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1、第十九章原子核第十九章原子核第第8 8節(jié)粒子和宇宙節(jié)粒子和宇宙 欄目鏈接欄目鏈接粒子和反粒子粒子和反粒子在在20世紀(jì)初，人們認(rèn)為所有的物質(zhì)似乎都是由世紀(jì)初，人們認(rèn)為所有的物質(zhì)似乎都是由3種基種基本粒子構(gòu)成的，即由質(zhì)子、中子和電子組成一直到本粒子構(gòu)成的，即由質(zhì)子、中子和電子組成一直到1932年，人們在宇宙射線中觀察到一種新的粒子年，人們在宇宙射線中觀察到一種新的粒子正電子，正電子，才打開了一扇通往新世界的窗口這種新發(fā)現(xiàn)的粒子同自才打開了一扇通往新世界的窗口這種新發(fā)現(xiàn)的粒子同自然界中已被認(rèn)識的粒子然界中已被認(rèn)識的粒子電子，具有相等的質(zhì)量和電荷電子，具有相等的質(zhì)量和電荷量，但又具有完全的對稱對立性當(dāng)

2、一對正、負(fù)電子相遇量，但又具有完全的對稱對立性當(dāng)一對正、負(fù)電子相遇時，它們會同時湮滅而釋放出能量時，它們會同時湮滅而釋放出能量(光子光子)這時便有科學(xué)家這時便有科學(xué)家提出這樣的設(shè)想：在宇宙中可能還存在一種與我們現(xiàn)在所提出這樣的設(shè)想：在宇宙中可能還存在一種與我們現(xiàn)在所 欄目鏈接欄目鏈接處世界的物質(zhì)相反的處世界的物質(zhì)相反的“反物質(zhì)反物質(zhì)”也就是說，既然存在也就是說，既然存在有負(fù)電子的反物質(zhì)有負(fù)電子的反物質(zhì)正電子，也就可能存在質(zhì)子的反正電子，也就可能存在質(zhì)子的反物質(zhì)物質(zhì)反質(zhì)子，中子的反物質(zhì)反質(zhì)子，中子的反物質(zhì)反中子，原子的反反中子，原子的反物質(zhì)物質(zhì)反原子等從那時起，就不斷有科學(xué)家證實，反原子等從那時

3、起，就不斷有科學(xué)家證實，物質(zhì)的每種粒子物質(zhì)的每種粒子(電子、質(zhì)子和中子電子、質(zhì)子和中子)都有其相對應(yīng)的反都有其相對應(yīng)的反粒子因此，反物質(zhì)粒子因此，反物質(zhì)我們所處世界物質(zhì)的我們所處世界物質(zhì)的“鏡像鏡像”物質(zhì)的存在，就被越來越多的人所相信現(xiàn)在也就有更物質(zhì)的存在，就被越來越多的人所相信現(xiàn)在也就有更多的科學(xué)家在尋找反物質(zhì)，甚至想尋找一個由反物質(zhì)構(gòu)多的科學(xué)家在尋找反物質(zhì)，甚至想尋找一個由反物質(zhì)構(gòu)成的與我們的宇宙對稱的反宇宙成的與我們的宇宙對稱的反宇宙 欄目鏈接欄目鏈接 由于一個粒子和其反粒子相遇時會發(fā)生由于一個粒子和其反粒子相遇時會發(fā)生湮滅，而產(chǎn)生能量和其他粒子，因此如何捕捉湮滅，而產(chǎn)生能量和其他粒子，

4、因此如何捕捉反粒子是一個難題反粒子是一個難題 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接1“基本粒子基本粒子”不基本不基本直到直到19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的不世紀(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、可再分的最小微粒，后來發(fā)現(xiàn)了電子、_和和_，又認(rèn)為它們是組成物質(zhì)的基本粒子現(xiàn)在已，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 有發(fā) 現(xiàn) 粒 子 有 4 0 0 余 種 ， 有 些 也 具 有 復(fù) 雜 的余 種 ， 有 些 也 具 有 復(fù) 雜 的_ 欄目鏈接欄目鏈接質(zhì)子質(zhì)子中子中子內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2發(fā)現(xiàn)新粒子發(fā)現(xiàn)新粒子(1)新粒子：新粒子：20世紀(jì)世紀(jì)30年代

