物理选择性必修 第三册“基本”粒子导学案

这是一份物理选择性必修 第三册“基本”粒子导学案，共9页。
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Hi，在开始挑战之前，先来热下身吧！
同学们，从20 世纪30 年代以来，人们在对宇宙线的研究中陆续发现了一些新的粒子。让我们一起来学习一下。
▪◆学习任务
（一）读教材，首战告捷
让我们一起来阅读教材，并做好色笔区分吧。
（二） 试身手， 初露锋芒
让我们来试试下面的问题和小练习吧。
问题1.________年发现了正电子，_________年发现了μ 子，________年发现了K介子和π介子。
。
问题2粒子的分类?

练习 1．目前普遍认为，原子核中的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夸克带电荷量为+，d夸克带电荷量为，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1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1个u夸克和1个d夸克组成
练习2．查阅资料，了解什么是“基本粒子”。在历史上，人们关于基本粒子的概念是怎样演变的？
（三）攻难关，自学检测
让我们来挑战吧！你一定是最棒的！
2 . 按照现代的粒子理论，可以将粒子分为三大类：媒介子、轻子和强子，质子和中子属于强子．强子是由更基本的粒子﹣﹣夸克组成．根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇夸克、璨夸克、底夸克和顶夸克．它们的带电量分别为±e或±e，电荷量e为元电荷．已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成．则下列说法不正确的是 （ ）
A．上夸克的电荷量为+eB．下夸克的电荷量为﹣e
C．上夸克的电荷量为﹣eD．下夸克的电荷量为+e
E．上夸克的电荷量为+e
（四）找规律，方法总结
夸克与粒子物理标准模型
测一测，大显身手《“基本”粒子》试题
一．选择题（共4小题）
1．1951年，物理学家发现了“电子偶数”，所谓“电子偶数”，就是由一个负电子和一个正电子绕它们的质量中心旋转形成的相对稳定的系统。已知正、负电子的质量均为me，
普朗克常量为h，静电力常量为k．假设“电子偶数”中，正、负电子绕它们质量中心做匀速圆周运动的轨道半径r、运动速度v及电子的质量满足玻尔的轨道量子化理论：2mevr＝nh/(2π)，n＝l，2，…，“电子偶数”的能量为正、负电子运动的动能和系统的电势能之和，已知两正、负电子相距为L时系统的电势能为则n＝1时“电子偶数”的能量为＿＿＿.
A．
B．
C．
D．
2．1930年，中国物理学家赵忠尧在实验中发现：高能量的射线在铅中具有很强的吸收能力，同时还伴随着一种“额外散射”大约是0.5MeV光子，这是历史性的重大发现，但当时出现了某种评价上的失误，使赵忠尧那篇论文没有得到应有的评价，20世纪90年代著名物理学家杨振宇，撰写专文澄清事实，以正视听。
后来证实，赵忠尧的“额外散射”与正、负电子湮灭转化为光子有关，当然光子也能转变为一对正、负子（如图所示的右上方为气泡室中正、负电子对的径迹）试从能量转化的角度计算要转化为一对正、负电子，每个光子的频率至少应＿＿＿（电子质量m＝9.1×10－31kg，h＝6.63×10－34J·s）
A．2.12×1020HzB．2.23×1020HzC．2.36×1020HzD．2.47×1020Hz
3．科学家发现太空中γ射线一般都是从很远的星体放射出来的,当γ射线爆发时,在数秒钟所产生的能量,相当于太阳在过去的一百亿年所发出的能量的总和的一千倍左右,大致等于太阳全部质量所对应的能量的总和.科学家利用超级计算机对γ射线爆发的状态进行了模拟,经过模拟,发现γ射线爆发是起源于一个垂死的星球的"坍塌"的过程,只有星球"坍塌"时才可以发出这么巨大的能量.已知太阳光照射到地球上大约需要8min时间,由此来估算:宇宙中,一次γ射线爆发所放出的能量为＿＿＿＿(G＝6.67×10－11N·m2/kg2,结果保留两位有效数字).
A．1.2×1047JB．1.4×1047JC．1.6×1047JD．1.9×1047J
4．20世纪30年代以来，人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现了一些新的粒子，K介子和π介子就是科学家在1947年发现的．K﹣介子的衰变方程为 K﹣→π0+π﹣，其中K﹣介子和π﹣介子带负电，电荷量等于基元电荷电量，π0介子不带电．如图所示，一个K﹣介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为图中的圆弧虚线，K﹣介子衰变后，π0介子和π﹣介子的轨迹可能是（ ）
A．B．
C．D．
5．关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是（ ）
A．许多粒子都有自己的反粒子
B．把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各种相互作用的关系
C．质子属于强子
D．光子属于轻子
E．τ子的质量比核子的质量大，因此它属于强子

