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人教版高中物理选修3-5精选课件：19.8 粒子和宇宙

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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 1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克 TopQuark 的存在一基本粒子不基本粒子的分类 1 按自旋分类 2 共振态粒子寿命极短约10 23s 二发现新的粒子 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

2、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探测器宇宙从何而来大爆炸理论 TheBigBangTheory 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四宇宙的演化早在1929年埃德温哈勃作出了一个具有里程碑意义的

3、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 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

4、史大爆炸开始时150 200亿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粒子物理和宇宙学殊途同归五恒星的演化 1 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 练习

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