物理选择性必修 第三册5 “基本”粒子教案

这是一份物理选择性必修 第三册5 “基本”粒子教案，共8页。教案主要包含了新课引入，新知探究，课堂小结，随堂演练，教学反思等内容，欢迎下载使用。

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。
教学过程
【新课引入】
如图显示的是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？彼此之间有什么关系？
【新知探究】
（一）发现新粒子
1.“基本粒子”不基本
1803年道尔顿发现原子，人们认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒；
1897年汤姆孙发现电子，1919卢瑟福发现质子，1932年查德威克通过实验发现中子……
后来认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子,并称为“基本粒子”。
随着科学的进一步发展,科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子，它们并不能看作由质子、中子、电子组成的,另外又发现质子、中子等本身也有复杂的结构。所以，从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子。
“基本”粒子不再“基本”，发现的新粒子应该分为哪几类？
2.发现新粒子
人们在对宇宙线的研究中陆续发现了一些新的粒子。1932年发现了正电子，1937年发现了?子，1947年发现了?介子和?介子。后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大很多，叫作超子。
1932年发明的粒子加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。让这些高能粒子彼此对撞，就能产生更多的粒子，这种装置称为对撞机。利用加速器和对撞机，人们发现了更多的粒子。
(1)反粒子
实验中发现,存在着这样一类粒子,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,这些粒子叫作反粒子。例如,电子的反粒子就是正电子。
(2)部分实验发现的新粒子
（二）粒子的分类
可分为四大类：强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子。
（1）强子：参与强相互作用的粒子。
质子和中子都是强子。
（2）轻子：不参与强相互作用。
电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子。每种轻子都有对应的反粒子。
（3）规范玻色子：传递各种相互作用的粒子。
光子、中间玻色子（W和Z玻色子）、胶子。
（4）希格斯玻色子：希格斯场的量子激发。
基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。
（三）夸克与粒子物理标准模型
1.夸克
上述粒子是不是最小单位，有没有内部结构呢？
1964年盖尔曼提出夸克模型，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。并且由美国费米国家加速器实验室实验证实了夸克的存在。
（1）夸克有哪几种？
上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。
（2）夸克有什么特征？
夸克带电荷为元电荷的+23或-13倍
质子是由两个上夸克和一个下夸克组成。
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。科学的探究是无止境的。
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。
2.粒子物理标准模型
标准模型中最基本的粒子类型图谱。
例1：正误判断
(1)质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子。( ) ×
(2)质量、寿命、自旋等物理性质相同，而电荷量相等电性相反的粒子称为反粒子。( ) √
(3)按照夸克模型,电子所带电荷不再是电荷的最小单元。( ) √
(4)夸克的带电荷量是电子电荷量的整数倍。( ) ×
(5)轻子的质量一定轻。( ) ×
(6)核子之间的核力是胶子传递的。( ) √
(7)轻子是不参与强相互作用的粒子。( ) √
(8)夸克有6种,它们所带电荷分别为元电荷的+2/3或-1/3。( ) √
例2：下列物体的尺寸由小到大排列的是（ ）B
A．夸克/电子、原子核、质子/中子、原子、分子、物质
B．夸克/电子、质子/中子、原子核、原子、分子、物质
C．夸克/电子、原子核、原子、质子/中子、分子、物质
D．物质、分子、原子、原子核、质子/中子、夸克/电子
例3：多选)关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是( )ABC
A.许多粒子都有自己的反粒子
B.电子属于轻子
C.质子属于强子
D.光子属于轻子
例4：(多选)下列关于夸克模型的说法正确的是( )ABC
A.强子是由更基本的成分夸克组成的
B.夸克的电荷量分别为元电荷的
C.每种夸克都有对应的反夸克
D.夸克能以自由的状态单个出现
例5：2002年,美国《科学》杂志评出的“2001年世界十大科技突破”中,有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果,该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在上述研究中有以下说法,正确的是( )B
①若发现μ子和中微子的运动方向一致,则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反 ②若发现μ子和中微子的运动方向一致,则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致 ③若发现μ子和中微子的运动方向相反,则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致 ④若发现μ子和中微子的运动方向相反,则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能相反
A.①③ B.②③ C.③④ D.①②
例6：目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克所带的电荷量为，d夸克所带的电荷量为，e为元电荷，下列论断中可能正确的是( )B
A.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
【课堂小结】
【随堂演练】
1．关于粒子，下列正确的是（ ）BD
A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B．质子、中子本身也是复合粒子，它们拥有复杂的结构
C．质子是带电的弱子
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
2.关于粒子,下列说法正确的是( )D
A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B.强子都是带电粒子
C.夸克模型是探究轻子结构的理论
D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
3.(多选)下列说法正确的是( )ACD
A.目前还未发现轻子的内部结构
B.自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律,对基本粒子不适用
C.反粒子与其对应的粒子相遇时,会发生湮灭现象
D.强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子
4. 20世纪30年代以来,人们在对宇宙射线的研究中,陆续发现了一些新的粒子,K介子和π介子就是科学家在1947年发现的。K-介子的衰变方程为K-→π0+π-,其中K-介子和π-介子带负电,电荷量等于元电荷的电荷量,π0介子不带电。如图所示,一个K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中,其轨迹为图中的圆弧虚线,K-介子衰变后,π0介子和π-介子的轨迹可能是( )A
【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。
分类
参与的相互作用
发现的粒子
备 注
强子
参与强相互作用
质子、中子、介子、超子
强子有内部结构,由夸克构成
轻子
不参与强相互作用
电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子
未发现内部结构
每种轻子都有对应的反粒子
规范玻
色子
传递各种相互作用
光子、中间玻色子、胶子
光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用
希格斯
玻色子
希格斯场的量子激发
—
最后一个被发现
基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量