高中物理 第19章 第8節(jié) 粒子和宇宙課件 新人教版選修3-5.ppt

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第十九章原子核 第8節(jié)粒子和宇宙 欄目鏈接 學習目標 1 知道什么是 基本粒子 為什么它不基本 2 粒子的分類及其夸克模型的概念 3 初步了解恒星的演化 宇宙的演化 初步了解粒子物理學的基礎知識 1 基本粒子 不基本 1 19世紀末 許多人認為光子 電子 質子和中子是組成物質的不可再分的最基本粒子 2 從20世紀起科學家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了400多種同種類的新粒子 它們不是由質子 中子 電子組成的 3 科學家進一步發(fā)現(xiàn)質子 中子 電子等本身也是復合粒子 且還有著復雜的結構 4 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具 欄目鏈接 2 粒子的分類 按照粒子與各種相互作用的關系 可以將粒子分為三大類 強子 輕子和媒介子 1 強子 強子是參與強相互作用的粒子 如質子是最早發(fā)現(xiàn)的強子 強子又分為介子和重子兩類 2 輕子 輕子是不參與強相互作用的粒子 如電子 中微子 子 子等 3 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 欄目鏈接 3 反粒子 反物質 實驗發(fā)現(xiàn) 許多粒子都有和它質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 質子和反質子等 由反粒子構成的物質叫反物質 反粒子 反物質 最顯著的特點是當它們與相應的正粒子 物質 相遇時 會發(fā)生 湮滅 即同時消失而轉化成其他的粒子 4 夸克模型 1 夸克的提出 許多實驗事實表明 強子是有內部結構的 1964年提出的夸克模型 認為強子由更基本的成分組成 這種成分叫作夸克 2 夸克的分類 夸克有6種 它們是上夸克 下夸克 奇異夸克 粲夸克 底夸克 頂夸克 它們帶的電荷分別為元電荷的 或 每種夸克都有對應的反夸克 3 夸克模型的意義 夸克模型的提出是物理學發(fā)展中的一個重大突破 它指出電子電荷不再是電荷的最小單元 即存在分數(shù)電荷 嘗試應用1 中子內有一個電荷量為的上夸克和兩個電荷量為 e的下夸克 一簡單模型是三個夸克都在半徑為r的同一圓周上 上圖所示 在下圖給出的四幅圖中 能正確表示出各夸克所受靜電作用力的是 B 解析 本題考查的是庫侖力的大小 方向及力的合成 明確每個夸克皆受兩個力的作用 電荷量為的上夸克受兩個下夸克的吸引力 合力的方向一定向下 對其中一個下夸克 受力如圖所示 由于F1的水平分力與F2大小相等 方向相反 故F1與F2的合力的方向豎直向上 欄目鏈接 1 宇宙的演化 20世紀40年代 在大量天文學家觀測的基礎上 物理學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 原始火球 發(fā)生大爆炸而開始的 然后經歷了從熱到冷的演化 在這個時期里 宇宙不斷地膨脹 也稱暴脹 宇宙物質從密到稀 當溫度下降到幾千攝氏度時 宇宙間主要是氣態(tài)物質 后來氣體逐漸凝聚成氣云 并且進一步收縮形成各種各樣的恒星體系 成為我們今天看到的宇宙天體 2 恒星的演化 密度很低的星際物質逐漸形成星云 大塊的星云由于引力作用而收縮逐漸凝成原恒星 原恒星繼續(xù)收縮 溫度不斷升高 發(fā)生熱核反應 當熱核反應產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 當核能源供應不足時 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 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 這時恒星便演化為紅巨星或新星 當恒星核能耗盡時 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 嘗試應用2 現(xiàn)在科學家們正在設法探尋 反物質 所謂 反物質 是由 反粒子 構成的 反粒子 與其對應的正粒子有相同的質量和相同的電荷量 但電荷符號相反 據(jù)此 若有反 粒子 它的質量數(shù)和電荷數(shù)分別為 B A 4 2B 4 2C 4 2D 4 2解析 因 反粒子 與其對應的正粒子具有相同的質量 相同的電荷量 但電荷的符號相反 所以 反 粒子質量數(shù)為4 電荷數(shù)為 2 故只有B選項正確 其他選項都不符合實際 多選 在研究宇宙發(fā)展演變的理論中 有一種說法叫做 宇宙膨脹說 認為引力常量G在緩慢地減小 根據(jù)這種理論 在太陽系中地球的公轉軌道半徑 周期 速率與很久很久以前相比變化的情況是 A 太陽系中地球公轉的軌道半徑比現(xiàn)在大B 周期比現(xiàn)在小C 速率比現(xiàn)在小D 太陽系中地球公轉的軌道半徑比現(xiàn)在小 審題指導 1 選擇地球繞太陽做勻速圓周運動作為研究系統(tǒng) 根據(jù)萬有引力提供向心力 推導出地球運行周期 線速度 角速度公式 2 根據(jù)周期 線速度 角速度公式分析與運動半徑的關系 注意萬有引力常數(shù)G的變化 解析 根據(jù) 宇宙膨脹說 宇宙是由一個大爆炸的火球開始形成的 大爆炸后各星球即以不同的速度向外運動 這種學說認為地球離太陽的距離逐漸增加 即公轉半徑逐漸增大 故A錯誤 D正確 研究地球繞太陽做勻速圓周運動 根據(jù)萬有引力提供向心力 列出等式 得 