第十九章量子物理指导教学案.pdf

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1、第十九章原子核 史献计 一本章所体现的科学方法教育 1突出科学探究过程中的“猜想”环节的教育：对于微观世界，看不见摸不着，需 要丰富的想象、 足够的理性观测。例如， 卢瑟福猜想原子核内可能还存在着另外 一种粒子（中子） ；核物理学家对核的猜想等。 2强调统计概念思想在微观世界探索中作用：在微观世界中， 单个的微观事件是不 可观测的，而量子理论对大量原子核的行为可以做出统计预测，如“半衰期”就 是描述这种统计规律的一个概念。量子统计既考虑到粒子运动状态有不连续性， 又考虑到同类微观粒子“全同性”（可用波函数描述）的统计规律。 3重视物理实验方法的教育：微观世界中的规律虽然具有统计规律性，但许多猜

2、想 假设仍然需要运用实验的方法进行实证，例如卢瑟福散射实验、 查德威克发现 中子的实验、 天然现象的发现历程中的一系列实验、哈恩裂变实验、费米核反应 堆等实验都需要从原理上、实验过程、 实验方法以及实验现象分析与实验数据的 运用等角度来进行教育，虽然这些实验中学做不出来，但可以设计一些替代实验 或动画演等，主要从原理、方法、现象分析等角度进行教学从而达到教育目标。 3渗透文献研究与调查研究的科学思想方法：课程标准内容要求出给的4 个示例中 有两项通过调查研究的方法进行的，两项是通过文献研究的方法进行的（当然这 里讲的是主体方法，有时需要多种方法交叉运用）。课标活动建议中也都是采用 的这种两方法

3、进行的，所以， 我们认为在教学过程中，要通过一些教学设计让学 生体验调查研究与文献研究的方法（有些学生以为文献研究就是抄录文献资料， 当然也包括一些教师也存在着这种思想观念）。 二课时分配建议 单元划分章节内容课时 第一单元 原子核的组成1 放射性元素的衰变1 探测射线的方法 1 放射性的应用与保护1 第二单元 核力与结合能1 重核的裂变1 核聚变1 第三单元粒子和宇宙1 单元复习与检测2 三章节教学分析与设计要点 1原子核的组成 （1）课标要求 了解天然放射现象，知道从研究天然放射现象入手，揭示原子核内部的秘密。 知道三种射线的特性，掌握通过电、磁偏转方面的知识判断三种射线的方法。 知道原子

4、核的组成、表示方法及同位素的概念。 （2）教学过程中要让学生认清的几个问题 a 有什么事实和理由可以说明放射性元素放出的射线来自原子核的内部？天然放射 现象的发现对物质微观结构的研究有什么意义？ b当我们发现了质子，并在很多原子核中打出了质子以后，有什么理由可以认定原 子核中一定还存在着另外不同种类的粒子？ c如何检测三种射线？三种射线有什么特性？ d原子核的组成以及同位素研究的意义。 （3）重点难点扫描 a认识放射现象：原子序数大于83 的所有天然存在的元素的原子核都不稳定，能 自发地变为别种元素的原子核，同时放出射线。天然放射现象的发现，使人们 认识到原子核也有复杂结构。 b三种射线： 项

5、目射线射线射线 本质高速氦核流高速电子流（高频）光子 带电情况2 个单位正电荷1 个单位负电荷不带电 质量4u （ 1/1840）u 0 放射速度0.1c0.99cc 贯穿本领最弱：纸能档住较强： mm 级铝板最强： cm 级铅板 电离本领最强较弱最弱 感光作用感光感光感光 产生机理 核内两个中子和两个质 子结合得比较紧密，有 时会作用为一个整体从 较 大 的 原 子 核 放 射 出 来。 核中的中子可以转 化为一个质子和一 个电子，产生电子 从发射出来， 形成 射线。 原子核能量不连 续， 放射性原子核 在发生 衰变、 衰变后产生的新 核往往处于能级， 当它向低能级跃 迁 时 ，辐 射出 射

