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第5節(jié)　“基本”粒子
學(xué)習(xí)目標(biāo)　1.了解構(gòu)成物質(zhì)的“基本”粒子。 2.了解近代發(fā)現(xiàn)的粒子。 3.知道粒子的分類。 4.了解夸克模型的內(nèi)容。
知識點(diǎn)　“基本”粒子和發(fā)現(xiàn)新粒子　粒子的分類和夸克模型
1.“基本”粒子不基本
“基本粒子”：許多人認(rèn)為光子、　　　　、質(zhì)子、中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基礎(chǔ)的粒子，并把它們叫作“基本粒子”。隨著科學(xué)的發(fā)展，一方面逐漸發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計(jì)的不同種類的新粒子，它們并不能看作由質(zhì)子、中子、電子組成的；另一方面，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。所以，從20世紀(jì)后半期起，就將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子。
2.發(fā)現(xiàn)新粒子
（1）從20世紀(jì)30年代以來，人們通過對宇宙線的研究和加速器、對撞機(jī)的開發(fā)及應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)了更多的粒子。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的粒子達(dá)　　　　多種。
（2）反粒子
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。
3.粒子的分類
分類 參與的相互作用 發(fā)現(xiàn)的粒子 備注
強(qiáng)子 參與強(qiáng)相互作用 質(zhì)子、中子、介子、超子 強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由夸克構(gòu)成
輕子 不參與強(qiáng)相互作用 電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
規(guī)范玻色子 傳遞各種相互作用 光子、中間玻色子、膠子 光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱相互作用、強(qiáng)相互作用
希格斯玻色子 — — 希格斯玻色子是這幾種基本粒子中最后一個被發(fā)現(xiàn)的
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　　　　。
（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　　　　　的理論。其中，　　　　、　　　　、　　　　　　　　和　　　　　　　　　　是組成物質(zhì)的幾類最基本的粒子。
例1 以下說法正確的是（　　）
A.最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子，最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子是中子
B.質(zhì)子、中子、介子和超子都屬于強(qiáng)子
C.現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)子、輕子都有內(nèi)部結(jié)構(gòu)
D.τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，τ子不屬于輕子
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 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的。u夸克所帶的電荷量為e，d夸克所帶的電荷量為－e，e為元電荷，下列論斷中可能正確的是（　　）
A.質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成
B.質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成
C.質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成
D.質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓(xùn)練 （多選）關(guān)于粒子，下列說法正確的是（　　）
A.電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的基本粒子
B.強(qiáng)子都是帶電粒子
C.反粒子與其對應(yīng)的粒子相遇時(shí)，會發(fā)生湮滅現(xiàn)象
D.夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單元
隨堂對點(diǎn)自測
1.（粒子及其分類）（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.粒子大體可被分為強(qiáng)子、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類別
C.質(zhì)子屬于強(qiáng)子
D.光子屬于輕子
2.（粒子及其分類）（多選）下列說法正確的是（　　）
A.目前還未發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
B.自然界存在著的能量守恒定律、動量守恒定律及電荷守恒定律，對粒子不適用
C.反粒子與其對應(yīng)的粒子相遇時(shí)，會發(fā)生湮滅現(xiàn)象
D.強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子
3.（夸克模型）（多選）下列關(guān)于夸克模型的說法正確的是（　　）
A.強(qiáng)子是由更基本的夸克組成的
B.夸克的電荷量分別為元電荷的＋或－
C.每種夸克都有對應(yīng)的反夸克
D.夸克能以自由的狀態(tài)單個出現(xiàn)
4.（夸克模型）（多選）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)夸克理論，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。已知一個質(zhì)子由兩個上夸克和一個下夸克組成，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。則下列說法正確的是（　　）
A.上夸克的電荷量為＋
B.下夸克的電荷量為－
C.上夸克的電荷量為－
D.下夸克的電荷量為＋
5.（綜合應(yīng)用）“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，它是指原子核（稱為母核）俘獲一個核外電子，使其內(nèi)部的一個質(zhì)子變?yōu)橹凶樱⒎懦鲆粋€中微子，從而變成一個新核（稱為子核）的過程。中微子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量，且不帶電，很難被探測到，人們最早就是通過核的反沖而間接證明中微子的存在的。一個靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆樱铝姓f法正確的是（　　）
