高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册5 “基本”粒子教学设计

5.5“基本”粒子

〖教材分析〗

本节主要介绍粒子物理学发展过程中的一些基本知识，如人类发现的四类粒子和夸克模型，要求学生了解就好。在课堂教学中可以运用表格的形式集中展现粒子的种类。

〖教学目标与核心素养〗

物理观念∶从宏观到微观认识粒子的结构，形成的关于粒子、粒子与相互作用、夸克模型等的基本认识。

科学思维∶能够分清粒子大小的数量级以及相互组成的关系，知道当前还有许多新粒子被不断发现。

科学探究：通过研究宇宙射线和强子对撞机，是发现新粒子的两种方法。

科学态度与责任∶研究微观粒子认识自然的方式之一，粒子是不断发展的，具有相对持久性和普适性。我们要把粒子思想应用与实际生活中。

〖教学重难点〗

教学重点：发现新粒子，粒子的分类。

教学难点：发现新粒子，粒子的分类。

〖教学准备〗

多媒体课件等。

〖教学过程〗

一、新课引入

图中显示的是质子对质子碰撞后粒子的轨迹。20世纪，人们通过对粒子碰撞和宇宙线的观测，发现了很多新粒子。这些新发现的粒子分为哪几类?彼此间有什么关系?

二、新课教学

1.基本粒子

直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒。后来发现了电子、质子和中子，并且知道了原子核和电子组成了原子，质子和中子组成了原子核。于是许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，并把它们叫作"基本粒子"。

2.粒子

所以，从20世纪后半期起，就将"基本"二字去掉，统称为粒子。

（一）发现新粒子

发现新粒子的方法：

①研究宇宙线

②利用加速器

下表呈现的是自20世纪30年代至今物理学家通过实验发现的一部分新粒子。

超子：质量比质子的质量大很多的粒子。

反粒子：它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反。

例如，电子的反粒子是正电子，它的电荷量与电子相同，但带的是正电荷。质子的反粒子是反质子，它的电荷量与质子相同，但带的是负电荷。

（二）粒子的分类

现在已经发现的粒子达400多种。它们大体可被分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别。

拓展学习：夸克与粒子物理标注模型

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。科学家们直到今天还从未捕提到自由的夸克。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"。

课堂练习

例1：下列说法正确的是

1. 原子是组成物质的不可再分的最小粒子
2. 原子是最大的粒子
3. 原子由原子核和核外电子构成，质子和中子构成了原子核
4. 质子、中子本身也是复合粒子，它们也有着自己复杂的结构

解析：物质由分子组成，分子由更小的原子组成；原子核由带正电的质子与不带电在中子组成；原子由位于原子中心的原子核与核外电子组成；质子与中子由夸克组成，质子与中子可以再分。

物质由分子组成，分子由更小的原子组成，原子由处于原子中心的带正电的原子核与核外高速旋转的电子组成，故AB不符合题意，C正确；质子与中子由夸克组成，质子与中子可以再分，故D符合题意。故选CD。

例2：关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是（    ）

1. 半衰期是原子核全部衰变所需时间的一半
2. 半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间
3. 半衰期是原子量减少一半所需的时间
4. 半衰期是元素质量减少一半所需的时间

解析：原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间（即半衰期），原子核就衰变掉总数的一半，这个时间即为半衰期，不是指原子量或元素质量减少—半的时间。半衰期的大小由原子核内部因素决定，与所处的物理环境与化学状态无关。故选B。

例3：下列应用中，属于将放射性同位素作为示踪原子的是（   ）

1. γ射线探伤仪
2. 利用含有放射性碘131的油检测地下输油管道的漏油情况
3. 利用钴6治疗肿瘤等疾病
4. 把含有放射性元素的肥料施给农作物，用以检测确定农作物吸收养分的规律

解析：A.γ射线探伤仪是利用γ射线的穿透性，故A错误。B.利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况是将放射性碘131的油作为示踪原子使用，故B正确。C.利用钴60治疗肿瘤等疾病是利用它的射线，故C错误。D.把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律是示踪原子使用，故D正确。故选BD。

例4：氦原子核由两个质子与两个中子组成，两个质子之间存在着万有引力、库仓力和核力，则这三种力从大到小的排列顺序是（     ）

1. 核力、万有引力、库仑力
2. 万有引力、库仑力、核力
3. 库仑力、核力、万有引力
4. 核力、库仑力、万有引力

解析：氢原子核里有两个质子与两个中子组成，由于存在质量所以它们间存在万有引力、质子带正电，因此质子间存在库仑斥力和质子与中子统称核子，所以它们间存在核力，但这些力有大小之分。核力是强力，它能将核子束缚在原子核内.万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略。故选D。

例5：重核的裂变和轻核的聚变是人类利用原子能的两种主要方法，以下关于它们的说法中正确的是（     ）

1. 裂变、聚变过程都有质量亏损
2. 裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加
3. 裂变过程质量有所增加，聚变过程质量有所亏损
4. 裂变、聚变过程质量都有所增加

解析：重核的裂变和轻核的聚变都会放出核能，根据爱因斯坦的质能方程E = mc²，一定有质量亏损，故A正确，BCD错误。

〖板书设计〗

5.5“基本”粒子

一、发现新粒子

1.    研究宇宙线发现新的粒子
2.    利用加速器发现新的粒子
3.    反粒子：电荷等其他性质相反是粒子

二、粒子的分类

它们大体可被分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别。

〖教学反思〗

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。物质是由分子构成，而分子由原子构成，原子是由原子核和核外电子，原子核由中子和质子构成，而电子、中子、质子都还是有结构的。通过这一过程让学生了解到人类对物质结构的认识是不断深入的，了解到认识无止境。培养热爱探索的精神。