物理选择性必修 第三册5 “基本”粒子学案

5　“基本”粒子

[学习目标]　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．随着科学的进一步发展，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．

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．

判断下列说法的正误．

(1)目前，人们认为粒子界由夸克、强子、轻子构成．(　×　)

(2)强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子．(　√　)

(3)电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子．(　×　)

(4)夸克的带电荷量是电子电荷量的整数倍．(　×　)

一、新粒子的发现及分类

1．新粒子的发现

2.粒子的分类

现在，科学家们正在设法探寻“反物质”．所谓“反物质”，是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相等的电荷量，但电荷的符号相反，据此，若有反α粒子，它的质量数为________，电荷数为________．

答案　4　－2

解析　α粒子质量数为4，电荷数为＋2，根据反物质的概念可知反α粒子的质量数为4，电荷数为－2.

(2021·安徽芜湖高二月考)K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的元电荷，π0介子不带电．一个K－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，它们的半径RK－与Rπ－之比为2∶1，如图1所示，π0介子的轨迹未画出，由此可知π－介子的动量大小与π0介子的动量大小之比为(　　)

图1

A．1∶1   B．1∶2

C．1∶3   D．1∶6

答案　C

解析　因为RK－＝，Rπ－＝，它们的半径RK－与Rπ－之比为2∶1，所以＝，K－介子在P点发生衰变，衰变后π－介子的运动方向与K－介子相反，衰变过程根据动量守恒定律有：pK－＝－pπ－＋pπ0，解得pπ0＝pK－＋pπ－＝3pπ－，所以有＝，故选C.

二、夸克模型

1．夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由夸克构成的．

2．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)．

3．夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的＋或－.例如，上夸克带的电荷量为＋，下夸克带的电荷量为－.

4．意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷．

(2021·辽宁抚顺高二月考)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．

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

答案　D

解析　根据各种粒子带电情况，π＋的带电荷量为＋e，故由u和组成；π－的带电荷量为－e，故由和d组成.

1．(粒子及其分类)关于粒子，下列说法正确的是(　　)

A．轻子就是质量很轻的粒子

B．强子都是带电粒子

C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论

D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位

答案　D

解析　轻子是不参与强相互作用的粒子，故A错误；夸克模型是探究强子结构的理论，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故B、C错误；不同夸克带电荷量不同，可能为＋e或－e，夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故D正确．

2．(粒子及其分类)关于粒子，下列说法中正确的是(　　)

A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子

B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用

C．强子、轻子都由夸克组成

D．许多粒子都存在反粒子

答案　D

解析　质子、中子本身有复杂结构，选项A错误；τ子的质量比核子的质量大，但它属于轻子，不参与强相互作用，选项B错误；现代实验还没有发现轻子的内部结构，选项C错误．

3．(夸克模型)(2021·湖北黄石高二月考)目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的．u夸克带的电荷量为e，d夸克带的电荷量为－e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是(　　)

A．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成

D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成

答案　B

解析　质子H带的电荷量为2×e＋(－e)＝e，中子n带的电荷量为e＋2×(－e)＝0，故B项正确．

4．(综合应用)(2020·海安高级中学高二月考)太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子．若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向(　　)

A．一定与μ子同方向

B．一定与μ子反方向

C．一定与μ子在同一直线上

D．不一定与μ子在同一直线上

答案　C

解析　根据题中给出的信息，中微子在衰变过程中分裂为μ子和τ子，符合动量守恒定律，mv0＝mμvμ＋mτvτ，因此mτvτ＝mv0－mμvμ，当μ子与中微子速度方向相同时，则τ子运动方向与μ子运动方向只能是同向或反向，即在同一直线上，但由于不知道中微子和μ子的动量大小，因此具体方向无法判断，所以A、B、D错误，C正确．