8　粒子和宇宙教学内容概述

课时： 1

年 月 日 星期 NO:1

课题

教学目标

重点

难点

关键

学情

分析

粒子和宇宙

课型

新授

1.

知识与技能：了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史

2.

过程与方法：感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法

3.

情感态度与价值观：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

了解构成物质的粒子和宇宙演化过程

教(学)具.资料

各种微观粒子模型的理解

教师启发、引导，学生讨论、交流

教 学 内 容

主导调控

主体活动

时间

投影仪

一.“基本粒子”不基本:

①19世纪末都认为原子是组成物质的最小微粒. ②发现了电子、质子和中子后，许多人认为光子和它们是组成物质的“基本粒子”. ③逐渐发现了数以百计的不由质子、中子、电子组成的新粒子；又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子.

二.发现新粒子：粒子加速器使带电粒子加速到很高的能量，有助于发现更多的新粒子.按照粒子与各种相互作用的不同关系，将粒子分为三类：

①强子:参与强相互作用的粒子。例如：质子。强子又分为介子和重子两类。

②轻子：不参与强相互作用的粒子。例如：电子和电子中微子、μ子和μ子中微子、τ子和τ子中微子.每种轻子都有对应的反粒子。τ子质量比核子大。现代实验还没有发现轻子的内部结构.

③媒介子：传递各种相互作用的粒子。如：光子、中间玻色子、胶子。分别传递电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用.

***反粒子:质量、寿命、自旋等物理性质相同而电荷等其他性质相反的粒子:

默里·盖尔曼

美国物理学家，提出质子和中子由三个夸克组成并因此获得诺贝尔物理学奖。盖尔曼1929年9月15日出生于纽约一个犹太家庭。童年时就对科学有浓厚兴趣，少年才俊，14岁从进入耶鲁大学，1948年获学士学位，继转麻省理工学院，三年后获博士学位，年仅22岁。1951年盖尔曼到普林斯顿大学高等研究所工作。1953年到芝加哥大学当讲师．参加到以费米为核心的研究集体之中，1955年盖尔曼到加州理工学院当理论物理学副教授，年后升正教授，成为加州理工学院最年轻的终身教授.纵观粒子物理学的百年发展史，可谓群星璀璨，英才辈出。盖尔曼就是其中极富传奇色彩的人物之一，曾经主宰粒子物理的走向长达十余年.盖尔曼深邃的洞察力与旺盛的创造力使同时代的许多物理学家黯然失色“从考古到仙人掌再到非洲约鲁巴人的传说再到发酵学他懂得都比你多”

三.夸克模型:美国物理学家盖尔曼1964年提出夸克的设想，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克

1.六种夸克：上夸克.下夸克.奇异夸克.粲夸克.底夸克.顶夸克.

到目前为止，人们已经从实验中发现了所有6种夸克及其反夸克存在的证据每种夸克都有对应的反夸克.

2.夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单位,即存在分数电荷:夸克所带电荷分别为元电荷的2/3或-1/3.

3.夸克的“禁闭”:夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。能否解放被禁闭的夸克，是21世纪物理学面临的重大课题之一.

四.宇宙的演化: 1.大爆炸理论:宇宙从一个“奇点”爆炸产生:

1948年，伽莫夫与他的两个学生——拉尔夫·阿尔菲和罗伯特·赫尔曼一道，提出了热大爆炸宇宙学模型:

宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的. 2.主要观点:我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化-4432史:

大爆炸之后约10s，温度为10K，产生-6了夸克、轻子、胶子等粒子。大爆炸后约10s，13温度下降到10K，夸克构成了质子和中子等强子，成为强子时代。再晚一些时候，温度下11降到10K，只剩下少量夸克，而自由的光子、中微子和电子等轻子大9量存在，成为轻子时代。温度下降到10K，中子和质子结合成氘核，并很快生成氦核，同时有氚核、氦3等其他轻核生成，成为核合成的时代。4大爆炸1万年之后，温度降到10K，宇宙由电子、质子和氦核的混合电离气体组成。温度降到3000K，电子和质子复合成为中性的氢原子。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。

乔治·伽莫夫

美国核物理学家、宇宙学家。生于俄国。在列宁格勒大学毕业后，曾前往欧洲数所大学任教。1934年移居美国，以倡导宇宙起

源于“大爆炸”的五.恒星的演化：

1.诞生:大爆炸10万年后，温度下降到3000K，出现由中性原子构成的宇宙尘理论闻名。对译解遗传密码作出过埃。由于万有引力的作用，尘埃形成了气体状态的星云团。星云团的进贡献。还提出了放一步凝聚使得引力势能转化为内能，温度升高，到一定程度就开始发光，射性量子论和原于是恒星诞生了. 子核的“液滴”模

型。同E．特勒一72.膨胀与收缩:恒星继续收缩、升温。当温度超过10K时，氢通过热核反应起确立了关于β成为氦，核能以电磁波的形式向外辐射。辐射产生的向外的压力与引力衰变的莫伽夫—产生的收缩压力平衡,星体稳定下来。太阳目前正处于这一阶段的中期，特勒理论以及红巨星内部结构理要再过50亿年才会转到另一个演化阶段.当恒星核心部分的氢大部分聚变为氦以后，核反应变弱，辐射压力下降，星核在引力作用下再次收论。其科普著作深缩.引力势能产生的热将使温度继续升高，发生氦核聚合成碳核的聚变入浅出，对抽象深反应，类似过程一波接一波继续下去，出现了氧、硅，直到铁等更重的奥的物理学理论的传播起到了积元素。恒星多次膨胀与收缩，光度也反复变化。各种热核反应不再发生极的作用。他还是时，辐射压力消失。星体在引力作用下进一步收缩，中心密度极大. 一位杰出的科普

作家，在他一生正3.恒星的最后归宿：

式出版的25部著①若恒星的质量小于1.4倍太阳质量，演变为白矮星. 作中，就有18部②若恒星的质量为太阳质量的1.4～2倍，演变为中子星. 是科普作品. ③恒星的质量更大时，演变为黑洞.

板

书

设

计

一.“基本粒子”不基本:

二.发现新粒子：

三.夸克模型: 1.六种夸克：

2.夸克模型指出:

四.宇宙的演化:

五.恒星的演化：

1.诞生：

2.膨胀与收缩:

3.恒星的最后归宿：

课

后

小

结