8　粒子和宇宙

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1、高三物理选修3-5第十九章原子核第八节粒子与宇宙导学案【教学目标】1．初步了解粒子物理学的基础知识。2．初步了解恒星的演化。3．学生在学习中了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神。【教学重点】了解粒子的种类【教学难点】了解恒星的演化【自主学习】一、“基本粒子”不基本在19世纪末，人们认为光子、、和是组成物质的不可再分的最基本的粒子，并把它们叫做“基本粒子”。然而，随着科学的进一步发展，科学家们认识到这些粒子并不“基本”。这是因为，一方面，科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子，它们都不是由质子、中子、电子组成的；另一方面，科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。

2、所以，从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子。二、发现新粒子1．新粒子：1932年发现正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子；以后又发现了质量比质子大的叫做_____．2．反粒子：实验中发现，对应着许多粒子都存在着质量与它相同，而电荷等其他性质______这些粒子，叫做反粒子。例如，电子的反粒是正电子，质子的反粒子是反质子等。3．粒子分类：按照粒子与各种相互作用的关系分为三大类：______、轻子和________。粒子分类参考表格强子轻子媒介子介子重子电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子τ子中微子光子、中间玻色子、胶子π介子K介子质子、中子、超子三、

3、夸克模型1．什么是夸克：强子(质子、中子)有着自己复杂的结构，它们有更为基本的成分组成，科学家认为这种成分叫夸克。2．分类：上夸克、_______、奇异夸克、粲夸克、_______、顶夸克共有六种，它们带的电荷分别为元电荷的。每种夸克都有对应的反夸克。3．意义：夸克理论的最大突破是________不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。4．夸克禁闭：夸克不能以___________________，这种性质称为夸克的禁闭．。四、宇宙的演化1．研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙理论竟然相互沟通、相互支撑。2．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期。在大爆炸

4、之后约10-44s，那时的温度为1032K，产生了夸克、轻子、胶子等粒子。大爆炸后约10-6s，温度降到1013K左右，夸克构成了质子和中子等强子，成为强子时代。再晚一些时候，温度下降到1011K时，只剩下少量夸克，而自由的光子、中微子和电子等轻子大量存在，此时代称为轻子时代。当温度下降到109K时，中子和质子结合成氘核，并很快生成氦核，同时有氚核、氦3等轻核及其他轻核生成，此时成为核合成时代。大爆炸一万年之后，温度降到了104K，此时的宇宙由电子、质子和氦核的混合电离气体组成。当温度降到3000K时，电子与质子复合成为中性的氢原子。继续冷却，质子、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和

5、星系。3．宇宙演化过程的示意图：大爆炸→夸克、轻子、胶子等→强子时代→轻子时代→核合成时代→电子与质子复合成氢原子→形成恒星和星系。五、恒星的演化1．根据大爆炸宇宙学，大爆炸10万年后，温度下降到了3000K左右，出现了由中性原子构成的宇宙尘埃。某些尘埃间的距离相对近些，由于万有引力的作用，形成了更密集的尘埃。尘埃像滚雪球一样越滚越大，形成了气体状态的星云团。星云团的进一步凝聚使得引力势能转化为内能，温度升高。温度上升到一定程度就开始发光。于是，恒星诞生了。这颗星继续收缩、继续升温。当温度超过107K时，氢通过热核反应成为氦，释放的核能主要以电磁波的形式向外辐射。辐射产生的向外的压力与引

6、力产生的收缩压力平衡，这时停留的时间最长。太阳目前正处于这一阶段的中期。再过50亿年后，当恒星核心部分的氢大部分聚变为氦以后，核反应变弱，辐射压力下降，星核在引力作用下收缩。这时引力势能产生的热将使温度升的更高，于是发生核核聚合成碳核的聚变反应。类似的过程一波接一波地继续下去，出现了氧、硅，直到铁等更重的元素。恒星在这个阶段要经历多次膨胀与收缩，光度也会反复变化。当各种热核反应都不在发生时，由热核反应维持的辐射压力也消失了。星体在引力作用下进一步收缩，中心密度达到极大。2．恒星的最后归宿是：质量小于太阳质量的1.4倍的恒星会演变成_______，即体积很小，质量不太小的恒星。如果恒星的质

7、量大于1.4倍小于2倍太阳质量，会演变成________。当恒星的质量更大时，会演变成更为神奇的天体——黑洞。3．恒星演化过程的示意图：宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合成氦核→氦核聚合成碳核→其他聚变过程→无聚变反应，形成白矮星或中子星或黑洞。【随堂练习】1．下列关于原子的说法正确的是（）A．原子是构成一切物质的基本粒子B．原子是一切变化中的最小粒子C．原子是不能再分的粒子D．原子的质量约等于原子核内质子和中子质量之和2．有关夸