6、线 是否是电磁波否否是 原子核符号 4 2 He 0 1e h c研究射线的方法：磁场偏转、电偏转。 三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较： 如、图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是比 的偏转大， 不偏转； 区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。图中 肯定 打在 O 点；如果也打在 O 点，则 必打在 O 点下方；如果也打在 O 点，则 必打在 O 点下方。 d原子核组成： 核子：质子和中子的统称。质量数（核内核子数）= 质子数+ 中子数。 e同位素：同一种元素的原子，核内质子数相同，核外电子数也相同，具有相 同的化学性质。核内质子数相同，核内中子数不

7、同的原子。 （4）典型例题 例 1 射线、 射线、 射线、 x 射线、红外线，关于这5 种射线的分类有如下 一些说法，其中正确的是（A BC ） A前两种不是电磁波，后三种是电磁波 B前三种传播速度较真空中的光速小，后两种与光速相同 C前三种是原子核发生核反应时放出的，后两种是核外电子发生跃迁时放出的 D前两种是由实物粒子组成的，不具有波粒二象性，后三种是光子组成的，具有 波粒二象性 例 2 以下说法中正确的是（C ） A射线粒子和电子是两种不同的粒子B红外线的波长比X 射线的波长长 C粒子不同于氦原子核D 射线的贯穿本领比粒子强 例 3 有关同位素，下列说法中正确的是（ABC ） A同位素具

8、有相同的化学性质B同位素具有相同的核子数 C同位素具有相同的质子数D同位素具有相同的中子数 例 4 射线中， 粒子的速度约为光速0.1 倍， 粒子的 质量为 粒子质量的7.3 10 3 倍，如图所示，在有窄孔的铅盒 底上，放有能放出 、 、 三种射线的放射性元素，放出的三 种射线都打在窄孔对面屏上的A 点，要使三种射线分开，分 别打在屏上的A、B、C 三点（ B 到 A 的距离大于C 到 A 的距 离)，可在铅盒和屏之间加上（BC ） A垂直于纸面向里的匀强磁场B垂直于纸面向外的匀强磁场 C水平向右的匀强电场D水平向左的匀强电场 2放射性元素衰变 （1） （2） （3） （1）课标要求 知道天

9、然放射现象的原因是核的衰变； 知道 衰变、 衰变及其衰变规律，会正确书写衰变方程式； 了解半衰其的概念，理解半衰落其的意义并理解其统计含义。 （2）重点难点扫描 a衰变规律：生成新核、过程质量数与电荷数守恒、伴随着能量的迁移。 类型衰变方程规律 衰变新核 电 荷 数 减 少 质 量 数 减 少 2 4 衰变 新核 电 荷 数 增 加 质 量 数 不 变 1 射线是伴随 、衰变放射出来的高频光子流。 b半衰期： 半衰期是描述元素衰变快慢的物理量。放射性元素的原子核的半数发生 衰变所需要的时间，称该元素的半衰期。研究表明，任何放射性元素，其原子核 有半数发生衰变的时间是不变的。放射性元素衰变的快慢

10、是由原子核内部自身因 素决定的， 跟原子所处的化学状态和外部条件都没有关系。不同元素的半衰期不 同，半衰期只对大量原子核才有意义，衰变规律是统计规律。 c半衰的定量分析：Nt = N0 t ) 2 1 (、mt = m0 t ) 2 1 ( （3）典型例题 例 1 由原子核的衰变规律可知（C ） A放射性元素一次衰变可同时产生射线和 射线 B放射性元素发生衰变时，新核的化学性质不变 C放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制 D放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1 例 2 Th 232 90 (钍)经过一系列和 衰变，衰变为 Pb 208 82 (铅)，下列说法正确的是 （

