8　粒子和宇宙教学教案设计

高中物理人教版选修3～5

教学设计

第十九章

原子核

第8节

粒子和宇宙

单位：河北南宫中学

姓名：艾佳鑫

高中物理人教版选修3～5

第十九章

原子核

课题

第8节 粒子和宇宙

课时

第1课时 共1课时

课型

新授课

宇宙的起源一直是天文学中困难而又有启发性的问题。宇宙学中大爆炸论的基本观点是宇宙正在膨胀，要了解宇宙更早期的情况，我们必须研究组成物质的基本粒子。因为在物理学中研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的教材分析

理论竟然相互沟通、相互支撑。

夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。而另一方面也说明科学正由于一个一个的突破才使得科学得到进一步的发展。

选修3-5第十九章第1-7节已经学习了关于原子核方面的知识，已经有了一学情分析

定的基础。通过学习本节在粒子物理领域的成果和事迹，引导激发学生进一步认识科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。

（1）了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史. 知识与技能

（2）初步了解宇宙的演化过程及宇宙和粒子的和谐统一.

（1）感知科学家探究宇宙奥秘的过程和方法. 教学目标

过程与

方法

（2）能够突破传统思维重新认识客观物质世界

。

让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性；

情感态（1）度价值（2）培养学生的科学探索精神。

观

教学

重难点

教学方法

重点

难点

了解构成物质的粒子和宇宙、恒星演化过程

各种微观粒子模型的理解

教师启发、引导、观察、讨论法、练习法、总结归纳。

课本、本节教学PPT、多媒体、投影、影音等

教学用具

教学过程

教学环节

环节一

情境导入新课

学生活动

【观察思考】

通过影音，激发学生学习欲望，为新内容的学习创设情境。

设计意图

课件、影音展示地球生命的起源。宇宙1．学生观看视频，引发共鸣，激的起源一直是天文学中困难而又有启发性的发学生探索和学习的欲望。

问题。宇宙学中大爆炸论的基本观点是宇宙2．知道本节课要学习的内容。

正在膨胀，要了解宇宙更早期的情况，我们必须研究组成物质的基本粒子。这节课我们就来研究粒子和宇宙. 带着好奇，今天我们共同学习第8节《粒子和宇宙》

环节二

课堂教学过程

问题1.为什么说“基本粒子”不基本？

1.一学生回答：一方面是因为这些1.从宇宙原来被认为不可再分的粒子还有的起源角度去引起1．一方面是因为这些原来被认为不可再分的自己的复杂结构; 粒子还有自己的复杂结构; 另一学生补充：另一方面是因为新对物质构另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不发现的很多种新粒子都不是由原的粒子的是由原来认为的那些基本粒子组成的．

来认为的那些基本粒子组成的．

了解，激发学生的兴趣，积极回

问题2. 发现了哪些新粒子，这些新粒子有2．自主学习，课堂展示风采。

什么特点？

课堂练一练1.答案：C －解析：由题意及图示可知，K介子答。

教师课件展示，设计成表格，总结归纳。

问题3.按粒子与各种相互作用的不同关系在P点处动量方向向下，衰变后生2-3.因为可以将粒子分几类？

成的π－介子动量方向向上。由在学生所能教师课件展示，设计成表格，总结归纳。

匀强磁场中带电粒子在洛伦兹力了解的最课堂练一练1. K－介子衰变的方程为K－→π作用下做匀速圆周运动的半径公小粒子只mv所式R＝知，在q、B相同的情况下，有这些，－0－－qB＋π，其中K介子和π介子是带负电的基元电荷，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，－动量和半径成正比，所以|p||pπ－K－以这节课引起了学|＝RK－Rπ－＝21。若选向下方向为正，则由K介子衰变过程中动量－K－0－生的兴趣。比较三类粒子，让学生形成直其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π介子的轨守恒，得|p|＝－|pπ|＋|pπ|，整迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径理得|pπ||pπ|＝1：3 －0

RK－与Rπ－之比为2∶1. π0介子的轨迹未画出．由此可知π的动量大小与π的动量大小之比为(

) A．1∶1 B．1∶2

C．1∶3

D．1∶6 问题4. 夸克有几种，分别是什么夸克？

带多少电荷量？

－0

观的认识，学生回答：发现各种微粒的科学家

知道三类粒子的主要作用。

道尔顿—原子

汤姆逊—电子

4.科学家们还未捕捉到自由的夸克。夸

克不能以(1)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异卢瑟福—质子

查德威克—中自由的状夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)

子

态单个出21（2）夸克带电荷量为元电荷的或倍

33现，这种性＋－若π介子、π介子都是由一个夸克(夸克u质称为夸或夸克d)和一个反夸克(反夸克u或反夸克克的“禁d)组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷. 课堂练一练2．(多选)已知π＋介子、π－介子