這種學說認為萬有引力常量G在緩慢地減小 所以T在增大 所以太陽系中地球的公轉情況與現(xiàn)在相比公轉周期T較小 故B正確 研究地球繞太陽做勻速圓周運動 根據(jù)萬有引力提供向心力 列出等式得 所以太陽系中地球的公轉情況與現(xiàn)在相比公轉速率v較大 故C錯誤 答案 BD 變式訓練1 科學家試圖模擬宇宙大爆炸初的情境 他們使兩個帶正電的不同的重離子加速后 沿同一條直線相向運動而發(fā)生猛烈碰撞 為了使碰撞前的動能盡可能多地轉化為其他形式的能 關鍵是設法使這兩個重離子在碰撞前的瞬間具有相同大小的 C A 速率B 質量C 動量D 動能 解析 碰撞后盡可能多的動能轉化為內能 也就是在碰撞過程中損失的機械能盡可能多 在完全非彈性碰撞中 碰撞后兩粒子粘在一起時 粒子損失的機械能最多 而在碰撞過程中遵循動量守恒定律可知 碰撞前系統(tǒng)的總動量為零則碰撞后系統(tǒng)的總動量亦為零 所以本題關鍵是設法使這兩個重離子在碰撞前瞬間具有大小相等方向相反的動量 這樣可以保證碰撞后粒子的動能最小 關于天然放射現(xiàn)象 自然過程和宇宙 下列說法中不正確的是 A 1903年英國物理學家湯姆孫在研究鈾礦的熒光效應時首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象B 三種放射線中 射線的電離作用最強 穿透本領最弱C 大量事實表明 自然界中的一切實際變化過程都具有方向性 朝某個方向的變化是可以自發(fā)發(fā)生的 相反方向的變化卻是受到限制的 D 從地球上看月球 總是看到相同的一些月海 因為月球總是以同一個面對著地球 審題指導 1 射線是氦原子核 射線是電子流 射線是電子躍遷產生的光子流 放射性元素的放射性由其本身決定 2 一切自發(fā)進行的與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程 都具有方向性 擴散 熱傳遞等現(xiàn)象具有方向性 3 月球自轉的同時還在繞地球公轉 由于自轉周期和公轉周期相等 故一面總是對著地球 解析 1896年 法國物理學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn) 鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線 這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光 故A錯誤 三種放射線中 射線的電離作用最強 穿透本領最弱 一張紙片就可以擋住 故B正確 大量事實表明 自然界中的一切實際變化過程都具有方向性 朝某個方向的變化是可以自發(fā)發(fā)生的 相反方向的變化卻是受到限制的 故C正確 月球的公轉周期與自轉周期相同 故從地球上看月球 總是看到相同的一些月海 月球總是以同一個面對著地球 故D正確 答案 A 欄目鏈接 變式訓練2 關于粒子和宇宙 下列說法中正確的是 B A 質子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子是有結構的B 2011年的諾貝爾物理學獎授予 發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹 的三位科學家C 宇宙是一個有層次的天體結構系統(tǒng) 太陽是宇宙的中心D 氣體分子間有空隙 固體分子間沒有空隙 解析 本題考查內容有 分子動理論 人類對宇宙的認識 原子結構等 原子又是由原子核與核外電子組成的 電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子是有結構的 故A說法錯誤 2011年的諾貝爾物理學獎授予 發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹 的三位科學家 故B說法正確 宇宙是一個有層次的天體結構系統(tǒng) 宇宙是無限大的 太陽不是宇宙的中心 故C說法錯誤 氣體分子間有空隙 固體分子間也有間隙 故D說法錯誤 下列說法中正確的是 A 在天空中呈現(xiàn)暗紅色的恒星的溫度比呈現(xiàn)白色的恒星的溫度高B 太陽發(fā)出的光和熱來自于太陽上碳 氧等物質的燃燒C 太陽系中距離太陽越近的行星 公轉速度越小D 由于光速有限 因此觀察遙遠的天體就等于在觀察宇宙的過去 審題指導 1 發(fā)光能力既和表面溫度有關 也和發(fā)光面積有關 恒星的顏色是由溫度決定的 溫度越低 顏色越偏紅 溫度越高 顏色越偏藍 2 太陽能夠釋放的能量很多 主要取決于內部發(fā)生的核聚變 向外界不斷地釋放光和熱 解析 恒星的顏色是由溫度決定的 溫度越低 顏色越偏紅 溫度越高 顏色越偏藍 在天空中呈現(xiàn)暗紅色的恒星的溫度比呈現(xiàn)白色的恒星的溫度低 故A錯誤 太陽發(fā)出的光和熱來自于在太陽內部進行著大規(guī)模的核聚變釋放的能量 故B錯誤 欄目鏈接 根據(jù)萬有引力提供向心力得 v 得太陽系中距離太陽越近的行星 公轉速度越大 故C錯誤 由于光速有限 因此觀察遙遠的天體就等于在觀察宇宙的過去 故D正確 答案 D 變式訓練3 下列關于宇宙及星系的說法中正確的是 D A 銀河系是一種漩渦狀的系星 太陽系就位于漩渦的中心B 太陽系中距離太陽越近的行星繞太陽公轉速度越小 C 宇宙中恒星都是不動的星球 行星都是繞著恒星運動的D 宇宙中恒星是有壽命的 每一顆恒星都有其誕生 存在和死亡的過程 一顆恒星的壽命取決于它的質量解析 銀河系是一種漩渦狀的系星 太陽系不是漩渦的中心 A錯 由線速度公式v 可知太陽系中距離太陽越近的行星繞太陽公轉速度越大 B錯 宇宙中的恒星在一個特定位置周圍振動 C錯