8　粒子和宇宙优质课教案设计

1教学目标

(一)知识与技能

1.了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史

2. 了解粒子的分类、夸克模型

3.了解大爆炸理论及宇宙的演化过程

4.了解宇宙与粒子研究内容和方法的和谐统一

(二)过程与方法 1.了解人类(科学家)探究微观粒子的过程

2.了解微观粒子发现过程中的科学方法和思维过程

3.通过课内与同学之间的交流,激发学习的兴趣,提高团结协作和表达的能力

(三)情感、态度与价值观

1.通过人类探寻物质结构的过程,培养他们尊重历史、尊重科学、献身科学的思想和情感,从而树立正确的世界观、物质观

2.通过粒子的发现过程,培养学生的科学探索精神、实事求是的科学态度,热爱自然的高尚道德情操

3.通过粒子的研究过程,让学生懂得思想解放、民主自由的对科学和人类进步的巨大影响

4.通过粒子的发现过程,让学生真正感受到创新精神、质疑品质的宝贵

5.通过了解宇宙的演变过程和人类发展史,通过讨论交流,让学生知道人类的渺小和伟大的辩证思想

6. 通过了解宇宙的演变过程和人类发展史懂得生命的宝贵,从而珍惜生命,树立正确的人生观、价值观

2学情分析

学生已经学习了有关粒子的知识,但是学生对粒子的了解不管从数量、单个粒子的特性、粒子的分类都知之甚少,同时对粒子的发现历程中的科学精神、科学态度、科学方法几乎没有触及,而这其中蕴含的教育功能却是最重要的,所以教学中要突出体现和渗透。对于我国和华人在粒子物理学的贡献以及我国在粒子物理领域做出的成就也是学生的了解较少的,这是很好的情感教育的素材,通过教学让学生增强民族自豪感、使命感,激发爱国主义热情。在对粒子部分的教学中,需要注意的是要在教学中粒子知识以了解为主。

学生对宇宙演变也有一定的认知,但是缺少一个完整的了解,所以在教学中要体现知识的完整性和系统性,当然由于理论知识比较深奥,所以知识上以了解为目标。对于宇宙演变中地球、人类的历史要穿插其中,从中挖掘蕴含的对生命的意义的探讨,帮助学生树立正确的人生观、价值观、世界观。

3重点难点

教学重点

了解构成物质的粒子和宇宙演化过程

教学难点

各种微观粒子模型的理解、宇宙演化的过程

4教学过程

【导入】一、引入新课

观看视频,该视频<<从微观粒子到整个宇宙，一分钟让你重新思考这个世界！>>,从人类认识最小的尺度开始,到最大的尺度。从微观到宏观，只有一小部分是人类能够直接看到的，很小或很大的部分是逻辑推理的想象图。从而引起学生的思考,激发学生探究微观世界和更宏观世界的欲望,让学生带着一系列的疑问进入课堂。

问题1:请同学们列举你所认识的微观粒子。

点评:同学们刚才列举的分子、原子、电子、夸克等,说明大家对物质的结构有一定的认识。但是目前已经发现的粒子还有很多,它们又是如何被发现的呢?下面我们就一起循着历史的足迹,探索粒子的奥秘。

教师:其实直到19世纪末,人们都认为原子是组成物质不可分的最小微粒。20世纪初人们发现了电子,并认为原子并不是不可以再分,而且提出了原子结构模型的研究。

问题2:现在我们认为原子是什么结构模型,由什么组成? 学生回忆并回答:现在我们认为原子是核式结构,说明原子可再分,原子核由质子与中子构成。

问题1:请同学们列举你所认识的微观粒子。

点评:同学们刚才列举的分子、原子、电子、夸克等,说明大家对物质的结构有一定的认识。但是目前已经发现的粒子还有很多,它们又是如何被发现的呢?下面我们就一起循着历史的足迹,探索粒子的奥秘。

教师:其实直到19世纪末,人们都认为原子是组成物质不可分的最小微粒。20世纪初人们发现了电子,并认为原子并不是不可以再分,而且提出了原子结构模型的研究。

问题2:现在我们认为原子是什么结构模型,由什么组成?

