8　粒子和宇宙第一课时导学案

粒子和宇宙

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．初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一

（二）过程与方法

1．感知人类（科学家）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

（三）情感、态度与价值观

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。

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

教学方法

教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具

1．Internet网络素材、报刊杂志、影视媒体等。

2．多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件（基于网络环境）播放等。

课时安排

1 课时

引入新课

教师：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。

问题：现在我们所知的构成物体的最小微粒是什么？

学生：构成物体的最小微粒为“原子”（不可再分）。

点评：从宇宙的起源角度去引起对物质构的粒子的了解，激发学生的兴趣，积极回答。

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：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。

点评：引起学生回忆旧知识并巩固知识。

讲授新课

一、“基本粒子”不基本

1.19世纪末，许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子. 2.从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子，它们不是由质子、中子、电子组成. 3.科学家进一步发现质子、中子等本身也是复合粒子，且还有着复杂的结构. 4.粒子加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具. 二、发现新粒子

1.超子：质量比质子的质量大的粒子. 2.反粒子(反物质) 实验发现，许多粒子都有和它质量相同而电荷及其他一些物理量相反的粒子，叫反粒子，例如电子和正电子，质子和反质子等.由反粒子构成的物质叫反物质. 反粒子(反物质)最显著的特点是当它们与相应的正粒子(物质)相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子. 3.按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子. (1)强子：强子是参与强相互作用的粒子，如质子是最早发现的强子，强子又分为介子和重子两类. (2)轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子，如电子、中微子、μ子、τ子等. (3)媒介子：媒介子是传递各种相互作用的粒子，如光子、中间玻色子、胶子. 三、夸克模型

实验表明强子是有内部结构的，1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的.夸克理论经过几十年的完善和发展，已经逐渐为多数粒子物理学家所接受.根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克(u)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、下夸克12(d)、底夸克(b)和顶夸克(t).它们带的电荷分别为元电荷的±3或±3.到目前为止，人们已经

从实验中发现了所有6种夸克存在的证据.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. 四、宇宙的演化

用粒子物理学可以较好地解释宇宙的演化，根据大爆炸理论在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，在大爆炸的瞬间(约10-14 s，温度为1032 K)产生夸克、轻子、胶子等粒子.大爆炸后约10-6 s，温度下降到1013 K左右，夸克构成质子和中子等强子，这个温度范围正是各种强子熙熙攘攘挤在一起的时代，称为强子时代，当温度下降到1011 K(10-2 s)，只剩下少量的强子，而主要是光子、中微子和电子等轻子，此时称为轻子时代，当温度下降到109 K(102 s)，少量的中子和质子结合成氘核，并很快生成氦核，同时有氘核、氦3等轻核及其他轻核等生成，此时称为核合成原子，此时称为合时代.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. 五、恒星的演化

大爆炸10万年后，温度下降到3 000 K左右，出现了由中性原子构成的宇宙尘埃.由于万有引力作用逐渐凝聚成团块，形成气态的星云团，星云团进一步凝聚收缩，使得动力势能转化为内能，温度升高，温度升到一定程度就开始发光，这样一颗恒星就诞生了.这颗星继续收缩，继续升温，当温度超过107 K时，氢聚变成氦，向外辐射能量，核能耗尽后就进入末期，末期形态主要有三种：白矮星、中子星和黑洞. 六、课堂小结

1．知道组成物质的粒子的发展史

2．了解粒子的种类及特点。

3．知道宇宙演化和恒星的演化过程

4．理解物质世界粒子与宇宙的和谐统一。

学生：整理课堂笔记，进一步回忆巩固所学知识。

点评：要求学生梳理知识，进行课堂小结。