11、ABD ） A铅核比钍核少8 个质子B铅核比钍核少16 个中子 C共经过4 次 衰变和 6 次 衰变D共经过 6 次 衰变和 4 次 衰变 例 3 为什么说半衰期短，放射性废料就容易处理? （半衰期短的放射性物质衰变得快，衰变结束所需的时间就短，所谓废料处理 就是要求衰变结束前废料不能对人和环境造成污染，常用封闭、深埋的方法，故半 衰期短，废料处理就容易。） 例 4 A 元素的半衰期是4 天， B 元素的半衰期是5 天，相同质量的A 和 B，经 过 20 天后，剩下的质量之比mA：mB = _。 （1：2） 例 5 碳 14 具有放射性， 其半衰期 = 5686 年，空气中碳12 跟碳 14

12、的存在量之 比约为 10： 1.2， 活着的生物体中碳的这两种同位素之比与空气中相同，生物死亡后， 不再吸收碳，碳14 以 = 5686 年的半衰期减少，因此测得生物遗骸中的碳12 与碳 14 存量之比，再与空气中比较，可估算出生物死亡年代，现测得一古代遗骸中的碳 14 与碳 12 存量之比为空气中的三分之二，试计算古代遗骸距今的时间。（3326 年） 3探测射线的方法 （1）课标要求 知道放射线的粒子与其他物质作用时会产生一些现象； 知道用肉眼不能直接看到放射线可以用适当的仪器进行观察； 了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理。 （2）重点难点扫描 a放射线的粒子与其他物质作用时产生的

13、主要现象： 粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和气会产生云雾，过热液 体会产生气泡； 使照相底片感光； 使荧光物质产生荧光。 b探测射线的常用仪器：云室、气泡室、计数器。 云室原理： 利用气体的中的离子作用为形成蒸气的凝结中心。当快速粒子穿 过含有过饱和汽的气体空间时，在它的路径上产生许多离子，许多蒸气分子凝结 在这些离子上， 形成许多小液滴，这样， 在粒子所飞过的路线上形成一条狭窄的 雾带状痕迹，即粒子径迹。用很强的光从侧面照射，能够观察到这种痕迹，也可 以利用照相机把它拍下来，从而探测到射线的存在并分析其行为。 气泡室原理与云室相同似，不同的气泡室内装的液体，当射线通过过热的液

14、体时，在射线粒子周围形成气泡。 GM（盖革 米勒）计数器原理：当某种射线进入盖革管内时，它使管 内的气体电离， 产生的电子在电场中被加速，能量越来越大，电子跟管中的气体 分子碰撞时， 又使气体分子电离产生电子，这样一个射线粒子进入管中时，可以 产生大量电子。 这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中产生一次脉冲 放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来。GM 计数器特点：放大倍 数大，非常灵敏；只能用于计数，不能区分射线的种类；不适合于极快速 的粒子计数； 对于两个粒子射来的时间间隔小于200 s 时，计数器不能将其区 分开来。 c利用传感器探测：教材中“做一做”用传感器测量放射性可以作为

15、研究性学习课 题让学生进行设计与研究。 （3）典型例题 例 1 如图所示， x 为未知放射源，若将磁铁移开后， 计数器所得的计数率保持不变，其后将薄铝片L 移开， 计数率大幅上升，则x 为（D ） A纯 放射源B纯 放射源 C 、混合放射源D 、混合放 射源 放射源 探测接收器 M N 计数器 x N S L 例 2 如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射 出 、 、 三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm 厚的铝板，那么是 三种射线中的_射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间 内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N 两个轧 辊间

16、的距离调节得_些。 （三种射线、大） 4放射性的应用与防护 （1）课标要求 知道什么是原子核的人工转变，什么是核反应， 如何用核反应方程表示板反应； 知道什么是放射性同位素及人造和天然放射性物质的主要不点； 了解放射性在生产和科研领域的应用； 知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防护措施。 （2）重点难点扫描 a核反应： 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称之为核反应，核反应 过程中满足质量数、电荷数守恒，另外能量与动量也是守恒。 b人工放射性同位素与天然放射性同位素： 天然放射性同位素约四十多种，可以自发地发生射线。 人工放射性同位素是指通过其他粒子轰击原子核，产生的新