盖尔曼—夸克

一学生回答，另一学生补充

闭”。能否解放被禁闭的夸克，都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸（1）上夸克、下夸克、奇异夸克、是物理学克(反夸克u或反夸克d)组成的，它们的带电粲夸克、底夸克、顶夸克。

量如下表所示，表中e为元电荷。

粒子

带电

荷量

下列说法正确的是(

) A．π由u和d组成

＋发展面临（2）夸克带电荷量为元电荷的的一个重d

21或倍

33大课题。

π

＋π

－u d u

课堂练一练2．答案：AD 2ee2ee＋e －e ＋

－

－

＋

3333学生展示，另一学生补充,教师补

充。

解析：根据电荷量关系可知，由于π＋介子带有＋e的电量，又由于π＋介子是由u夸克和d夸克组成，

B．π由d和u组成

C．π－由u和d组成

D．π－由d和u组成

问题5. 宇宙的演化经历哪些阶段？

影音播放：宇宙大爆炸和发现宇宙大爆炸的直接证据。

教师补充：

③核合成时代：温度下降到109 K时，中子和质子结合成氘核，并很快生成氦核等轻核。

④温度降到104 K时，宇宙由电子、质子和氦核混合电离气体组成。

当温度降到3 000 K时，电子与质子复合成中性的氢原子。继续冷却，质子、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和星系。

课堂练一练3．

宇宙诞生过程中，产生如下粒子：

＋根据题意可知π＋介子(＋e)应由

2一个u夸克＋e和反d夸克

3

1＋e合成，同理π－介子由d夸

3

克和反u夸克构成。

答案：A、D

问题5. 宇宙的演化经历哪些阶段？

一学生回答：(1)宇宙的演化

宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期。

①

强子时代：大爆炸之后约10－44 s，温度为1032 K，产生了夸克、轻子、胶子等粒子。约10－6 s后，温度为1013 K左右，夸克构成了质子和中子等强子。

另一学生回答：

②

轻子时代：温度下降到1011 K时，只剩下少量夸克，大量自由的光子、中微子和电子存在。

5-6.让学生了解宇宙演化阶段和恒星演化过程。

检测学生对宇宙演化阶段和恒星演化过程的掌握情况。

①光子、中微子、电子等大量轻子；②氘核、课堂练一练3.答案：C 氚核、氦核等轻核；③夸克、轻子、胶子等学生展示，另一学生补充,教师补

粒子；④质子和中子等强子；⑤电子、质子、充。

解析：根据大爆炸理论，宇宙形成氦核的混合电离气体；⑥电子、质子复合成

之初是粒子家族，其后产生了夸为中性氢原子。根据宇宙大爆炸理论，以上

克、轻子、胶子等粒子，然后按强粒子形成的先后顺序是(

)

子时代、轻子时代、核合成时代、A．①②③④⑤⑥

混合电离气体、中性氢原子的顺序

B．③①④②⑤⑥

演化，故C正确。

C．③④①②⑤⑥

D．①③④②⑥⑤

问题6. 描述恒星演化过程？

课件展示恒星演化过程

课堂小结

谈一谈收获 归纳总结

一.“基本粒子”不基本

二. 发现新粒子

三. 夸克模型

四. 宇宙的演化

五. 恒星的演化

问题6. 描述恒星演化过程？

学生展示，另一学生补充,教师补充。

课堂小结：谈一谈收获

7.让学一位同学说说自己的所学所获，另生谈一谈一同学补充，师生总结本节课内本节课的容。

课后强化作业

收获，

总结归纳1.查找华人科学家在粒子物理领课堂内容。

域的成果和事迹，在课下交流

2.总结归纳这节课内容，做好笔记，写在作业本上。

拓展学生知识。

选修3～5

第十九章 原子核

第8节 粒子和宇宙

一.“基本粒子”不基本

板书设计

二. 发现新粒子

三. 夸克模型

四. 宇宙的演化

五. 恒星的演化

我立足实际教学情况,设计本节教学内容。本节课从新课程教学目标出发，力求达到有效教学的目的。通过情境→问题→探究→讨论→总结归纳的教学模式，在循序渐进中，从无意注意→有意注意→学科情感→科学原理，教学设计最优化，打造高效课堂。

教学反思

和体会

粒子和宇宙是近现代物理学重要内容，让学生了解人类对物质结构的认识过程从而进一步认识到物质世界的发展过程：粒子→宇宙。本节内容有很多知识相对抽象，课堂教学以讲授为主，并加以适当的补充介绍，使内容更形象。一方面让学生了解科学知识，另一方面培养学生热爱科学、热爱自然的高尚的道德情操，并鼓励同学们为祖国、为科学而努力学习，争取更大贡献。