2018-2019學(xué)年高中物理 第十九章 原子核 19.8 粒子和宇宙課件 新人教版選修3-5.ppt

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1、第十九章 原子核 第8節(jié) 粒子和宇宙,比比誰小,分子由______構(gòu)成,不同原子構(gòu)成_______分子,相同原子構(gòu)成_______分子。 原子是由位于中心的_______和核外高速旋轉(zhuǎn)的______構(gòu)成的。 (電子帶___電,原子核帶___電) 原子核是由_____和_____構(gòu)成的。 (質(zhì)子帶___電,中子_______電) 質(zhì)子和中子都是由_____組成的。,原子,化合物,單質(zhì),原子核,電子,負(fù),正,質(zhì)子,中子,不帶,夸克,正,,蓋爾曼 (夸克),,,道爾頓 (原子),湯姆遜 (電子),盧瑟福(質(zhì)子),查德威克(中子),蓋爾曼 (夸克),,,,發(fā)現(xiàn)各種微粒的科學(xué)家,1995美國費米國家加速

2、器實驗室證實了頂夸克(Top Quark)的存在,一、“基本粒子”不基本,粒子的分類,1、按自旋分類,2、共振態(tài)粒子— 壽命極短(約10-23s),二、發(fā)現(xiàn)新的粒子,4、按相互作用分類(+ —— 參與),正、反粒子物理量的絕對值都相同,但某些物理量 ( 如電荷、磁矩等 ) 的符號相反。,引力子:自旋應(yīng)為2、靜止質(zhì)量和電荷為零,以光速運動。,光子:自旋為1,是玻色子,3、正粒子、反粒子,輕子(共12種),中微子系中性粒子,質(zhì)量為零,只參與弱相互作用。,說明,強子分類,K 介子和各種超子稱為奇異粒子。試驗中發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象,協(xié)同產(chǎn)生: 一個超子總是和一個或幾個K介子同時產(chǎn)生。,奇異粒子協(xié)同產(chǎn)生的過程極

3、快(約為10-23s), 表明是在強 相互作用下進(jìn)行的;而衰變過程很慢(壽命約為10-8 ~ 10-10s), 表明是在弱相互作用下進(jìn)行的。,強子結(jié)構(gòu)的夸克模型,下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s,強子結(jié)構(gòu)夸克模型 (1964年 ) : 介子(夸克和反夸克組成) 重子(三個夸克組成),粲夸克 c 底夸克 b 頂夸克 t,三、夸克模型,1、質(zhì)子 (uud),電荷,重子數(shù),奇異數(shù),自旋,同位旋,2、奇異粒子 (uus),電荷,重子數(shù),奇異數(shù),自旋,3.π+ 介子,重子數(shù),電荷,奇異數(shù),自旋,同位旋分量,四種基本相互作用,1、四種基本相互作用的性質(zhì),相互作用是通過交換一定粒子實現(xiàn)的,引力子尚未

4、被實驗證實,弱電統(tǒng)一理論:電磁相互作用和弱相互作用被看作是一種相互作用。,大統(tǒng)一理論試圖將強、電、弱三種相互作用統(tǒng)一起來。,1983年,魯比亞實驗組在高能質(zhì)子—反質(zhì)子對撞試驗中發(fā)現(xiàn)了W +、W -和 Z0 粒子。為60年代提出的弱電統(tǒng)一理論提供了實驗上的支持。,歐洲核子中心高能質(zhì)子同步加速器上的UAI 探測器,宇宙——從何而來?,大爆炸理論 (The Big Bang Theory) 宇宙從一個“奇點”爆炸產(chǎn)生,大爆炸是在無限的宇宙各處同時產(chǎn)生 時間的零點,,,四、宇宙的演化,早在1929年,埃德溫哈勃作出了一個具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn),即不管你往哪個方向看,遠(yuǎn)處的星系正急速地遠(yuǎn)離我們而去。換言之

5、,宇宙正在不斷膨脹。這意味著,在早先星體相互之間更加靠近。事實上,似乎在大約100億至200億年之前的某一時刻,它們剛好在同一地方,所以哈勃的發(fā)現(xiàn)暗示存在一個叫做大爆炸的時刻,當(dāng)時宇宙無限緊密。 1950年前后,伽莫夫第一個建立了熱大爆炸的觀念。這個創(chuàng)生宇宙的大爆炸不是習(xí)見于地球上發(fā)生在一個確定的點,然后向四周的空氣傳播開去的那種爆炸,而是一種在各處同時發(fā)生,從一開時就充滿整個空間的那種爆炸,爆炸中每一個粒子都離開其它每一個粒子飛奔。事實上應(yīng)該理解為空間的急劇膨脹。"整個空間"可以指的是整個無限的宇宙,或者指的是一個就象球面一樣能彎曲地回到原來位置的有限宇宙。 根據(jù)大爆炸宇宙論,甚早期的宇

6、宙是一大片由微觀粒子構(gòu)成的均勻氣體,溫度極高,密度極大,且以很大的速率膨脹著。這些氣體在熱平衡下有均勻的溫度。這統(tǒng)一的溫度是當(dāng)時宇宙狀態(tài)的重要標(biāo)志,因而稱宇宙溫度。氣體的絕熱膨脹將使溫度降低,使得原子核、原子乃至恒星系統(tǒng)得以相繼出現(xiàn)。,大爆炸宇宙論,從1948年伽莫夫建立熱大爆炸的觀念以來,通過幾十年的努力,宇宙學(xué)家們?yōu)槲覀児串嫵鲞@樣一部宇宙歷史: 大爆炸開始時 150-200億年前,極小體積,極高密度,極高溫度。 大爆炸后10-43秒 宇宙從量子背景出現(xiàn)。 大爆炸后10-35秒 同一場分解為強力、電弱力和引力。 大爆炸后10-5秒 10萬億度,質(zhì)子和中子形成。 大爆炸后0.01秒 1000億

7、度,光子、電子、中微子為主,質(zhì)子中子僅占10億分之一,熱平衡態(tài),體系急劇膨脹,溫度和密度不斷下降。 大爆炸后0.1秒后 300億度,中子質(zhì)子比從1.0下降到0.61。 大爆炸后1秒后 100億度,中微子向外逃逸,正負(fù)電子湮沒反應(yīng)出現(xiàn),核力尚不足束縛中子和質(zhì)子。 大爆炸后13.8秒后 30億度,氘、氦類穩(wěn)定原子核(化學(xué)元素)形成。 大爆炸后35分鐘后 3億度,核過程停止,尚不能形成中性原子。 大爆炸后30萬年后 3000度,化學(xué)結(jié)合作用使中性原子形成,宇宙主要成分為氣態(tài)物質(zhì),并逐步在自引力作用下凝聚成密度較高的氣體云塊,直至恒星和恒星系統(tǒng)。,粒子物理和宇宙學(xué)殊途同歸,五、恒星的演化,例1、中子內(nèi)有一個電荷量為+2e/3 的上夸克和兩個電荷量為的 -1e/3 下夸克,一簡單模型是三個夸克都在半徑為r 的同一圓周上,如圖1所示。圖2給出的四幅圖中,能正確表示出各夸克所受靜電作用力的是:,A. B. C. D.,

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