17、核具有放射性，目前 人工制造的放射性同位素达1000 多种，一般来计，人们在用到射线时，用的都 是人造放射性同位素，而不是天然放射性物质。 c核反应方程式有书写： d放射性的应用： 对于放射性同位素放射线的应用应当重点介绍： 利用放出的射线检查金属部件是否存在裂痕等，用 射线探伤。 利用射线的穿透本领与物质厚度和密度的关系来检查各种产品的厚度和密封 容器中液体的高度等，从而实现自动控制。 利用射线使空气电离把空气变成导电气体，以消除化纤、 纺织品上的静电等。 放 射 性 的 应 用 射线应用 探伤仪消除有害静电 培育新种消灭害虫 保存食物 治疗恶性肿瘤 示踪原子 农作物检测 诊断器质性和功能性

18、疾病 生物大分子结构及功能研究 利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌治病等。 e放射性污染和防护：对生物体的危害主要表现在穿透力、基因突变；对环境的危 害表现在废料污染、对生物体组织的破坏、对空气、水源的污染等方面。 防护措施：封存、深埋等。 （3）典型例题 例 1 下列关于放射线的说法中不正确的是（D ） A放射线可以用来进行工业探伤B放射线可以使细胞发生变异 C放射同位素可以用来做示踪原子D放射线对人体无害 例 2 本题中用大写字母代表原子核。E 经衰变成为F，再经衰变成为G，再 经衰变成为H。上述系列衰变可记为下式： 另一系列衰变如下： 已知 P 是 F 的同位素，

19、则（B ） AQ 是 G 的同位素， R 是 H 的同位素BR 是 E 的同位素， S是 F 的同位素 CR 是 G 的同位素， S是 H 的同位素D Q 是 E 的同位素， R 是 F 的同位素 例 3 用“刀”进行手术，可以使病人在清醒状态下经过较短的时间内完成手 术，在此过程中，主要利用：射线具有较强的穿透本领；射线很容易 绕障碍物到达病灶区域； 射线具有很强的电离能力，从而使癌细胞电离而被 破坏； 射线具有很高的能量。上述描述中正确的是（D ） ABC D 例 4 下列应用中，把放射性同位素作为示踪原子的是（BD ） A 射线探伤仪 B利用钴60 治疗肿瘤等疾病 C利用含有放射性碘13

20、1 的油检测地下输油管道的漏油情况 D把含有放射性元素的肥料施给农作物，用以检测确定农作物吸收养分的规律 5核力与核能 （1）课标要求 了解四种基本相互作用； 知道核力的性质，能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具不同的比例的 原因； 认识原子核结合能，知道质量亏损的概念和质能方程。 （2）重点难点扫描 a四种基本相互作用：引力作用、电磁作用、强作用、弱作用。 b核力： 核力是强相互作用的一种表现，在它作用范围内，核力比库力大得多。 核力是短程力， 作用范围在1.5 10 15 m 之内。核力在大于 0.8 10 15 m 时表现为 引力， 且随距离增大而减小，超过 1.5 10 15 m 核

21、急剧下降几乎消失； 在距离小 HGFE SRQP 于 0.8 10 15 m 时表现为斥力，因此核子不会融合在一起。 每个核子只跟相邻核子发生核力作用（饱和性）。 原子核中质子与中子的比例受核力与电磁的作用而呈现一定的规律性。 c结合能：由于核之间存在着强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力 做功，即要提供一定的能量；反过来，根据能量转化与守恒定律可知，核子在结 合成原子核时要放出一定有能量，这个能量称之为结合能。 原子核的结合能与核子数之比叫做比结合能（也叫平均结合能），它反映了 一个原子核结合的紧密程度与牢固程度；平均结合能越大原子核越稳定。不同的 原子比结合能不一样，中等大小的原