5、人們對年代人們對_的研究發(fā)現(xiàn)的研究發(fā)現(xiàn)一些新粒子，人們用高能加速器進行實驗發(fā)現(xiàn)更多新粒子，一些新粒子，人們用高能加速器進行實驗發(fā)現(xiàn)更多新粒子，1932年發(fā)現(xiàn)了年發(fā)現(xiàn)了_，1937年發(fā)現(xiàn)了年發(fā)現(xiàn)了_，1947年發(fā)年發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)了_和和介子及以后的超子、反粒子等介子及以后的超子、反粒子等(2)粒子分類：按照粒子與各相互作用關(guān)系，可以將粒粒子分類：按照粒子與各相互作用關(guān)系，可以將粒子分為子分為_、_和強子三大類和強子三大類強子是參與強子是參與_的粒子，強子又分為介的粒子，強子又分為介子和重子兩類子和重子兩類 欄目鏈接欄目鏈接宇宙射線宇宙射線正電子正電子子子K介子介子媒介子媒介子輕子輕子強相互作用強相互作

6、用輕子共發(fā)現(xiàn)輕子共發(fā)現(xiàn)6種，分別是電子、電子中微子、種，分別是電子、電子中微子、_、子中微子、子中微子、子、子、子中微子媒介子是傳遞子中微子媒介子是傳遞_的粒子，如光子、中間玻色子、膠子等的粒子，如光子、中間玻色子、膠子等 3夸克模型夸克模型 許多事實表明，強子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成強子的內(nèi)許多事實表明，強子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成強子的內(nèi)部成分叫部成分叫_夸克有夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、種，它們是上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、奇異夸克、粲夸克、_和和_，它們帶的電荷分，它們帶的電荷分別為元電荷的或別為元電荷的或_每種夸克都有對應(yīng)的反夸克每種夸克都有對應(yīng)的反夸克 欄目鏈接欄目鏈接子子各種相互

7、作用各種相互作用夸克夸克底夸克底夸克頂夸克頂夸克 4宇宙的演化宇宙的演化 研究微觀世界的粒子物理、量子理論，與研究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間的理論是相互溝通、相互支撐的，從大爆炸開始的不同時間里，對應(yīng)的溫度不同，組成宇宙的物質(zhì)不相同里，對應(yīng)的溫度不同，組成宇宙的物質(zhì)不相同 5恒星的演化恒星的演化 當(dāng)溫度降到當(dāng)溫度降到_時，中性原子組成的宇宙塵埃在萬時，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，引力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，溫度有引力作用下，塵埃收縮凝集，引力勢能轉(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，進入

8、末期，升高，開始發(fā)光形成了恒星，當(dāng)恒星核能耗盡時，進入末期，恒星的末期形態(tài)主要有：白矮星、中子星或恒星的末期形態(tài)主要有：白矮星、中子星或_ 欄目鏈接欄目鏈接宇宙宇宙3 000 K黑洞黑洞 欄目鏈接欄目鏈接1 “基本粒子基本粒子”不基不基本本 欄目鏈接欄目鏈接1“基本粒子基本粒子”不基本不基本(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物質(zhì)的不可再分的最基本粒子(2)從從20世紀(jì)起科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了世紀(jì)起科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了400多種同種類的新粒子，多種同種類的新粒子，它們不是由質(zhì)子、中子、電子組成的它們不是由質(zhì)子、中

9、子、電子組成的(3)科學(xué)家進一步發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子、電子等本身也是復(fù)合?？茖W(xué)家進一步發(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)子，且還有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 欄目鏈接欄目鏈接 (4)研究粒子的主要工具研究粒子的主要工具 粒子加速器和粒子探測器是研究粒子物理的主要工粒子加速器和粒子探測器是研究粒子物理的主要工具具 2粒子的分類粒子的分類 按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可以將粒子分為按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可以將粒子分為三大類：強子、輕子和媒介子三大類：強子、輕子和媒介子 (1)強子：強子是參與強相互作用的粒子如質(zhì)子是強子：強子是參與強相互作用的粒子如質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強子，強子又分為介子

10、和重子兩類最早發(fā)現(xiàn)的強子，強子又分為介子和重子兩類 欄目鏈接欄目鏈接 (2)輕子：輕子是不參與強相互作用的粒子如電子、輕子：輕子是不參與強相互作用的粒子如電子、中微子、中微子、子、子、子等子等 (3)媒介子：媒介子是傳遞各種相互作用的粒子如媒介子：媒介子是傳遞各種相互作用的粒子如光子、中間玻色子、膠子光子、中間玻色子、膠子 3反粒子反粒子(反物質(zhì)反物質(zhì))實驗發(fā)現(xiàn)，許多粒子都有和它質(zhì)量相同而電荷及其他一實驗發(fā)現(xiàn)，許多粒子都有和它質(zhì)量相同而電荷及其他一些物理量相反的粒子，叫反粒子例如電子和正電子，些物理量相反的粒子，叫反粒子例如電子和正電子，質(zhì)子和反質(zhì)子等由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)叫反物質(zhì)質(zhì)子和反質(zhì)子等由