A.母核的質(zhì)量數(shù)小于子核的質(zhì)量數(shù)
B.母核的電荷數(shù)大于子核的電荷數(shù)
C.子核的動量與中微子的動量相同
D.子核的動能大于中微子的動能
6.（綜合應(yīng)用）K－介子衰變的方程為K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是帶負(fù)電的基元電荷，π0介子不帶電。如圖所示，一個K－介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的π－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Rπ－之比為2∶1，π0介子的軌跡未畫出。由此可知π－的動量大小與π0的動量大小之比為（　　）
A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶6
第5節(jié)　“基本”粒子
知識點(diǎn)
1.電子　2.(1)400　4.(1)夸克　(4)粒子　夸克　輕子　規(guī)范玻色子　希格斯玻色子
例1 B　[最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子是質(zhì)子，最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子，A錯誤；強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由夸克組成，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)還沒有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，C錯誤；質(zhì)子、中子、介子、超子都屬于強(qiáng)子，τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，但仍屬于輕子，D錯誤，B正確。]
例2 B　[質(zhì)子H所帶的電荷量為2×e＋＝e，中子n所帶的電荷量為e＋2×＝0，結(jié)合不同夸克的帶電荷量可知，B正確。]
訓(xùn)練 CD　[由于中子、質(zhì)子是由不同的夸克組成的，它們不再是基本粒子，夸克模型是探究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的理論，不同夸克構(gòu)成強(qiáng)子，有的強(qiáng)子帶電，有的強(qiáng)子不帶電，不同夸克帶電不同，可能為＋e或－e，說明電子電荷不再是電荷的最小單元，A、B錯誤，D正確；反粒子與其對應(yīng)的粒子帶等量異種電荷，相遇時(shí)會發(fā)生湮滅現(xiàn)象，故C正確。]
隨堂對點(diǎn)自測
1.ABC　[許多粒子都有自己的反粒子，“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電荷量，但電荷的符號相反，故A正確；粒子大體可分為強(qiáng)子、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類別，質(zhì)子和中子屬于強(qiáng)子，光子屬于規(guī)范玻色子，故B、C正確，D錯誤。]
2.ACD　[現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)中還沒有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，故A正確；能量守恒定律等對粒子也適用，故B錯誤；反粒子與其相應(yīng)的粒子帶等量異種電荷，相遇時(shí)會發(fā)生湮滅現(xiàn)象，故C正確；質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子，故D正確。]
3.ABC　[強(qiáng)子是由更基本的夸克組成的，A正確；夸克的電荷量分別為元電荷的＋或－，B正確；每種夸克都有對應(yīng)的反夸克，C正確；夸克不能以自由的狀態(tài)單個出現(xiàn)，D錯誤。]
4.AB　[根據(jù)質(zhì)子帶電荷量為＋e和中子不帶電，設(shè)上、下夸克的電荷量分別為q1、q2，則有2q1＋q2＝＋e，q1＋2q2＝0，解得q1＝＋e，q2＝－，故選項(xiàng)A、B正確。]
5.B　[原子核(稱為母核)俘獲一個核外電子，使其內(nèi)部的一個質(zhì)子變?yōu)橹凶樱⒎懦鲆粋€中微子，從而變成一個新核(稱為子核)的過程中，電荷數(shù)少1，質(zhì)量數(shù)不變，故A錯誤，B正確；原子核(稱為母核)俘獲電子的過程中動量守恒，初狀態(tài)系統(tǒng)的總動量為0，則子核的動量和中微子的動量大小相等，方向相反，故C錯誤；子核的動量大小和中微子的動量大小相等，由于中微子的質(zhì)量很小，根據(jù)Ek＝知，中微子的動能大于子核的動能，故D錯誤。]
6.C　[K－介子與π－介子均做勻速圓周運(yùn)動，由洛倫茲力提供向心力，有evB＝m，故動量p＝mv＝eBR，因而pK－∶pπ－＝2∶1。
根據(jù)動量守恒定律，有pK－＝pπ0－pπ－，故pπ0＝3pπ－，選項(xiàng)C正確。](共21張PPT)
第5節(jié)　“基本”粒子
第五章　原子核
1.了解構(gòu)成物質(zhì)的“基本”粒子。 2.了解近代發(fā)現(xiàn)的粒子。
3.知道粒子的分類。 4.了解夸克模型的內(nèi)容。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
目 錄
CONTENTS
知識點(diǎn)
01
隨堂對點(diǎn)自測
02
知識點(diǎn)
1
知識點(diǎn)　“基本”粒子和發(fā)現(xiàn)新粒子　粒子的分類和夸克模型
知識點(diǎn)　“基本”粒子和發(fā)現(xiàn)新粒子　粒子的分類和夸克模型
1.“基本”粒子不基本
“基本粒子”：許多人認(rèn)為光子、______、質(zhì)子、中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基礎(chǔ)的粒子，并把它們叫作“基本粒子”。隨著科學(xué)的發(fā)展，一方面逐漸發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計(jì)的不同種類的新粒子，它們并不能看作由質(zhì)子、中子、電子組成的；另一方面，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。所以，從20世紀(jì)后半期起，就將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子。
電子
2.發(fā)現(xiàn)新粒子
(1)從20世紀(jì)30年代以來，人們通過對宇宙線的研究和加速器、對撞機(jī)的開發(fā)及應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)了更多的粒子。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的粒子達(dá)_________多種。
(2)反粒子