22、子的比结合能较大，这些原子核较稳定。 d质量亏损：核子在结合成原子核的过程中，质量减少了稳定比为质量亏损。 由 a 个质子和 b 个中子结合成质量为mD的原子核其质量亏损为： m = amp + bmn mD 根据爱因斯坦质能方程式可知，这些核子在结合成原子核过程放出的能量（数 值上等于该原子的结合能）： E =m c 2 = (am p + bmn mD)c 2 （3）典型例题 例 1 由核子结合成原子核时（AC ） A核的质量小于组成它的核子的质量和 B原子核的质量应该等于组成它的核子的质量和 C核子结合成原子核时要放出能量 D核子结合成原子核时要吸收能量 例 2 一个质子和一个中子结合氘

23、核时，产生 光子 , 由此可见（BC ） A氘核的质量等于质子和中子的质量之和 B氘核的质量小于质子和中子的质量之和 C核子结合成原子核时会释放核能 D原子核分解成核子时会释放核能 例 3 一个氢原子的质量为1.6736 10 -27kg， 一个锂原子的质量为 11.6505 10 -27kg， 一个氦原子的质量为6.6467 10 -27 kg。 一个锂核受到一个质子轰击变为2 个 粒子， 写出核反应方程，并计算该反应释放的核能是多少？ 1mg 锂原子发生这样的反应共释放多少核能？ （ 1 1H+ 7 3 Li 2 4 2 He、 E= 2.76 10 -12 J；共释放2.37 10 8

24、J 核能） 例 4 原来静止的原子核X A Z ，经 衰变后变为Y 原子核。 （1）写出它的核反应方程。（2）若测得反冲核的动能为 y E，则 粒子的动能是 多少？ 解： （ 1）YHeX A Z A Z 4 2 4 2 （ 2）根据衰变过程中动量守恒有0 ay mvMv 又因为 m P mvE k 22 1 2 所以有4/)4(/AmMEE ya 则 4 )4( y a EA E 6重核裂变 （1）课标要求 知道重核的裂变概念及其反应过程中能量变化情况； 知道什么是链式反应，知道核反应堆，了解核电站。 （2）重点难点扫描 a核裂变： 质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成向个质量数较小

25、的原 子核的过程称之为核裂变。 核裂变的特点： 裂变过程中能够放出巨大的能量； 裂变的同时能够放 出 23（或更多个） 中子； 裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、 三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小 典型的分裂方程： 235 92 U+ 1 0 n 141 56a B+ 92 36r K+3 1 0 n b链式反应： 核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂 变的链式反应。链式反应的条件是达到临界体积（临界质量），此外还需要减少 裂变反应物质中的杂质。 c核反应堆：能够有效控制反应个数的装置叫核反应堆。 图示就是核反应堆的示意图。 核燃料：浓缩铀（能吸

26、收慢中子的铀235 占 3%至 4%） 减速剂：用石墨或重水（使裂变中产生中子减速，以便 被铀 235 吸收。铀裂变方程的左边事实上要求的中子的速度 不能很大，称为“慢中子”，而右边生成的中子速度却是很 大的，称为“快中子” 。因此要保证链式反应顺畅进行，就 有一个将中子减速的课题。） 控制棒：用镉做成（镉吸收中子的能力很强。控制燃料棒 铀棒和减速 剂的位置关系，就可以控制反应速度。图示中横向的棒就是铀棒，它在石墨中的深 度是可以调节的。除此之外， 人们在设置了另外一种吸收中子的介质镉，图中， 纵向的棒就是镉棒，它在石墨中的深度也可以调节：插入较深时， 它吸收的中子多， 铀棒吸收中子的概率就小

27、了，裂变反应就随之变慢；反之，镉棒插入较浅，反应就 较快。 ） 冷却剂： 用水或液态钠 （把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆 冷却，保证安全） 水泥防护层：用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。 d核电站：将核能转变成热能，再用蒸汽机驱动电动机发电。主要由核反应堆、热 交换器、蒸汽机、发电机等组成。 e核能利用： “燃料”开采状况（是煤和石油的15 倍左右）、燃料利用状况（只用 到铀 235 的 0.7%左右）和改进状况（增殖反应堆的研究）、废料处理的难度。 （3）典型例题 例 1 在其他能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势。在核电站 中，核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应

