高中物理 19.8《粒子和宇宙》課件 新人教版選修3-5.ppt

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第十九章 原子核 第8節(jié) 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 初步了解宇宙的演化過程及宇宙與粒子的和諧統(tǒng)一 預(yù)讀教材 了解知識(shí) 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 1 基本粒子 不基本直到19世紀(jì)末 人們都認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒 后來發(fā)現(xiàn)了電子 和 又認(rèn)為它們是組成物質(zhì)的基本粒子 現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)粒子有400余種 有些也具有復(fù)雜的 2 發(fā)現(xiàn)新粒子 1 新粒子 20世紀(jì)30年代人們對(duì) 的研究發(fā)現(xiàn)一些新粒子 人們用高能加速器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)更多新粒子 1932年發(fā)現(xiàn)了 1937年發(fā)現(xiàn) 1947年發(fā)現(xiàn) 和 介子及以后的超子 反粒子等 質(zhì)子 中子 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 宇宙射線 正電子 子 K介子 媒介子 輕子 強(qiáng)相互作用 子 各種相互作用 夸克 底夸克 頂夸克 4 宇宙的演化研究微觀世界的粒子物理 量子理論 與研究 的理論是相互溝通 相互支撐的 從大爆炸開始的不同時(shí)間里 對(duì)應(yīng)的溫度不同 組成宇宙的物質(zhì)不相同 5 恒星的演化當(dāng)溫度降到 時(shí) 中性原子組成的宇宙塵埃在萬有引力作用下 塵埃收縮凝集 引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 溫度升高 開始發(fā)光形成了恒星 當(dāng)恒星核能耗盡時(shí) 進(jìn)入末期 恒星的末期形態(tài)主要有 白矮星 中子星或 宇宙 3000K 黑洞 1 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 2 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 3 科學(xué)家進(jìn)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) 4 研究粒子的主要工具粒子加速器和粒子探測(cè)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 粒子的分類 1 按自旋分類 3 共振態(tài)粒子 壽命極短 約10 23s 正 反粒子物理量的絕對(duì)值都相同 但某些物理量 如電荷 磁矩等 的符號(hào)相反 引力子自旋應(yīng)為2 靜止質(zhì)量和電荷為零 以光速運(yùn)動(dòng) 光子自旋為1 是玻色子 3 正粒子 反粒子 4 按相互作用分類 輕子 共12種 中微子系中性粒子 質(zhì)量為零 只參與弱相互作用 說明 1 1 1 1 1 1000 強(qiáng)子分類 K介子和各種超子稱為奇異粒子 試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象 協(xié)同產(chǎn)生 一個(gè)超子總是和一個(gè)或幾個(gè)K介子同時(shí)產(chǎn)生 奇異粒子協(xié)同產(chǎn)生的過程極快 約為10 23s 表明是在強(qiáng)相互作用下進(jìn)行的 而衰變過程很慢 壽命約為10 8 10 10s 表明是在弱相互作用下進(jìn)行的 K介子等 質(zhì)子 中子及其反粒子 超子及反粒子 整數(shù) 玻色子 費(fèi)密子 1 夸克的提出許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明 強(qiáng)子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的 1964年提出的夸克模型 認(rèn)為強(qiáng)子由更基本的成分組成 這種成分叫做夸克 2 夸克的分類夸克有6種 它們是上夸克 下夸克 奇異夸克 粲夸克 底夸克 頂夸克 每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克 3 夸克模型的意義夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重大突破 它指出電子電荷不再是電荷的最小單元 即存在分?jǐn)?shù)電荷 二 夸克模型 1 質(zhì)子 uud 電荷 重子數(shù) 奇異數(shù) 自旋 同位旋 2 奇異粒子 uus 電荷 重子數(shù) 奇異數(shù) 自旋 3 介子 重子數(shù) 電荷 奇異數(shù) 自旋 同位旋分量 例1 K 介子衰變的方程為K 0 其中K 介子和 介子帶負(fù)的基元電荷 0介子不帶電 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 其軌跡為右下圖中圓弧AP 衰變后產(chǎn)生的 介子的軌跡為圓弧PB 兩軌跡在P點(diǎn)相切 它們的半徑RK 與R 之比為2 1 0介子的軌跡未畫出 由此可知 的動(dòng)量大小與 0的動(dòng)量大小之比為A 1 1B 1 2C 1 3D 1 6 答案 C 宇宙 從何而來 大爆炸理論 TheBigBangTheory 宇宙從一個(gè) 奇點(diǎn) 爆炸產(chǎn)生 大爆炸是在無限的宇宙各處同時(shí)產(chǎn)生時(shí)間的零點(diǎn) 三 宇宙的演化 20世紀(jì)40年代 在大量天文學(xué)家觀測(cè)的基礎(chǔ)上 物理學(xué)家提出了宇宙演化的大爆炸假說 它的主要觀點(diǎn)是 宇宙是由一個(gè)超高溫 超高密度的 原始火球 發(fā)生大爆炸而開始的 然后經(jīng)歷了從熱到冷的演化 在這個(gè)時(shí)期里 宇宙不斷地膨脹 也稱暴脹 宇宙物質(zhì)從密到稀 當(dāng)溫度下降到幾千攝氏度時(shí) 宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì) 后來氣體逐漸凝聚成氣云 并且進(jìn)一步收縮形成各種各樣的恒星體系 成為我們今天看到的宇宙天體 1 宇宙的演化 2 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收縮逐漸凝成原恒星 原恒星繼續(xù)收縮 溫度不斷升高 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 引力作用又開始大于斥力 星體又開始收縮 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 但表面溫度降低 看上去呈紅色 這時(shí)恒星便演化為紅巨星或新星 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 白矮星 中子星或黑洞