子對撞機 LHC 大型強子對撞機是世界上最大、能量最高的粒子加速器，它的核心就是一系列探測中心以及先進的第三代同步加速器2. 發(fā)現(xiàn)新粒子2. 發(fā)現(xiàn)新粒子 2012年7月4日，位于瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子中心在發(fā)布會上向全球宣布，在雙光子道和輕子道分別以6個西格瑪?shù)臉?biāo)準(zhǔn)差探測到了希格斯玻色子(Higgs)。人們發(fā)現(xiàn)并證實了標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言中最后一種粒子，這是現(xiàn)代物理學(xué)的一大步！分類自旋泡利不相容原理統(tǒng)計規(guī)律費米子 (電子 質(zhì)子 中子 各種重子)半整數(shù)1/2，3/2，服從費米狄拉克統(tǒng)計分布玻色子 ( 光子 介子K介子、介子 ) 整數(shù)0 或 1 等不服從玻色 愛因斯坦統(tǒng)計分布泡利原理

4、3.粒子的分類 正、反粒子物理量的絕對值都相同，但某些物理量 ( 如電荷、磁矩等 ) 的符號相反。但反粒子由于很容易湮滅，所以很難長時間存活。歐核反粒子的存儲裝置演示，原理簡單的說就是用迅速變換的電場制作的牢籠電性、磁矩3.粒子的分類萬有引力電磁力弱相互作用強相互作用引力子光子輕子強子 引力子 ：由于自旋為 2，無法量子化，尚未囊括進標(biāo)準(zhǔn)模型、靜止質(zhì)量和電荷為零，以光速運動。 光 子：自旋為 1，是玻色子。相互作用3.粒子的分類分類粒子名稱自旋介子、 、 K介子等整數(shù)玻色子重子核子質(zhì)子、中子及其反粒子1/2(超子 3/2)費密子超子 超子及反粒子強子分類輕子分類（共12種）中微子系中性粒子，質(zhì)

5、量為零，只參與弱相互作用。分類正反粒子自旋電荷量e重子數(shù)B輕子數(shù)Le、L、L壽命10-6 s輕子電子e- e+1/2-1 +10-1 +1穩(wěn)定子- +-1 +12.2子- +-1 +1 2.3中微子e e0穩(wěn)定 0 0下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s粲夸克 c 底夸克 b 頂夸克 t4.夸克模型1964年提出強子結(jié)構(gòu)夸克模型 介子（夸克和反夸克組成） 重子（三個夸克組成）六種夸克夸克質(zhì)量電荷e自旋重子數(shù)同位旋同位旋分量奇異數(shù)超荷粲數(shù)底數(shù)頂數(shù)d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3

6、000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t頂夸克1742/30+1/300+1費米子與玻色子的夸克圖大爆炸理論 (The Big Bang Theory)宇宙從一個“奇點”爆炸產(chǎn)生大爆炸是在無限的宇宙各處同時產(chǎn)生時間的零點二、宇宙和恒星的演化 1929年埃德溫哈勃提出宇宙膨脹理論，即不管你往哪個方向看，遠處的星系正急速地遠離我們而去。這意味著，在早先星體相互之間更加靠近。事實上，似乎在大約 100 億至 200 億年之前的某一時刻，它們剛好在同一地方，所以哈勃的發(fā)現(xiàn)暗示存在一個叫做大爆炸的時刻，當(dāng)時宇宙無限緊密。1.大爆炸理論 1950年前后，伽莫夫第一個建立了熱大爆炸的觀念。這個創(chuàng)生宇宙的大爆炸不是習(xí)見于地球上發(fā)生在一個確定的點，然后向四周的空氣傳播開去的那種爆炸，而是一種在各處同時發(fā)生，從一開時就充滿整個空間的那種爆炸，爆炸中每一個粒子都離開其它每一個粒子飛奔。事實上應(yīng)該理解為空間的急劇膨脹?！罢麄€空間”可以指的是整個無限的宇宙，或者指的是一個就象球面一樣能彎曲地回到原來位置的有限宇宙。1.大爆炸理論 根據(jù)大爆炸宇宙論，甚早期的宇宙是一大片由微觀粒子構(gòu)成的均勻氣體，溫度極高，密度極大，且以很大的速率膨脹著。這些氣體在熱平衡下有均勻的溫度。這