人教版高中物理选修【3-5】《粒子和宇宙》ppt课件.ppt

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1、第十九章 原子核,第八节 粒子和宇宙,比比谁小,分子由_构成，不同原子构成_分子，相同原子构成_分子。原子是由位于中心的_和核外高速旋转的_构成的。（电子带_电，原子核带_电）原子核是由_和_构成的。（质子带_电，中子_电）质子和中子都是由_组成的。,原子,化合物,单质,原子核,电子,负,正,质子,中子,不带,夸克,正,盖尔曼（夸克）,道尔顿（原子）,汤姆逊（电子）,卢瑟福（质子）,查德威克（中子）,盖尔曼（夸克）,发现各种微粒的科学家,一、“基本粒子”不基本,1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在,二、发现新的粒子,粒子的分类,1. 按自旋分类,2. 共振态

2、粒子 寿命极短（约10-23s）,4. 按相互作用分类( 参与),正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量 ( 如电荷、磁矩等 ) 的符号相反。,引力子 自旋应为2、静止质量和电荷为零，以光速运动。,光子 自旋为1，是玻色子,3. 正粒子、反粒子,轻子（共12种）,中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。,说明,强子分类,K 介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象,协同产生: 一个超子总是和一个或几个K介子同时产生。,奇异粒子协同产生的过程极快(约为10-23s), 表明是在强 相互作用下进行的；而衰变过程很慢(寿命约为10-8 10-10s)， 表明是在弱相互作用下进行的。

3、,强子结构的夸克模型,强子结构夸克模型 (1964年 ) ： 介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）,粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t,三、夸克模型,1. 质子 (uud),电荷,重子数,奇异数,自旋,同位旋,2. 奇异粒子 （uus）,电荷,重子数,奇异数,自旋,3.+ 介子,重子数,电荷,奇异数,自旋,同位旋分量,四种基本相互作用,1. 四种基本相互作用的性质,相互作用是通过交换一定粒子实现的,引力子尚未被实验证实,弱电统一理论:电磁相互作用和弱相互作用被看作是一种相互作用。,大统一理论试图将强、电、弱三种相互作用统一起来。,1983年，鲁比亚实验组在高能质子反质子对撞试验中发现

4、了W +、W -和 Z0 粒子。为60年代提出的弱电统一理论提供了实验上的支持。,欧洲核子中心高能质子同步加速器上的UAI 探测器,四、宇宙的演化,宇宙从何而来？,大爆炸理论 (The Big Bang Theory)宇宙从一个“奇点”爆炸产生,大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生时间的零点,早在1929年，埃德温哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密

5、。 1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。整个空间可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。 根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子

6、核、原子乃至恒星系统得以相继出现。,大爆炸宇宙论,从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：大爆炸开始时 150200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。 大爆炸后10-43秒 宇宙从量子背景出现。 大爆炸后10-35秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。 大爆炸后10-5秒 10万亿度，质子和中子形成。 大爆炸后0.01秒 1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。 大爆炸后0.1秒后 300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。 大爆炸后1秒后 100亿度，中微子向

7、外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。 大爆炸后13.8秒后 30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。 大爆炸后35分钟后 3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。 大爆炸后30万年后 3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。,五、恒星的演化,粒子物理和宇宙学殊途同归,17(2004天津) 中子内有一个电荷量为+2e/3 的上夸克和两个电荷量为的 -1e/3 下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r 的同一圆周上，如图1所示。图2给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是:,A B C D,