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文檔簡介
19.8 粒子和宇宙 教案【三維目標(biāo)】(一)知識與技能1了解構(gòu)成物質(zhì)的“基本粒子”及粒子物理的發(fā)展史2初步了解宇宙的演化過程及宇宙與粒子的和諧統(tǒng)一(二)過程與方法1感知人類(科學(xué)家)探究宇宙奧秘的過程和方法2能夠突破傳統(tǒng)思維重新認(rèn)識客觀物質(zhì)世界(三)情感、態(tài)度與價值觀1讓學(xué)生真正感受到自然的和諧統(tǒng)一并深知創(chuàng)建和諧社會的必要性。2培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。【教學(xué)重點(diǎn)】了解構(gòu)成物質(zhì)的粒子和宇宙演化過程【教學(xué)難點(diǎn)】各種微觀粒子模型的理解【教學(xué)方法】教師啟發(fā)、引導(dǎo),學(xué)生討論、交流。【教學(xué)用具】1internet網(wǎng)絡(luò)素材、報刊雜志、影視媒體等。2多媒體教學(xué)設(shè)備一套:可供實(shí)物投影、放像、課件(基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境)播放等?!窘虒W(xué)過程】(一)引入新課教師:宇宙的起一直是天文學(xué)中困難而又有啟發(fā)性的問題。宇宙學(xué)中大爆炸論的基本觀點(diǎn)是宇宙正在膨脹,要了解宇宙更早期的情況,我們必須研究組成物質(zhì)的基本粒子。問題:現(xiàn)在我們所知的構(gòu)成物體的最小微粒是什么?學(xué)生:構(gòu)成物體的最小微粒為“原子”(不可再分)。點(diǎn)評:從宇宙的起角度去引起對物質(zhì)構(gòu)的粒子的了解,激發(fā)學(xué)生的興趣,積極回答。教師:其實(shí)直到19世紀(jì)末,人們都認(rèn)為原子是組成物質(zhì)不可分的最小微粒。20世紀(jì)初人們發(fā)現(xiàn)了電子,并認(rèn)為原子并不是不可以再分,而且提出了原子結(jié)構(gòu)模型的研究。問題:現(xiàn)在我們認(rèn)為原子是什么結(jié)構(gòu)模型,由什么組成?學(xué)生回憶并回答:現(xiàn)在我們認(rèn)為原子是核式結(jié)構(gòu),說明原子可再分,原子核由質(zhì)子與中子構(gòu)成。點(diǎn)評:引起學(xué)生回憶舊知識并鞏固知識。(二)進(jìn)行新課1“基本”粒子 “不” 基本教師:1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子,1911年盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)。繼而我們發(fā)現(xiàn)了光子,并認(rèn)為“光子、電子、質(zhì)子、中子”是組成物質(zhì)的不可再分的粒子,所以把它們叫“基本粒子”。那么隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展“它們”還是不是真正意義上的“基本”粒子呢?學(xué)生思考并驚奇。點(diǎn)評:因?yàn)閷W(xué)生所能了解的最小粒子只有這些,所以這節(jié)課引起了學(xué)生的興趣。(可以不按教材順序介紹,接著介紹新粒子的發(fā)現(xiàn))2發(fā)現(xiàn)新粒子教師:20世紀(jì)30年代以,人們對宇宙線的研究中發(fā)現(xiàn)了一些新的粒子。請學(xué)生看教材(103頁“發(fā)現(xiàn)新粒子”)思考下面的問題:(1)從宇宙線中發(fā)現(xiàn)了哪些粒子?這些粒子有什么特點(diǎn)?(2)通過科學(xué)核物理實(shí)驗(yàn)又發(fā)現(xiàn)了哪些粒子?(3)什么是反粒子?(4)現(xiàn)在可以將粒子分為哪幾類?在老師的引導(dǎo)下學(xué)生帶著問題閱讀教材。學(xué)生回答:(1)1932年發(fā)現(xiàn)正電子;1937年發(fā)現(xiàn)子;1947年發(fā)現(xiàn)k介子與介子(2)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了許多反粒子,現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的粒子多達(dá)400多種。(3)許多粒子都存在著質(zhì)量與它相同而電荷及其他一些物理性質(zhì)相反的粒子,叫做反粒子。(4)按粒子與各種相互作用的關(guān)系,可分為三大類:強(qiáng)子、輕子和媒介子。教師(講授評析):強(qiáng)子:是參與強(qiáng)相互作用的粒子。 (強(qiáng)子又分為介子和重子)輕子:輕子是不參與強(qiáng)相互作用的粒子。媒介子:傳遞各種相互作用的粒子。學(xué)生舉例:強(qiáng)子:質(zhì)子、中子輕子:電子、電子中微子媒介子:光子、膠子點(diǎn)評:激發(fā)學(xué)生了解相關(guān)知識,更進(jìn)一步了解這個世界。比較三類粒子,讓學(xué)生形成直觀的認(rèn)識,知道三類粒子的主要作用。3夸克模型問:上述粒子是不是最小單位,有沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)呢?請學(xué)生看教材(第104頁“夸克模型”)學(xué)生:在老師的引導(dǎo)下學(xué)生帶著問題閱讀教材。