11、反粒子構(gòu)成的物質(zhì)叫反物質(zhì) 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接1宇宙的演化宇宙的演化20世紀(jì)世紀(jì)40年代，在大量天文學(xué)家觀測的基礎(chǔ)上，物年代，在大量天文學(xué)家觀測的基礎(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是，理學(xué)家提出了宇宙演化的大爆炸假說它的主要觀點是，宇宙是由一個超高溫、超高密度的宇宙是由一個超高溫、超高密度的“原始火球原始火球”發(fā)生大發(fā)生大爆炸而開始的然后經(jīng)歷了從熱到冷的演化，在這個時爆炸而開始的然后經(jīng)歷了從熱到冷的演化，在這個時

12、期里，宇宙不斷地膨脹期里，宇宙不斷地膨脹(也稱暴脹也稱暴脹)，宇宙物質(zhì)從密到，宇宙物質(zhì)從密到稀當(dāng)溫度下降到幾千攝氏度時，宇宙間主要是氣態(tài)物稀當(dāng)溫度下降到幾千攝氏度時，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)后來氣體逐漸凝聚成氣云，并且進一步收縮形成各質(zhì)后來氣體逐漸凝聚成氣云，并且進一步收縮形成各 欄目鏈接欄目鏈接2 宇宙與恒星的演化宇宙與恒星的演化 欄目鏈接欄目鏈接種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙天體種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙天體 2恒星的演化恒星的演化 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于引力作用而收縮逐漸

13、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到平衡時，恒星不再收核反應(yīng)產(chǎn)生的斥力和引力作用達到平衡時，恒星不再收縮，進入相對穩(wěn)定階段縮，進入相對穩(wěn)定階段 欄目鏈接欄目鏈接 當(dāng)核能源供應(yīng)不足時，恒星的穩(wěn)定狀態(tài)遭到破當(dāng)核能源供應(yīng)不足時，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，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，光度增加，外部膨脹，溫度升高，發(fā)光能力增強，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，這表面積增大，但表面溫度降低，看上去呈紅

14、色，這時恒星便演化為紅巨星或新星時恒星便演化為紅巨星或新星 當(dāng)恒星核能耗盡時，就進入末期恒星的末期當(dāng)恒星核能耗盡時，就進入末期恒星的末期形態(tài)主要有三種：白矮星、中子星或黑洞形態(tài)主要有三種：白矮星、中子星或黑洞 欄目鏈接欄目鏈接 例例2現(xiàn)在科學(xué)家們正在設(shè)法探尋現(xiàn)在科學(xué)家們正在設(shè)法探尋“反物質(zhì)反物質(zhì)”，所，所謂謂“反物質(zhì)反物質(zhì)”是由是由“反粒子反粒子”構(gòu)成的，構(gòu)成的，“反粒子反粒子”與其與其對應(yīng)的正粒子有相同的質(zhì)量和相同的電荷量，但電荷符對應(yīng)的正粒子有相同的質(zhì)量和相同的電荷量，但電荷符號相反據(jù)此，若有反號相反據(jù)此，若有反粒子，它的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分粒子，它的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別為別為 () A4，2

15、B4，2 C4,2 D4,2 欄目鏈接欄目鏈接 分析：分析：粒子的電荷數(shù)為粒子的電荷數(shù)為2，質(zhì)量數(shù)為，質(zhì)量數(shù)為4，抓住，抓住，“反反粒子粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電量，與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電量，但電荷的符號相反，得出反但電荷的符號相反，得出反粒子的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)粒子的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù) 解析：解析：因因“反粒子反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量、相同的電荷量，但電荷的符號相反所以，反質(zhì)量、相同的電荷量，但電荷的符號相反所以，反粒子質(zhì)量數(shù)為粒子質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為，電荷數(shù)為2.故只有故只有B選項正確，其他選項正確，其他選項都不符合實際選項都不符合實際 答案：答案：B 欄目鏈接欄目鏈接 名師點評：名師點評：解決本題的關(guān)鍵知道常見粒解決本題的關(guān)鍵知道常見粒子的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，能夠根據(jù)題目所給的子的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，能夠根據(jù)題目所給的信息進行分析信息進行分析變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接