28、堆的工作原理是利用中子轰击重核 发生裂变反应，释放出大量核能。 （1）核反应方程式 235 92 U n 141 56 Ba 92 36 Kr aX 是反应堆中发生的许多核 反应中的一种， n为中子，X 为待求粒子， a为 X 的个数，则 X 为_， a = _。 以 mU、mBa、mKr分别表示 235 92U、 141 56Ba、 92 36 Kr 核的质量， mn、mp分别表示中 子、质子的质量，c 为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的 核能 E = _ 。 n、3、(mU mBamKr2mn)c 2 （2） 有一座发电能力为P = 1.00 10 6 kW 的核电站，核能

29、转化为电能的效率 = 40%。 假定反应堆中发生的裂变反应全是本题（1）中的核反应，已知每次核反应过 程放出的核能E = 2.78 10 11J，235 92 U 核的质量mU = 390 10 27 kg。求每年（ 1 年= 3.15 10 7s）235 92 消耗的 235 92U 的质量。 M = mUPt/ E = 1.10 10 3kg 例 2 在慢中子反应堆中，用石墨作减速剂，将铀核裂变产生的快中子就成慢 中子。一个中子原来的动能为E0，当它与碳12 核相碰时，可看成做完全弹性正碰， 若碳核原来是静止的，则： （1）一次碰撞后，中子损失的能量为多少？ （2）至少经过多少次碰撞，中子

30、动能才小于10 6E 0。 （已知 lg13 = 1.114 、lg1 = 1.04） E = 48E0/169；n 42 次 7核聚变 （1）课标要求 知道聚变的概念，了解聚变反应的条件及聚变反应的特点； 了解可控热核反应研究的进展情况。 （2）重点难点扫描 a核聚变：某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做核聚变。 b核聚变特点：聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比裂变 反应中每个核子放出的能量大3 至 4 倍。 聚变反应比裂变反应更剧烈。 对 环境污染较少。自然界中聚变反应原料丰富。 c热核反应：聚变反应需要轻间距离在10 15 m 内才能发生，因此聚变反应要求在 超

31、高温下才能发生，因此，聚变反应也叫做热核反应。 d受控热核反应： 利用人工的方法控制热核反应称为可控热核反应。目前应用较多 是磁约束与惯性约束。 e太阳内部的热核反应：太阳辐射能量来自太阳内部的热核反应。 （3）典型例题 例 1 四个氢核变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出多少能量？若1g 氢 完全聚变，能释放多少焦能量？（氢核质量为1.008142u，氦核质量为4.001509u） 4.47 10 -12J，6.931011J 例 2 两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，中子的质量 为 1.0087u，质子的质量为1.0073u，氦核的质量为4 0026u，试计算用中子

32、和质子 生成 1kg 的氦时，要释放多少核能? 6.5910 14J 例 3 两个氘核发生了如下核反应： 2 1 H + 2 1 H 3 2 He + 1 0 n ，其中氘核质量为 2.1036u，氢核质量为3.1050u，中子质量为1.0087u。求： 核反应中释放的核能。 在两个氘核以相等的动能0.35MeV 进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能 的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。 假设反应中产生的氦核沿直线向原来静止的碳核（ 12 6 C）接近， 受库仑力的影响， 当它们的距离最近时，两个原子核的动能各是多少? 释放的核能 E=3.26MeV EHe = 0.99MeV 、En

