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1、最新人教版選修 (3-5)粒子和宇宙教案1 新課標(biāo)要求（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)重點了解構(gòu)成物質(zhì)的粒子和宇宙演化過程 教學(xué)難點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：1 Internet 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：可供實物投影、放像、課件（
2、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境）播放等。 課時安排1 課時 教學(xué)過程（一）引入新課教師：宇宙的起源一直是天文學(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）。點評：從宇宙的起源角度去引起對物質(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。1 / 6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
3、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。點評：因為學(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 年代以來 ,人們對
4、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？（ 2）通過科學(xué)核物理實驗又發(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）實驗中發(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
5、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2 / 6點評：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)
6、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2或13倍3點評：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
7、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u 或反夸克 d ）組成的 ,它們的帶電荷量如下表所示,表中 e 為元電荷。+-udud帶電+e-e2121eeee3333量下列說法正確的是（）（ 2005 全國）A +由 u 和 d 組成B +由 u 和 d 組成C -由 u 和 d 組成D -由 u 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）點評：逐步突現(xiàn)物質(zhì)世界的微觀與宏觀的和諧統(tǒng)一。3 / 6媒介子光 子 （ 傳 遞 電 磁 相 互 作用）膠子（傳
8、遞強(qiáng)相互作用）電子粒輕 子電子中微子子（ 6 種） 子和 子中微子子和子中微子強(qiáng)子質(zhì)子上夸克中子下夸克參與強(qiáng)作用夸克介子奇夸克超子粲夸克底夸克頂夸克4宇宙的演化、恒星的演化前面我們提到要了解宇宙起源需了解物質(zhì)的組成的粒子,這是因為在物理學(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
9、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 109 K 時進(jìn)入核合成時代溫度降到 3000K 時 ,電子與質(zhì)子復(fù)合成氫原子萬有引力作用冷卻 ,出現(xiàn)了宇宙塵埃密集塵埃溫度升高星云團(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s4 / 6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1.4 2 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
10、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
11、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、 K介子衰變方程為： K -+ o 其中 K 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 K 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A p,衰變后產(chǎn)生的 -介子的軌跡為圓弧pB,兩軌跡在p 點相切 ,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（ ）A 1： 1B 1： 2C 1： 3D 1： 6答案： C（三）課堂小結(jié)1知道
12、組成物質(zhì)的粒子的發(fā)展史2了解粒子的種類及特點。3知道宇宙演化和恒星的演化過程5 / 64理解物質(zhì)世界粒子與宇宙的和諧統(tǒng)一。學(xué)生：整理課堂筆記,進(jìn)一步回憶鞏固所學(xué)知識。點評：要求學(xué)生梳理知識,進(jìn)行課堂小結(jié)。（四）作業(yè)：（ 1）查找有關(guān)華人科學(xué)家在粒子物理領(lǐng)域的更多成果和事跡與其他同學(xué)交流。（ 2）“問題與練習(xí)”中的 12 題。教學(xué)體會粒子和宇宙是近現(xiàn)代物理學(xué)重要內(nèi)容,讓學(xué)生了解人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識過程從而進(jìn)一步認(rèn)識到物質(zhì)世界的發(fā)展過程：粒子宇宙。本節(jié)內(nèi)容有很多知識相對抽象,課堂教學(xué)以講授為主 ,并加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充介紹,使內(nèi)容更象形象。一方面讓學(xué)生了解科學(xué)知識,另一方面通過發(fā)展名的介紹（尤其是華人在粒子物理學(xué)方面的貢獻(xiàn)）激發(fā)學(xué)生愛國主義的精神,培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)、熱愛自然的高尚的道德情操,并鼓勵他們?yōu)樽鎳?、為科學(xué)而努力學(xué)習(xí),爭取更大貢獻(xiàn)。6 / 6
人教版選修(3-5)《粒子和宇宙》教案1