教師:1964年提出夸克模型,認(rèn)為強(qiáng)子由更基本的成分組成,這種成分叫做夸克(quark)??淇四P徒?jīng)過幾十年的發(fā)展,已被多數(shù)物理學(xué)家接受。那么,現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為夸克有哪幾種?有什么特征?學(xué)生回答:(1)上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克、頂夸克。(2)夸克帶電荷為元電荷的或倍點(diǎn)評:提示學(xué)生現(xiàn)代科學(xué)不僅發(fā)現(xiàn)6種夸克而且發(fā)現(xiàn)了反夸克存在的證據(jù)。使學(xué)生知道知識的學(xué)習(xí)和科學(xué)的探究是無止境的。教師(提示):科學(xué)家們還未捕捉到自由的夸克??淇瞬荒芤宰杂傻臓顟B(tài)單個出現(xiàn),這種性質(zhì)稱為夸克的“禁閉”。能否解放被禁閉的夸克,是物理學(xué)發(fā)展面臨的一個重大課題??淇四P偷奶岢鍪俏锢韺W(xué)發(fā)展中的一個重大突破,它指出電子電荷不再是電荷的最小單元,即存在分?jǐn)?shù)電荷。而另一方面也說明科學(xué)正由于一個一個的突破才使得科學(xué)得到進(jìn)一步的發(fā)展。例:已知+介子、-介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克或反夸克)組成的,它們的帶電荷量如下表所示,表中e為元電荷。+-ud帶電量+e-e下列說法正確的是( )(2005全國)a+由u和組成 b+由和d組成c-由u和組成 d-由和d組成解析:根據(jù)各種粒子帶電情況,的帶應(yīng)為u和d(“+”或“-”)所以選“ad”歸納:基本粒子不基本(列出框架圖)粒子媒介子 輕子(6種)強(qiáng)子參與強(qiáng)作用光子(傳遞電磁相互作用)膠子(傳遞強(qiáng)相互作用)電子電子中微子子和子中微子子和子中微子 質(zhì)子中子介子超子上夸克下夸克奇夸克粲夸克底夸克頂夸克夸克 點(diǎn)評:逐步突現(xiàn)物質(zhì)世界的微觀與宏觀的和諧統(tǒng)一。4宇宙的演化、恒星的演化前面我們提到要了解宇宙起需了解物質(zhì)的組成的粒子,這是因?yàn)樵谖锢韺W(xué)中研究微觀世界的粒子物理、量子理論,與研究宇宙的理論竟然相互溝通、相互支撐。閱讀教材(第105頁“宇宙演化”)并要求學(xué)生初步了解宇宙演化的發(fā)展過程。點(diǎn)評:培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)的習(xí)慣。學(xué)生簡單了解宇宙演化和恒星演化過程。教師:講授“宇宙演化過程和恒星演化過程”:宇宙大爆炸后,“粒子家族”(宇宙形成之初):10-44秒后,溫度1032k,產(chǎn)生夸克、輕子、膠子等10-6秒后溫度1013k,夸克構(gòu)成了質(zhì)子和中子等(強(qiáng)子時代)溫度為1011k時,少量夸克,光子、大量中微子和電子存在(輕子時代)溫度109k時進(jìn)入核合成時代溫度降到3000k時,電子與質(zhì)子復(fù)合成氫原子冷卻,出現(xiàn)了宇宙塵埃密集塵埃星云團(tuán)開始發(fā)光一顆恒星誕生。恒星收縮升溫?zé)岷朔磻?yīng)成氦氫大部分聚變?yōu)楹な湛s氦聚合成碳(類似)直到產(chǎn)生鐵元素。恒星最后的歸宿:恒星質(zhì)量小于太陽1.4倍白矮星恒星質(zhì)量是太陽1.42倍中子性恒星質(zhì)量更大時(無法抵抗)黑洞教師:引導(dǎo)學(xué)生閱讀課外材料“科學(xué)足跡”,課本第106頁“華人科學(xué)家在粒子物理領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)”,了解科學(xué)發(fā)展史。學(xué)生:了解華人對物理科學(xué)的貢獻(xiàn),增強(qiáng)學(xué)生的愛國主義熱情和熱愛科學(xué)的高尚的道德情操。點(diǎn)評:激發(fā)學(xué)生的求知欲,讓學(xué)生有一種探索科學(xué)奧秘的愿望。5課堂練習(xí)(可選為例題)練習(xí)1、目前普遍認(rèn)為,質(zhì)子和中子都由被稱為夸克和d夸克的兩類夸克組成,夸克帶電量為2e/3,d夸克帶電量為-e/3,e為元電荷,則下列論斷可能的是( )a質(zhì)子由1個夸克和1個d夸克組成,中子由1個夸克和2個d夸克組成b質(zhì)子由2個夸克和1個d夸克組成,中子由1個夸克和2個d夸克組成c質(zhì)子由1個夸克和2個d夸克組成,中子由2個夸克和1個d夸克組成d質(zhì)子由2個夸克和1個d夸克組成,中子由1個夸克和1個d夸克組成答案:b練習(xí)2、介子衰變方程為:-+o其中介子和-介子帶負(fù)的基元電荷,o介子不帶電,如圖所示,一個介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場中,其軌跡為圓弧ap,衰變后產(chǎn)生的-介子的軌跡為圓弧pb,兩軌跡在p點(diǎn)相切,它們半徑rk-與r-之比為2:1(o介子的軌跡未畫出)由此可知-的動量大小與o的動量大小之比為( )a1:1 b1:2 c1:3 d1:6答案:c(三)課堂小結(jié)1知道
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