8　粒子和宇宙优秀教案板书设计

19.8粒子与宇宙

教学目标：

1.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）初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一。

2.过程与方法

（1）感知人类探究宇宙奥秘的过程和方法。

（2）能够突破传统思维重新认识客观物质世界。

3.情感态度价值观

（1）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。

（2）培养学生的科学探索精神。

重点：了解构成物质的粒子和宇宙演化过程。

难点：各种微观粒子的理解。

教具：多媒体、PPT 一、引入新课

观看宇宙大爆炸视频,让学生领略到震撼的从未见过的画面。从而引起学生的思考,激发学生探究世界的欲望激发学生的学习兴趣。宇宙是怎么形成的呢？今天我们就来学习粒子与宇宙。

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、电子等,说明大家对物质的结构有一定的认识。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。目前已经发现的粒子还有很多。下面我们就一起踏着历史的足迹,探索粒子的奥秘。首先来了解一下人们对物质本质的认识过程，如图：

1897年汤姆逊发现电子1932年查德威克发现中子人类对物质本质的认识是不断深入的？

1803年道尔顿发现原子1919年卢瑟福发现质子

教师通过讲授,和学生一起讨论:

(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。

科学探索永无止境：1937年发现μ子1932年安德森发现正电子1947年发现K介质介质

(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。

2012年3月8日,我国大亚湾中微子实验国际合作组发言人、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳宣布,他们发现了中微子第三种振荡。这里重点介绍我国在这方面的贡献,以帮助学生了解中国的研究水平,同时激发他们的爱国热情和投身科学的精神。

(6)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。

教师: 到目前为止科学家发现了400多种粒子。面对上百种的粒子,科学家们为了帮助我们更好的认识粒子,将粒子进行了分类。

二、进行新课

（一）“基本粒子”不基本

一、“基本粒子”不基本粒子电子-质子-中子-光子-（二）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) 问题:构成这些粒子中,有“基本粒子”吗? 正电子μ子K介子、介子…….

二、粒子的分类强子：轻子：媒介子：(2)标准模型

粒子分为:媒介子、费米子、上帝粒子

粒子参与强相互作用的粒子。质子是最早发现的强子。强子又分为介子和重子。不参与强相互作用的粒子。电子是最早发现的轻子。是传递各种相互作用的粒子。光子、中间玻色子、胶子

教师:这里对引力子的需要强调目前还没有完整的理论,也还没有发现该粒子的有关证据,因此正在研究。对于上帝粒子,做一下简单的介绍。观看视频“上帝粒子

”。

作为物质的质量之源,希格斯玻色子连接着粒子获得质量的领域.没有希格斯玻色子,宇宙和人类就不会存在.长期以来,希格斯玻色子难觅踪影,无数全球顶级科学家苦苦捕捉着这一“上帝粒子”的存在证据.2013年诺贝尔物理学奖颁发给了比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒特和英国物理学家彼得·希格斯,表彰他们描述了粒子物理学的标准模型,其预测的基本粒子—希格斯玻色子,被欧洲核子研究中心运行的大型强子对撞机通过实验发现. (三)宇宙的演化

1、导入:播放视频

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)。

接下来向学生展示宇宙演化过程中,着重介绍从太阳系到地球诞生、生命诞生以及人类的诞生的历史。从这里引发学生思考,并给出了问题。

（四）感悟科学精神

华人科学家的贡献(限于时间,重点介绍四位。) 李政道:31岁时与杨振宁李政道一起因发现弱作用中宇称不守恒而获得诺贝尔物理学奖(此发现由吴健雄的实验证实),并成为最早获诺贝尔奖的中国人. 丁肇中:因发现“J”粒子,于1976年获得诺贝尔物理学奖. 朱棣文:被誉为“能抓住原子”的人,朱棣文获得了1997年的诺贝尔物理学奖. 杨振宁:1954年发布杨米尔斯方程,成为整个粒子物理标准模型的基础.和李政道合作的宇称不守恒更解决了建立弱力理论和弱电统一理论具体工作的最关键问题..作为20世纪观念上的杰作,它解释了原子内部粒子的相互作用,他的理论很大程度上重构了近40年来的物理学和现代几何学.这个理论模型,已经排在牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦的工作之列,并必将对未来产生很大影响.被称为现代的牛顿。

作业：

(1)查找更多有关华人科学家在粒子物理领域的更多成果和事迹与其他同学交流。

(2)课外有机会阅读《果壳中的宇宙》