2024年高中物理新教材同步 選擇性必修第三冊(cè) 第5章 5“基本”粒子

5“基本”粒子[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解粒子的發(fā)現(xiàn)史。2.知道粒子的分類及特點(diǎn)(重點(diǎn))。3.了解夸克模型。1．“基本”粒子(1)人們認(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的粒子，把它們叫作“基本粒子”。(2)隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)很多新粒子不能看作由質(zhì)子、中子、電子組成，并發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。2．發(fā)現(xiàn)新粒子(1)1932年發(fā)現(xiàn)了正電子，1937年發(fā)現(xiàn)了μ子，1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和π介子，后來(lái)發(fā)現(xiàn)了超子等。(2)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，存在著這樣一類粒子，它們的質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過(guò)去已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子相同，而電荷等其他性質(zhì)相反，這些粒子叫作反粒子。例1為了探究宇宙起源，科學(xué)家將利用阿爾法磁譜儀(AMS)在太空中尋找“反物質(zhì)”，所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的?！胺戳Ｗ印迸c其對(duì)應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電荷量，但電荷的符號(hào)相反，則反氫原子是()A．由1個(gè)帶正電荷的質(zhì)子和1個(gè)帶負(fù)荷的電子構(gòu)成B．由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成C．由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成D．由1個(gè)不帶電荷的中子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成答案B解析反氫原子由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成。故選B。例2人們?cè)趯?duì)宇宙射線的研究中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些新的粒子，K介子和π介子都是科學(xué)家在1947年發(fā)現(xiàn)的。K－介子的衰變方程為K－→π0＋π－，其中K－介子和π－介子帶負(fù)電，電荷量等于元電荷的電荷量，π0介子不帶電。如圖所示，一個(gè)K－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其軌跡為圖中的圓弧虛線，K－介子衰變后，π0介子和π－介子的軌跡可能是()答案A解析π0介子不帶電，在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，π－介子帶負(fù)電，在磁場(chǎng)中洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，再根據(jù)動(dòng)量守恒定律判定知A正確。3．粒子的分類(1)強(qiáng)子：是參與(填“參與”或“不參與”)強(qiáng)相互作用的粒子。質(zhì)子和中子都是強(qiáng)子。(2)輕子：不參與(填“參與”或“不參與”)強(qiáng)相互作用。電子、電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已發(fā)現(xiàn)的輕子。(3)規(guī)范玻色子：是傳遞各種相互作用的粒子，如光子、中間玻色子(W和Z玻色子)、膠子。(4)希格斯玻色子：是希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)。例3(多選)關(guān)于粒子，下列說(shuō)法正確的是()A．質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子B．質(zhì)子、中子本身也是復(fù)合粒子，它們具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)C．質(zhì)子是帶電的強(qiáng)子D．光子是希格斯玻色子答案BC解析質(zhì)子和中子是由不同的夸克組成的，它們不是最基本的粒子，故A錯(cuò)誤，B正確；不同的夸克組成的強(qiáng)子，有的帶電，有的不帶電，質(zhì)子是帶正電的強(qiáng)子，故C正確；光子是規(guī)范玻色子，故D錯(cuò)誤。4．夸克與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型(1)夸克、夸克模型：1964年，美國(guó)科學(xué)家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子由更基本的成分組成，這種成分叫作夸克。(2)夸克的種類：上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)。(3)意義：電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分?jǐn)?shù)電荷。(4)粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型是一整套關(guān)于粒子的理論。其中，夸克、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子是組成物質(zhì)的幾類最基本的粒子。例4(多選)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eq\x\to(u)或反夸克eq\x\to(d))組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為元電荷。粒子π＋π－udeq\x\to(u)eq\x\to(d)帶電荷量＋e－e＋eq\f(2e,3)－eq\f(e,3)－eq\f(2e,3)＋eq\f(e,3)下列說(shuō)法正確的是()A．π＋由u和eq\x\to(d)組成 B．π＋由d和eq\x\to(u)組成C．π－由u和eq\x\to(d)組成 D．π－由d和eq\x\to(u)組成答案AD解析因π＋介子帶有＋e的電荷量，且是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成的，則夸克u帶＋eq\f(2,3)e介子由夸克d和反夸克eq\x\to(u)組成，所以A、D正確。例5(多選)(2022·甘肅武威高二期末)質(zhì)子和中子屬于強(qiáng)子，強(qiáng)子是由更基本的粒子——夸克組成。根據(jù)夸克模型，夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。它們的帶電荷量分別為－eq\f(e,3)或＋eq\f(2,3)e，電荷量e為元電荷。已知一個(gè)質(zhì)子由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成，一個(gè)中子由兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克組成。則下列說(shuō)法正確的是()A．上夸克的電荷量為＋eq\f(2e,3)B．下夸克的電荷量為－eq\f(e,3)C．上夸克的電荷量為－eq\f(e,3)D．下夸克的電荷量為＋eq\f(2e,3)答