高中物理5 “基本”粒子导学案

这是一份高中物理5 “基本”粒子导学案，共7页。学案主要包含了“基本”粒子，发现新粒子，粒子的分类，夸克与粒子物理标准模型等内容，欢迎下载使用。


1.了解粒子的发现史.
2.知道粒子的分类及特点.
3.了解夸克模型．
一、“基本”粒子
1．人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”．
2．随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构．
二、发现新粒子
1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子等．
三、粒子的分类
1．强子：是参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用的粒子．质子和中子都是强子．
2．轻子：不参与(填“参与”或“不参与”)强相互作用．电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子．
3．规范玻色子：是传递各种相互作用的粒子，如光子，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子．
4．希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发．
四、夸克与粒子物理标准模型
1．夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克．
2．粒子物理标准模型是一整套关于粒子的理论．其中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子．
3．夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)．
4．夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的＋eq \f(2,3)或－eq \f(1,3).例如，上夸克带的电荷量为＋eq \f(2e,3)，下夸克带的电荷量为－eq \f(e,3).
5．意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷．
一、单选题
1．一颗恒星的寿命取决于它的（ ）
A．体积B．质量C．亮度D．温度
2．下列说法正确的是（ ）
A．聚变是裂变的逆反应
B．核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量
C．轻核聚变比裂变更为安全、清洁
D．强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子
3．以下说法正确的是（ ）
A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子
B．质子、中子、介子和超子都属于强子
C．现代实验发现强子、轻子都有内部结构
D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子
4．关于原子物理知识方面，下列说法正确的是（ ）
A．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
B．盖革—米勒计数器不仅能用来计数，还能区分射线的种类
C．质子、中子、电子都参与强相互作用
D．原子中电子的坐标没有确定的值，只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率
5．中子内有一个电荷量为的上夸克和两个电荷量为的下夸克，假设三个夸克都在半径为的同一圆周上，如图所示，则下列四幅图中能正确表示出各夸克所受静电作用力的是（ ）
B．
C． D．
6．一个静止的放射性同位素的原子核衰变为，另一个也静止的天然放射性元素的原子核衰变为，在同一磁场中得到衰变后粒子的运动轨迹1、2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是（ ）
A．电子、、、正电子
B．、电子、正电子、
C．、正电子、电子、
D．正电子、、、电子
二、填空题
7．仙女座星系是人们能用肉眼看到的最遥远的天体，但由于光速有限，你看到来自那里的光线，实际上已经在太空中行进了_________年，因此观察遥远的天体就等于在观察__________________．宇宙很大，所以计算天体间的距离时常用_________作为单位，它等于_________．
8．恒星离我们的距离非常遥远，但是我们可以利用地球绕太阳运动的圆形轨道直径作为基线，通过几何方法来测量恒星的距离。这种方法叫做_____。图中恒星A是我们想要测量其距离的星体。B、C、D是相对比较远的恒星，在1月到7月间几乎看不出移动过，而A的相对位置在这半年里看上去却发生了变化。图中的θ角就称为_____。
参考答案
1．B
【详解】
恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星内部的核反应就更加剧烈。所以B正确；ACD错误；
故选B。
2．C
【详解】
A．聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A错误；
B．实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，故B错误；
C．实现聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外，聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处理，故C正确；
D．质子是最早发现的强子，故D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，A错误；
C．强子有内部结构，由夸克组成，现代实验还没有发现轻子的内部结构，C错误；
BD．质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，D错误，B正确。
故选B。
4．D
【详解】
A．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短方向移动，A错误；
B．盖革—米勒计数器只能来计数，不能区分射线的种类，因为不同的射线在盖革-米勒计数器中产生的脉冲现象相同，B错误；
C．电子不能参与强相互作用，C错误；
D．氢原子核外电子的轨道是量子化的，结合测不准原理可知，电子的轨道是测不准的，其轨道只能是在一定的范围内出现的概率的大小，即电子云，D正确。
故选D。
5．B
【详解】
对电荷量为的上夸克，它受到电荷量为的两个下夸克等大的静电力作用，由对称性得，上夸克所受静电力竖直向下，对电荷量为的下夸克，另一个下夸克对它的静电力为
上夸克对它的静电力
方向沿着连线方向，由几何关系可知
因此F与的合力方向竖直向上，且有
如下图所示
同理可知，另一个下夸克所受静电力的合力也竖直向上，综上所述，B正确。
故选B。
6．B
【详解】
放射性元素放出正电子时，正粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆．而放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆．放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒．由半径公式，可得轨迹半径与动量成正比，与电量成反比，而正电子和β粒子的电量比反冲核的电量小，则正电子和β粒子的半径比反冲核的半径都大，故轨迹1、2、3、4依次是：、电子、正电子、，故B正确，ACD错误．
7．200万 宇宙的过去 光年
【详解】
[1]仙女座星系离地球大约200万光年，看到来自那里的光线，实际上已经在太空中行进了200万年，因此观察遥远的天体就等于在观察宇宙的过去；
[2]由于距离太远，因此常用光年作单位；
[3]光年是光一年走过的距离
8．视差测距法 周年视差
【详解】
[1] [2]地球上观测恒星有视差现象．此时基线就是地球轨道的直径，被观测恒星的视差就是太阳、恒星与地球所形成的内角P，随着地球公转，恒星就如图所示出现周年视差运动，恒星距离我们愈近（d），视差p就愈大，反之亦然．这种观测的方法我们称为视差测距法，由于对应的视差是半年时间内的，故此角度称为周年视差。
发现时间
1932年
1937年
1947年
20世纪60年代后
新粒子
反粒子
μ子
K介子与π介子
超子
基本特点
质量、寿命、自旋等物理性质与对应粒子相同，而电荷等其他性质相反
比质子的质量小
质量介于电子与质子之间
质量比质子大
分类
参与的相互作用
发现的粒子
备注
强子
参与强相互作用
质子、中子等
强子有内部结构，由“夸克”构成
轻子
不参与强相互作用
电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子
未发现内部结构
规范玻色子
传递各种相互作用
光子、中间玻色子、胶子等
光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用
希格斯玻色子
是希格斯场的量子激发