人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案3：5 5“基本”粒子

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE15.5“基本”粒子〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.知道粒子的基本概念，了解新粒子的內(nèi)容。2.通過學(xué)習(xí)，體會(huì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)新粒子的進(jìn)步。3.學(xué)習(xí)科學(xué)家們研究問題的方法，堅(jiān)持實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，體驗(yàn)其工作的艱辛，激發(fā)探索未來科學(xué)的熱情?！贾R(shí)梳理〗一、粒子1．基本粒子不基本(1)直到19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為、電子、和中子是基本粒子。(2)隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子并不是由以上組成的，并發(fā)現(xiàn)、等本身也有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。2．發(fā)現(xiàn)新粒子(1)新粒子：1932年發(fā)現(xiàn)了，1937年發(fā)現(xiàn)了，1947年發(fā)現(xiàn)了和及以后的超子等。(2)粒子的分類：大體可分為、、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類型。(3)夸克模型的提出：1964年美國(guó)物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由構(gòu)成的。說明：反粒子最顯著的特點(diǎn)是當(dāng)它們與相應(yīng)的正粒子相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生“湮滅”，即同時(shí)消失而轉(zhuǎn)化成其他的粒子?！颊n堂探究〗一、“基本”粒子思考1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，它們所帶電荷量如下表所示，表中e為元電荷。π＋π－udeq\x\to(u)eq\x\to(d)電荷量＋e－e＋eq\f(2,3)e－eq\f(1,3)e－eq\f(2,3)e＋eq\f(1,3)e試探究：(1)π＋應(yīng)由哪兩個(gè)組成？(2)π－又應(yīng)由哪兩個(gè)組成？1．新粒子的發(fā)現(xiàn)及特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)時(shí)間1932年1937年1947年20世紀(jì)60年代后新粒子反粒子μ子K介子與π介子超子基本特點(diǎn)質(zhì)量與相對(duì)應(yīng)的粒子相同而電荷及其他一些物理性質(zhì)相反比質(zhì)子的質(zhì)量小質(zhì)量介于電子與核子之間其質(zhì)量比質(zhì)子大2.夸克模型(1)夸克的提出：1964年美國(guó)物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。(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)夸克所帶電荷：夸克所帶的電荷量是分?jǐn)?shù)電荷量，即其電荷量為元電荷的－eq\f(1,3)或＋eq\f(2,3)。例如，上夸克帶的電荷量為＋eq\f(2e,3)，下夸克帶的電荷量為－eq\f(e,3)。(4)意義：電子電荷不再是電荷的最小單位，即存在分?jǐn)?shù)電荷。例1目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成。u夸克帶電荷量為＋eq\f(2,3)e，d夸克帶電荷量為－eq\f(1,3)e，e為元電荷，下列論斷可能正確的是()A．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成B．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成C．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成D．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成例2在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出。中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測(cè)。1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中eq\o\al(1,1)H的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在。(1)中微子與水中的eq\o\al(1,1)H發(fā)生核反應(yīng),產(chǎn)生中子(eq\o\al(1,0)n)和正電子(eq\o\al(0,1)e),即：中微子＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,1)e可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是________。(2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子(γ)，即eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ，已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×10－31kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為________J。正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光子，原因是什么？規(guī)律歸納對(duì)核反應(yīng)中新生成粒子的認(rèn)識(shí)新生成的粒子和實(shí)物粒子一樣，也能產(chǎn)生物質(zhì)波，它們之間發(fā)生相互作用時(shí)，同樣遵循動(dòng)量守恒定律等力學(xué)規(guī)律?！颊n堂達(dá)標(biāo)〗1．(多選)關(guān)于人們發(fā)現(xiàn)的新粒子，下列說法正確的是()A．許多粒子都有自己的反粒子B．把粒子分為強(qiáng)子、輕子、媒介子，根據(jù)是粒子與各種相互作用的關(guān)系C．質(zhì)子屬于強(qiáng)子D．光子屬于輕子2．(多選)下列說法正確的是()A．聚變是裂變的逆反應(yīng)B．核聚變反應(yīng)須將反應(yīng)物加熱到數(shù)百萬開爾文以上的高溫，反應(yīng)時(shí)放出能量C．輕核聚變比裂變更為安全、清潔D．強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子，中子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子3．現(xiàn)在科學(xué)家正在設(shè)法尋找“反物質(zhì)”。所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”組成的，則反α粒子的符號(hào)是()A．eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))HeB．eq\o\al(\s\up1(－4),\s\do1(2))HeC．eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(－2))He D．eq\o\al(\s\up1(－4),\s\do1(－2))He

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識(shí)梳理〗一、1.光子質(zhì)子基本粒子質(zhì)子中子2.正電子μ子K介子π介子強(qiáng)子輕子夸克〖課堂探究〗思考1〖答案〗(1)由于π＋介子帶有＋e的電荷量，應(yīng)由u和eq\x\to(d)組成。(2)同理π－介子帶有－e的電荷量，應(yīng)由eq\x\to(u)和d組成。例1〖答案〗B〖解析〗由于質(zhì)子帶e的正電荷，則由兩個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克組成，其總的電荷量為e；中子不帶電，則由一個(gè)u夸克、兩個(gè)d夸克組成，其總的電荷量為0，由此可知B正確。例2〖解析〗(1)發(fā)生核反應(yīng)前后，粒子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均不變，據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都是0。(2)產(chǎn)生能量是由于質(zhì)量虧損。兩個(gè)電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱?，則ΔE＝Δmc2，故一個(gè)光子的能量為eq\f(ΔE,2)，代入數(shù)據(jù)得eq\f(ΔE,2)＝8.2×10－14J。正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動(dòng)量為零，故只有產(chǎn)生2個(gè)光子，此過程才遵循動(dòng)量守恒定律?！即鸢浮?1)0和0(2)8.2×10－14見〖解析〗〖課堂達(dá)標(biāo)〗1.〖答案〗ABC〖解析〗根據(jù)粒子的分類、粒子與反粒子描述知A、B、C正確；光子屬于媒介子，D錯(cuò)誤。2.〖答案〗BC〖解析〗聚變和裂變的反應(yīng)物和生成物完全不同，兩者無直接關(guān)系，并非互為逆反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)必須使參加反應(yīng)的輕核充分接近，需要數(shù)百萬開爾文的高溫，但聚變反應(yīng)一旦實(shí)現(xiàn)，所釋放的能量遠(yuǎn)大于所吸收的能量，所以聚變反應(yīng)還是釋放能量，故B正確；實(shí)現(xiàn)聚變需要高溫，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應(yīng)就自動(dòng)終止了，另外，聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)生成的廢物數(shù)量少，容易處理，故C正確；質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)