试身手， 初露锋芒
练习 1．【答案】B
【解析】解：由质子带一个单位正电荷，中子不带电，设质子中u夸克、d夸克个数分别是x、y，x、y取正整数，则x×+y×（）＝1，解得x＝2、y＝1；设中子中u夸克d夸克个数分别是m、n，m、n取正整数。
m×（）+n×（）＝0，解得m＝1、n＝2，故选：B。
练习2．
【解析】解：粒子的概念
（1）“基本粒子”不基本
①传统的“基本粒子”：光子、电子、质子和中子。
②“基本粒子”不基本的原因
科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子。
科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。
（2）发现新粒子
①新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子及以后发现的超子、反粒子等。
②分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为：强子、轻子和媒介子。
（3）夸克模型
①夸克模型的提出：1964年美国物理学家提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。
②分类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷分别为元电荷的+或，每种夸克都有对应的反夸克。
③意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
故答案为：答案见解析。
攻难关，自学检测
1.【答案】AD
【解析】解：由题意可知，带电量为+e，故由u和组成；带电量为-e，故由d和组成组成，故AD正确，BC错误。
故选：AD。
2.【答案 】CDE．
【解析】解：由题意可知，质子带电量为+e，且一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，即为2×（+）﹣＝+e；
同理，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成，即为2×（﹣）+＝0；故AB正确，CDE错误，
本题选择错误的，故选：CDE。
测一测，大显身手《“基本”粒子》试题
1.【答案】A
【解析】解：由于正、负电子质量相等，故两电子的轨道半径相等，设为r，
则正负电子之间相距为2r，速度均为v，则有
故选：A。
2.【答案】D
【解析】解：因爱因斯坦质能方程可得，要转化为一对正、负电子所需要的
能量为：
故选：D。
3.【答案】C
【解析】解：已知地球绕太阳运行的周期T＝365×24×3600s，地球到达太阳
的距离为ct，而地球绕太阳近似地做匀速圆周运动，设地球的质量为m，太
阳的质量为M太，则
故选：C。
4.【答案】A
【解析】解：A、由图可知，K﹣介子沿垂直于磁场的方向沿圆弧虚线进入磁
场，由于K﹣介子带负电，则由左手定则让磁感线穿过掌心，四指所指负电荷
的运动方向，大拇指所指方向的反方向即为洛伦兹力的方向。K﹣介子衰变后，
π0介子不带电，因此沿原方向做匀速直线运动，而π﹣介子带负电，运动方向
与π0介子方向相反，所以选项A正确；
由图可知，K﹣介子沿垂直于磁场的方向沿圆弧虚线进入磁场，由于K﹣介
子带负电，则由左手定则让磁感线穿过掌心，四指所指负电荷的运动方向
，大拇指所指方向的反方向即为洛伦兹力的方向。K﹣介子衰变后，π0介子
不带电，因此沿原方向做匀速直线运动，而π﹣介子带负电，运动方向与π0
介子方向相反，所以选项B错误；
由图可知，K﹣介子沿垂直于磁场的方向沿圆弧虚线进入磁场，由于K﹣介
子带负电，则由左手定则让磁感线穿过掌心，四指所指负电荷的运动方向，大拇指所指方向的反方向即为洛伦兹力的方向。K﹣介子衰变后，π0介子不带电，因此沿原方向做匀速直线运动，而π﹣介子带负电，运动方向与π0介子方向相反，所以选项C错误；
D、由图可知，K﹣介子沿垂直于磁场的方向沿圆弧虚线进入磁场，由于K﹣介子带负电，则由左手定则让磁感线穿过掌心，四指所指负电荷的运动方向，大拇指所指方向的反方向即为洛伦兹力的方向。K﹣介子衰变后，π0介子不带电，因此沿原方向做匀速直线运动，而π﹣介子带负电，运动方向与π0介子方向相反，所以选项D错误；
故选：A。
5.【答案】ABC
【解析】解：A、“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷的符号相反，故A正确；
BCDE、粒子分为三大类：媒介子、轻子和强子，依据其相互作用的关系，质子和中子属于强子，光子属于媒介子，τ子属于轻子，故BC正确，DE错误；
故选：ABC。