高中物理選擇性必修第三冊(cè)配人教版-第五章-5-“基本”粒子

高中同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHUASHEJI5.“基本”粒子第五章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.知道電子、中子、質(zhì)子并不是組成物質(zhì)的最基本的粒子。(物理觀念)2.知道粒子的分類及其作用,了解夸克模型。(物理觀念)3.知道夸克是組成強(qiáng)子的成分。(物理觀念)課前篇自主預(yù)習(xí)必備知識(shí)1.“基本粒子”不基本(1)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。(2)后來(lái)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,并稱為“基本粒子”。(3)隨著科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展,科學(xué)家們逐漸發(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,另外又發(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)新粒子與夸克模型(1)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(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。例如,電子的反粒子就是正電子。(2)粒子的分類①?gòu)?qiáng)子: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:不參與強(qiáng)相互作用的粒子,最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子。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、膠子。④希格斯玻色子:希格斯玻色子是希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)。(3)夸克模型的提出1964年提出的夸克模型,認(rèn)為強(qiáng)子是由更基本的夸克組成的。自我檢測(cè)1.正誤判斷,判斷結(jié)果為錯(cuò)誤的小題請(qǐng)說(shuō)明原因。(1)質(zhì)子、中子、電子都是不可再分的基本粒子。(

)答案

×解析

質(zhì)子和中子是由更基本的夸克組成的。(2)質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)相同,而電荷量相等、電性相反的粒子稱為反粒子。(

)答案

√(3)按照夸克模型,電子所帶電荷不再是電荷的最小單元。(

)答案

√(4)輕子的質(zhì)量一定輕。(

)答案

×解析

輕子中的τ子比核子的質(zhì)量還大。(5)核子之間的核力是膠子傳遞的。(

)答案

√(6)輕子是不參與強(qiáng)相互作用的粒子。(

)答案

√答案

√2.(多選)關(guān)于人們發(fā)現(xiàn)的新粒子,下列說(shuō)法正確的是(

)A.許多粒子都有自己的反粒子B.電子屬于輕子C.質(zhì)子屬于強(qiáng)子D.光子屬于輕子答案

ABC解析

根據(jù)粒子的分類、粒子與反粒子的描述知A、B、C正確;光子屬于規(guī)范玻色子,D錯(cuò)誤。3.(多選)下列關(guān)于夸克模型的說(shuō)法正確的是(

)A.強(qiáng)子是由更基本的成分夸克組成的C.每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克D.夸克能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)答案

ABC解析

夸克不能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn),D錯(cuò)誤,A、B、C正確。課堂篇探究學(xué)習(xí)探究粒子的發(fā)現(xiàn)和分類情境探究對(duì)粒子的認(rèn)識(shí)右圖為粒子發(fā)展示意圖:(1)為什么現(xiàn)在將“基本”二字去掉,統(tǒng)稱為粒子?(2)為什么說(shuō)夸克模型是物理學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重大突破?要點(diǎn)提示

(1)隨著科學(xué)的發(fā)展,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子都不是由質(zhì)子、中子、電子組成的,又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。所以現(xiàn)在將“基本”二字去掉,統(tǒng)稱為粒子。(2)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。知識(shí)歸納1.新粒子的發(fā)現(xiàn)及特點(diǎn)

新粒子正電子μ子K介子與π介子超子發(fā)現(xiàn)時(shí)間1932年1937年1947年20世紀(jì)40年代后基本特點(diǎn)質(zhì)量、壽命、自旋等性質(zhì)與相對(duì)應(yīng)的粒子相同而電荷等其他性質(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.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、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(gè)被發(fā)現(xiàn)的實(shí)例引導(dǎo)例題

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(gè)u夸克和2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2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成答案

B變式訓(xùn)練在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)由大可以判定,中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是

。(填寫(xiě)選項(xiàng)前的字母)

A.0和0 B.0和1C.1和0 D.1和1(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。

答案

(1)A

(2)8.2×10-14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,A項(xiàng)正確。(2)產(chǎn)生的能量是由于質(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E=Δmc2,故一個(gè)光子的能量為

,代入數(shù)據(jù)得

=8.2×10-14

J。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,所以如果只產(chǎn)生一個(gè)光子是不可能的,因?yàn)榇诉^(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律。隨堂檢測(cè)1.關(guān)于粒子,下列說(shuō)法正確的是(

)A.電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子B.強(qiáng)子都是帶電粒子C.夸克模型是探究輕子結(jié)構(gòu)的理論D.夸克模型說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位答案

D解析

由于質(zhì)子、中子是由不同夸克組成的,它們不是最基本的粒子,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,故A、B錯(cuò)誤;夸克模型是研究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的理論,不同夸克帶電不同,分別為

,說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位,故C錯(cuò)誤,D正確。2.(多選)下列說(shuō)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(dòng)量守恒定律及電荷守恒定律,對(duì)粒子不適用C.反粒子與其對(duì)應(yīng)的粒子相遇時(shí),會(huì)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)子答案

ACD解析

現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)中還沒(méi)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(duì)粒子也適用,故B錯(cuò)誤;反粒子與其相應(yīng)的粒子帶等量異種電荷,反粒子與其對(duì)應(yīng)的粒子相遇時(shí)會(huì)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。3.20世紀(jì)30年代以來(lái),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介子就是科學(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)中洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),再根據(jù)左手定則及動(dòng)量守恒判定知,A正確。4.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