粤教版选修(3-5)4.7 小粒子与大宇宙 学案

4.7 小粒子与大宇宙 学案 【学习目标】 (1)初步了解恒星的演化． (2)初步了解粒子物理学的知识． 【学习重点】 宇宙演化过程的理解 【知识要点】 一、小粒子与大字宙的空间跨度 1．宇宙的起源 20世纪40年代，在大量天文学观测的基础上，物理学家提出了宇宙演化的大爆炸假说．它的主要观点是，宇宙是由一个超高温、超高密度的“原始火球"发生大爆炸而开始的．然后经历了从热到冷的演化，在这个时期里，宇宙不断地膨胀(也称暴胀)，宇宙物质从密到稀。当温度下降到几千度时，宇宙间主要是气态物质．后来气体逐渐凝聚成气云，并且进一步收缩形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙天体． 2．微观粒子 直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来发现了电子、质子和中子．随着科学家们的研究逐步发现了400多种不同的新粒子，它们不是质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身是复合粒子，并且还有着自己的复杂结构，所以电子、质子、中子并不是组成物质世界的基本粒子． 说明：对微观粒子分类如下表所示： 分类 参与的相互作用 发现的粒子 备 注 强子 强相互作用 质子、中子、介子、超子 质子是最早发现的强子强子有内部结构 轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子μ子中微子、т子、т子中微子 无内部结构 媒介子 各种相互作用 光子、玻色子、胶子 光子传递电磁相互作用玻色子传递弱相互作用胶子传递强相互作用 3．空间跨度 人类认识的空间可以分为三个层次：我们日常生活的空间为宏观层次，分子、原子大小发更小的空间为微观层次，地球大气层外浩淼的宇宙为字观层次．从微观空间到字观空间约从10-5到1027 m，共跨越了大约42个数量级． 二、小粒子与大宇宙的时间跨度 宇宙的寿命约为1018s，微观粒子的寿命最短的只有10-25 s，可见物质世界的时间尺度，约从018s到10-25s，共跨越了将近43个数量级． 三、统一场论 物理学向微观和宇观两个领域的研究今天得到了初步统一，物理学完整、和谐美在这里又得到了充：分体现．“物理学中研究最大和最小对象的两个分支…宇宙学和粒子物理学就奇妙地衔接在一起，犹如一条怪蟒咬住自己的尾巴．” 【典型例题】 例：已知π+介子、π-介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。 π+ π- u d 带电量 +e -e 下列说法正确的是（ ） A．π+由u和组成 B．π+由和d组成 C．π-由u和组成 D．π-由和d组成 解析：根据各种粒子带电情况，π的带应为u和d（“+”或“-”）所以选“AD” 归纳：基本粒子不基本（列出框架图） 点评：逐步突现物质世界的微观与宏观的和谐统一。 【当堂反馈】 1、目前普遍认为，质子和中子都由被称为μ夸克和d夸克的两类夸克组成，μ夸克带电量为2e/3，d夸克带电量为-e/3，e为元电荷，则下列论断可能的是（ ） A．质子由1个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和2个d夸克组成 B．质子由2个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和2个d夸克组成 C．质子由1个μ夸克和2个d夸克组成，中子由2个μ夸克和1个d夸克组成 D．质子由2个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和1个d夸克组成 2、介子衰变方程为：→π-+πo其中介子和π-介子带负的基元电荷，πo介子不带电，如图所示，一个介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧Ap，衰变后产生的π-介子的轨迹为圆弧pB,两轨迹在p点相切，它们半径Rk-与Rπ-之比为2：1（πo介子的轨迹未画出）由此可知π-的动量大小与πo的动量大小之比为（ ） A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．1：6 【参考答案】 1、B 2、C 【本章达标训练】 1．铀裂变的产物之一氪90（Kr）是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定 ... ...