学生回忆并回答:现在我们认为原子是核式结构,说明原子可再分,原子核由质子与中子构成。

二、进行新课

(一)粒子

1.重温物质结构的历史足迹

教师通过讲授

(1)原子:德谟克利特(约公元前460-370年)认为,万物的本原或根本元素是“原子”和“虚空”。“原子”在希腊文中是“不可分”的意思。德谟克利特用这一概念来指称构成具体事物的最基本的物质微粒。原子的根本特性是“充满和坚实”,即原子内部没有空隙,是坚固的、不可入的,因而是不可分的。经过二十几个世纪的探索,科学家在17世纪~18世纪通过实验,证实了原子的真实存在。19世纪初英国化学家J.道尔顿在进一步总结前人经验的基础上,提出了具有近代意义的原子学说。

(2)原子的有结构:1897年汤姆生发现电子,建立了枣糕模型。2 000多年来认为“原子是物质的不可分割的最小单元”的传统观念终于被否定了,J.J.汤姆孙对阴极射线的研究敲开了原子的大门,这标志着人类对物质结构的认识进入了一个崭新的阶段. 1911年卢瑟福提出原子的核式结构,在粒子物理学上具有重要的意义,开创了原子物理和原子核物理学的新领域,因此海森堡称卢瑟福是“近代原子物理学的真正奠基者”.

(3)原子核还可以再分:,贝克勒尔通过对天然放射现象的研究,使人们认识到原子核不是实心的,可以再分。1919,卢瑟福发现质子, 1932,查德威克发现中子。

(4)1932 发现正电子,开辟了反物质研究的领域。

π介子:1947年,英国物理学家鲍威尔(C.F.Powell 1903—1969)在宇宙射线的乳胶底片上发现了一个新粒子( π介子).经证明,π介子就是汤川秀树在1935年提出的介子(.质子和质子间,质子和中子间,中子和中子间,都有一种由于交换介子而交互吸引的作用力.)从汤川秀树的核力理论提出,到

介子的发现,标志着人类对物质的认识向前跨进了一步,开辟了一个新的领域,即从认识原子核深入到认识基本粒子的领域. (5)中微子:1930 年,有科学家在核反应实验中发现,中子在衰变成一个质子和电子的时候,轨迹和能量都有点变化,有一小部分能量不知所踪.3 年后,奥地利著名物理学家泡利(Wolfgang E.Pauli)认为是一个探测不到的粒子带走了能量,预言的这个窃走能量的“小偷”就是中微子。中微子个头小,不带电,以接近光速运动可自由穿过地球,与其他物质的相互作用十分微弱,号称宇宙间的“隐身人”。科学界从预言它的存在到发现它,用了20多年的时间。

2.粒子的分类

(1)按照相互作用的关系划分

粒子分为:强子、轻子、媒介子(板书)

π介子 介子 K介子 强子

重子 质子、中轻子

电子、μ子、τ粒子、电子中微子、μ子中微子、τ粒子中微媒介子

光子、中间玻色子、胶子

(二)夸克模型

夸克:1964 年美国物理学家盖尔曼(Murray Gell-Mann)提出了强子结构的夸克模型,夸克模型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。对于夸克,学生需要了解盖尔曼对于粒子物理学标准模型的建立起到的重大作用,以及质子中子的内部结构,认识到夸克的“禁闭”特点。

如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，

则上夸克带 +2/3e电荷，下夸克带-1/3e电荷。

上、下夸克的质量略微

不同。中子的质量比质

子的质量略大一点点，

过去认为可能是由于中子

、质子的带电量不同造成

的，现在看来，这应归于

下夸克质量比上夸克质量

略大一点点。

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+2/3，d夸克带电荷量为-1/3，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

(三)、宇宙的演化

1、导入:

宇宙大爆炸最初的三分钟发生了什么？你会感到不可思议！

2、宇宙演化

问题:宇宙是如何诞生的? 学生通过阅读课本,教师加以讲解得到:大爆炸诞生了宇宙,并得到了宇宙的演化过程(如图)。

教师根据学生的发言在黑板上板书如下图。

大爆炸 → 夸克、轻子、胶子等 → 强子时代 → 轻子时代 →核合成时代 → 氢原子形成→

形成恒星和星云 (三)、恒星的演化

宇宙尘埃 → 星云团 →

恒星诞生 → 氢核聚合

成氦核 →

氦核聚合成碳核 →

其他核聚变

→

无聚合反应，形成白矮星、中子星或黑洞

作业：课本94页问题与练习