高中物理：新人教版选修3-5 19.8粒子和宇宙（教案）

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1、第十九章 原子核新课标要求1内容标准 （1 ）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。 （2 ）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。 例 1 了解放射性在医学和农业中的应用。 例 2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。 （3 ）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。 （4 ）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。（5 ）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道

2、核电站的工作模式。 （6 ）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。 例 3 思考核能开发带来的社会问题。 （7 ）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。 例 4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。 2活动建议： （1 ）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。 （2 ）观看有关核能利用的录像片。 （3 ）举办有关核能利用的科普讲座。新课程学习19.8 粒子和宇宙新课标要求（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

3、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 课时教学过程（一）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：

4、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。（二）进行新课1 “基本”粒子 “不” 基本教师：1897 年汤姆生发现电子，1911 年卢瑟福提出原子的核式结构。继而我们发现了光子，并认为“光

5、子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子” 。那么随着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子呢？学生思考并惊奇。点评：因为学生所能了解的最小粒子只有这些，所以这节课引起了学生的兴趣。（可以不按教材顺序介绍，接着介绍新粒子的发现）2发现新粒子教师：20 世纪 3 0 年代以来，人们对宇宙线的研究中发现了一些新的粒子。请学生看教材（103 页“发现新粒子” ）思考下面的问题：（1 ）从宇宙线中发现了哪些粒子？这些粒子有什么特点？（2 ）通过科 学核物理实验又发现了哪些粒子？（3 ）什么是反粒子？（4 ）现在可以将粒子分为哪几类？在老师的引导下学生带着

6、问题阅读教材。学生回答：（1 ） 1932 年发现正电子；1937 年发现 子；1947 年发现 K 介子与 介子（2 ）实验中发现了许多反粒子，现在发现的粒子多达 400 多种。（3 ）许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质相反的粒子，叫做反粒子。（4 ）按粒子与各种相互作用的关系，可分为三大类：强子、轻子和媒介子。教师（讲授评析）：强子：是参与强相互作用的粒子 。 （强子又分为介子和重子）轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子。媒介子：传递各种相互作用的粒子。学生举例：强子：质子、中子轻子：电子、电子中微子媒介子：光子、胶子点评：激发学生了解相关知识，更进一步了解这个世界。比较三

7、类粒子，让学生形成直观的认识，知道三类粒子的主要作用。3夸克模型问：上述粒子是不是最小单位，有没有内部结构呢？请学生看教材（第 104 页“夸克模型” ）学生：在老师的引导下学生带着问题阅读教 材。教师：1964 年提出夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克（quark ） 。夸克模型经过几十年的发展，已被多数物理学家接受。那么，现代科学认为夸克有哪几种？有什么特征？学生回答：（1 ）上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸 克。（2 ）夸克带电荷为元电荷的 或 倍321点评：提示学生现代科学不仅发现 6 种夸克而且发现了反夸克存在的证据。使学生知道知识的学习和科学的探究

8、是无止境的。教师（提示）：科学家们还未捕捉到自由的夸克。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，是物理学发展面临的一个重大课题。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。而另一方面也说明科学正由于一个一个的突破才使得科学得到进一步的发展。例：已知 +介子、 -介子都是由一个夸克（夸克 u 或夸克 d）和一个反夸克（反夸克 或反夸克 ）组成的，它们的带电荷量如下 表所示，表中 e 为元电荷。ud + - u d带电量+e来源:Z#xx#k.Com-e e321e3下列说法正确的是（ ） （2005 全

9、国）A +由 u 和 组成dB +由 和 d 组成C -由 u 和 组成D -由 和 d 组成解析：根据各种粒子带电情况， 的带应为 u 和 d（“+”或“-” ）所以选“AD”归纳：基本粒子不基本（列出框架图）点评：逐步突现物质世界的微观与宏观的和谐统一。来源:Zxxk.Com4宇宙的演化、恒星的演化前面我们提到要了解宇宙起源需了解物质的组成的粒子，这是因为在物理学中研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通、相互支撑。阅读教材（第 105 页“宇宙演化” ）并要求学生初步了解宇宙演化的发展过程。点评：培养学生自学的习惯。学生简单了解宇宙演化和恒星演化过程。来源:学科网

10、ZXXK教师：讲授“宇宙演化过程和恒星演化过程”：宇宙大爆炸后， “粒子家族” （宇宙形成之初）：10-44 秒后，温度 1032K，产生夸克、轻子、胶子等10-6 秒后温度 1013K，夸克构成了质子和中子等 （强子时代）来源: 学+科+网 Z+X+X+K温度为 1011K 时，少量夸克，光子、大量中微子和电子存在（轻子时代）粒子媒介子 轻子（6 种）强子参与强作用光子（传递电磁相互作用）胶子（传递强相互作用）电子电子中微子 子和 子中微子子和 子中微子质子中子介子超子上夸克下夸克奇夸克粲夸克底夸克顶夸克夸克 温度 109K 时进入核合成时代温度降到 3000K 时，电子与质子复合成氢原子冷

11、却，出现了宇宙尘埃 万 有 引 力 作 用密集尘埃星云团 温 度 升 高开始发光一颗恒星诞生。恒星收缩升温热核反应成氦氢大部分聚变为氦收缩氦聚合成碳（类似）直到产生铁元素。恒星最后的归宿：恒星质量小于太阳 1.4 倍白矮星恒星质量是太阳 1.42 倍中子性恒星质量更大时(无法抵抗)黑洞教师：引导学生阅读课外材料“科学足迹” ，课本第 106 页“华人科学家在粒子物理领域的杰出贡献”, 了解科学发展史。学生：了解华人对物理科学的贡献，增强学生的爱国主义热情和热爱科学的高尚的道德情操。点评：激发学生的求知欲，让学生有一种探索科学奥秘的愿望。5课堂练习（可选为例题）练习 1、目前普遍认为，质子和中子

12、都由被称为 夸克和 d 夸克的两类夸克组成，夸克带电量为 2e/3，d 夸克带电量为-e/3，e 为元电荷，则下列论断可能的是（ ）A质子由 1 个 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 夸克和 2 个 d 夸克组成B质子由 2 个 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 夸克和 2 个 d 夸克组成C质子由 1 个 夸克和 2 个 d 夸克组成，中子由 2 个 夸克和 1 个 d 夸克组成D质子由 2 个 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 夸克和 1 个 d 夸克组成答案：B练习 2、 介子衰变方程为： -+ o 其中 介子和 -介KK子带负的基元电荷， o 介子不

13、带电，如图所示，一个 介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧 Ap，衰变后产生的 -介子的轨迹为圆弧 pB,两轨迹在 p 点相切，它们半径 Rk-与 R- 之比为 2：1（ o 介子的轨迹未画出）由此可知 -的动量大小与 o 的动量大小之比为（ ）A1 ：1 B1：2 C1 ：3 D1：6答案：C（三）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。（四）作业：（1 ）查找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。来源:学科网（2 ） “问题与练习”中的 12 题。教学体会粒子和宇宙是近现代物理学重要内容，让学生了解人类对物质结构的认识过程从而进一步认识到物质世界的发展过程：粒子宇宙。本节内容有很多知识相对抽象，课堂教学以讲授为主，并加以适当的补充介绍，使内 容更象形象。一方面让学生了解科学知识，另一方面通过发展名的介绍（尤其是华人在粒子物理学方面的贡献）激发学生爱国主义的精神，培养学生热爱科学、热爱自然的高尚的道德情操，并鼓励他们为祖国、为科学而努力学习，争取更大贡献。