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。
400
3.粒子的分類
分類 參與的相互作用 發(fā)現(xiàn)的粒子 備注
強(qiáng)子 參與強(qiáng)相互作用 質(zhì)子、中子、介子、超子 強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由夸克構(gòu)成
輕子 不參與強(qiáng)相互作用 電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
規(guī)范玻色子 傳遞各種相互作用 光子、中間玻色子、膠子 光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱相互作用、強(qiáng)相互作用
希格斯玻色子 — — 希格斯玻色子是這幾種基本粒子中最后一個被發(fā)現(xiàn)的
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______。
(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______的理論。其中，______、______、_______________和__________________是組成物質(zhì)的幾類最基本的粒子。
夸克
粒子
夸克
輕子
規(guī)范玻色子
希格斯玻色子
B
例1 以下說法正確的是(　　)
A.最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子，最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子是中子
B.質(zhì)子、中子、介子和超子都屬于強(qiáng)子
C.現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)子、輕子都有內(nèi)部結(jié)構(gòu)
D.τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，τ子不屬于輕子
解析　最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子是質(zhì)子，最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子，A錯誤；強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由夸克組成，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)還沒有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，C錯誤；質(zhì)子、中子、介子、超子都屬于強(qiáng)子，τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，但仍屬于輕子，D錯誤，B正確。
B
CD
訓(xùn)練 (多選)關(guān)于粒子，下列說法正確的是(　　)
A.電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的基本粒子
B.強(qiáng)子都是帶電粒子
C.反粒子與其對應(yīng)的粒子相遇時(shí)，會發(fā)生湮滅現(xiàn)象
D.夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單元
隨堂對點(diǎn)自測
2
ABC
1.(粒子及其分類)(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.粒子大體可被分為強(qiáng)子、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類別
C.質(zhì)子屬于強(qiáng)子
D.光子屬于輕子
解析　許多粒子都有自己的反粒子，“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電荷量，但電荷的符號相反，故A正確；粒子大體可分為強(qiáng)子、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類別，質(zhì)子和中子屬于強(qiáng)子，光子屬于規(guī)范玻色子，故B、C正確，D錯誤。
ACD
2.(粒子及其分類)(多選)下列說法正確的是(　 　)
A.目前還未發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
B.自然界存在著的能量守恒定律、動量守恒定律及電荷守恒定律，對粒子不適用
C.反粒子與其對應(yīng)的粒子相遇時(shí)，會發(fā)生湮滅現(xiàn)象
D.強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子
解析　現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)中還沒有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，故A正確；能量守恒定律等對粒子也適用，故B錯誤；反粒子與其相應(yīng)的粒子帶等量異種電荷，相遇時(shí)會發(fā)生湮滅現(xiàn)象，故C正確；質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子，故D正確。
ABC
3.(夸克模型)(多選)下列關(guān)于夸克模型的說法正確的是(　 　)
AB
B
5.(綜合應(yīng)用)“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，它是指原子核(稱為母核)俘獲一個核外電子，使其內(nèi)部的一個質(zhì)子變?yōu)橹凶樱⒎懦鲆粋€中微子，從而變成一個新核(稱為子核)的過程。中微子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量，且不帶電，很難被探測到，人們最早就是通過核的反沖而間接證明中微子的存在的。一個靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆樱铝姓f法正確的是(　　)
A.母核的質(zhì)量數(shù)小于子核的質(zhì)量數(shù) B.母核的電荷數(shù)大于子核的電荷數(shù)
C.子核的動量與中微子的動量相同 D.子核的動能大于中微子的動能
C
6.(綜合應(yīng)用)K－介子衰變的方程為K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是帶負(fù)電的基元電荷，π0介子不帶電。如圖所示，一個K－介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的π－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Rπ－之比為2∶1，π0介子的軌跡未畫出。由此可知π－的動量大小與π0的動量大小之比為(　　)
A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶6

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