33、 =2.97MeV 最近两者动能 EHe = 0.04MeV 、 Ec = 0.16MeV 7粒子和宇宙 （1）课标要求 了解科学研究粒子物理的历史过程和科学方法； 了解按照现代粒子理论粒子分类； 了解物理学家是怎样解释宇宙的演化及恒星的演化的。 （2）重点难点扫描 a 粒子：能够以自由状态存在的最小物质组分。最早发现的粒子是电子和质子，1932 年又发现中子，确认原子由电子、质子和中子组成，它们比起原子来是更为基 本的物质组分，于是称之为“基本粒子”。以后这类粒子发现越来越多，累计已 超过几百种，且还有不断增多的趋势；此外这些粒子中有些粒子迄今的实验尚 未发现其有内部结构，有些粒子实验显示具

34、有明显的内部结构。看来这些粒子 并不属于同一层次，因此基本粒子一词已成为历史，如今统称之为粒子。 b粒子分类：粒子之间存在着相互作用，有强相互作用、电磁相互作用、弱相互作 用和引力相互作用，其中引力相互作用非常弱，可以忽略。通过这些相互作用， 产生新粒子或发生粒子衰变等粒子转化现象。按照参与相互作用的性质将粒子 分成以下几类： 媒介子（规范粒子） ：即传递相互作用的媒介粒子，已发现的有传递电磁作用的 光子、传递弱作用的中间玻色子、传递强相互作用的胶子。 轻子。不直接参与强作用可直接参与电磁作用和弱作用的粒子，已发现的有电子、 子、 子和相伴的电子中微子e、子中微子、 子中微子及它们的反粒子共

35、12 种（正反各6 种） 。 强子。 直接参与强作用，也参与电磁作用和弱作用的粒子。其中自旋为整数的强 子称为介子，自旋为半整数的强子称为重子。强子的数目众多，其中大部分是 通过强作用衰变的粒子，其寿命极短，是不稳定的粒子，也称为共振态。 c夸克模型：强子的组成成分。目前发现的有6 种：上夸克、下夸克、奇异夸克、 粲夸克、底夸克、顶夸克，且它们都存在反夸克。夸克不能以自由状态单个现 出（禁闭性） 。 d宇宙演化： “ 粒子家族 ”大爆炸后10 44 s，温度 10 32K，产生夸克、轻子、胶子 强子时间（大爆炸后10 6 s，温度 10 13K，夸克构成质子和中子等强子） 轻子时代 （温度 1

36、0 11K，少量夸克， 大量光子、 中微子和电子等轻子存在） 核 合成时代（温度10 9 K，质子、中子结合成氘核）混合电离气体时期（温度 10 4 K，电子、质子和氦核混合电离气体）中性粒子期（温度3000K，电子与 质子复合成中性氢气）恒星、星系期（继续冷却，质子、电子、原子等与光 子分离逐步组成恒星和星系）。 e恒星的演化：宇宙尘埃星云团恒星 （3）典型例题 例 1 关于夸克的说法中正确的是（AB ） A夸克是构成物质的粒子B夸克不能以自由状态单个出现 C夸克只有一种D夸克所带电荷量都是(1/3)e 例 2 太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和 1 1 H、 4 2 He 等原子

37、核组成， 维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2e + 4 1 1 H 4 2 He + 释 放的核能， 这些核能量最后转化为辐射能，根据目前关于恒星演化的理论，若由 于聚变反应而使太阳中的 1 1H 核数目从现有数减少 10%，太阳将离开主序星阶段 而转入红巨星的演化阶段，为了简单，假定目前太阳全部由电子和 1 1H 核组成。 （1）为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M，已知地球半径R = 6.4 10 6m。地球质量 m = 6.010 24kg，日地中心的距离 r = 1.5 10 11m，地球表面处的 重力加速度g = 10m/s 2，1 年约为 3.2 107 s，试估算目前太阳的质量M。 （2）已知质子质量mp = 1.6726 10 -27kg，4 2 He质量 m= 6.6458 10 -27kg，电子质 量 me = 0.9 10 -30kg，光速 c = 3 108m/s，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放 的核能。 （3）又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能 = 1.35 10 3 W/m 2，试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命（估算结果只 要求一位有效数字） 。 (1) M=2 10 30kg (2) E = 4.210 -12 J (3) t = 1 10 10 年 = 1 百亿年