“基本”粒子

【教學目標】

一、知識與技能

1．了解構成物質的“基本粒子”。

2．了解粒子物理的發展史。

二、過程與方法

1．感知人類（科學家）探究宇宙奧秘的過程和方法。

2．能夠突破傳統思維重新認識客觀物質世界。

三、情感、態度與價值觀

1．讓學生真正感受到自然的和諧統一并深知創建和諧社會的必要性。

2．培養學生的科學探索精神。

【教學重點】

了解構成物質的粒子。

【教學難點】

各種微觀粒子模型的理解。

【教學過程】

一、新課導入

欣賞視頻：宇宙的演化。

教師：我們看到了經歷了138億年的宇宙演化過程，是多么絢麗。宇宙是神秘的，

人們對宇宙的探索從未停止。同學們知道我們為了探索宇宙，做了哪些事情嗎？

學生：火箭、衛星、探測器、望遠鏡。

教師：確實，這是我們探索宇宙的一種方式，通過直接的觀測和探索來了解我們現

在的宇宙。但是大家有沒有想過，我們的科學家又是怎么知道過去的宇宙，知道宇宙是

怎么誕生的嗎？而這離不開我們前面所學習的粒子了。這里引入諾貝爾物理獎獲得者格

拉肖的話：“隱藏在原子內心的，是宇宙結構的秘密。”

問題：現在我們認為原子是什么結構模型，由什么組成？

學生回憶并回答：現在我們認為原子是核式結構，說明原子可再分，原子核由質子

與中子構成。

點評：引起學生回憶舊知識并鞏固知識。

二、新課教學

教師：從道爾頓發現原子，到湯姆孫發現電子，再到盧瑟福提出原子的核式結構并

且發現質子，查德威克發現了中子，最后我們發現了光子。當時科學家們認為“光子、

電子、質子、中子”是組成物質的不可再分的粒子，所以把它們叫“基本粒子”。但是

隨著科學技術的發展這些粒子并不是真正意義上的“基本”粒子，我們發現它們還有更

小的結構。

學生思考并驚奇。

點評：因為學生所能了解的最小粒子只有這些，所以這節課引起了學生的興趣。

（可以不按教材順序介紹，接著介紹新粒子的發現）

（一）發現新粒子

教師：20世紀30年代以來，人們是通過對宇宙線的研究中發現了一些新的粒子。

（展示宇宙射線圖片）

請學生看教材，思考下面的問題：

從宇宙線中發現了哪些粒子？這些粒子有什么特點？

1932年發現正電子；1937年發現μ子；1947年發現K介子與π介子。

展示強子對撞機，并適當介紹。

1932年發明的粒子加速器，能使帶電粒子加速到很高的能量。讓這些高能粒子彼

此對撞，就能產生更多的粒子，這種裝置稱為對撞機。利用加速器和對撞機，人們發現

了更多的粒子。

展示部分新粒子的實驗發現年代圖。

（二）粒子的分類

在老師的引導下學生帶著問題閱讀教材總結：

1．實驗中發現了許多反粒子，現在發現的粒子多達400多種。

2．許多粒子都存在著質量與它相同而電荷及其他一些物理性質相反的粒子，叫做

反粒子。

2．可分為四大類：強子、輕子、規范玻色子和希格斯玻色子。

教師（展示粒子與各種相互作用的關系，講授評析）：

（1）強子：參與強相互作用的粒子。

質子和中子都是強子。

（2）輕子：不參與強相互作用。

電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子。每種輕子都有對應的反粒子。

（3）規范玻色子：傳遞各種相互作用的粒子。

光子、中間玻色子（W和Z玻色子）、膠子。

（4）希格斯玻色子：希格斯場的量子激發。

基本粒子因與希格斯場耦合而獲得質量。

問：上述粒子是不是最小單位，有沒有內部結構呢？

教師（展示美國費米國家加速器實驗室）：1964年蓋爾曼提出夸克模型，認為強子

由更基本的成分組成，這種成分叫做夸克（quark）。夸克模型經過幾十年的發展，已被

多數物理學家接受。并且由美國費米國家加速器實驗室實驗證實了夸克的存在。

拓展：夸克名字的由來。夸克一詞是蓋爾曼取自詹姆斯·喬伊斯（JamesJoyce）的

小說《芬尼根的守靈夜》（“FinnegansWake”）的詞句“向麥克老人三呼夸克（Threequarks

forMusterMark）”。另外夸克在該書中具有多種含義，其中之一是一種海鳥的叫聲。他

認為這適合他最初認為“基本粒子不基本、基本電荷非整數”的奇特想法，但同時他也

指出這只是一個笑話，這是對矯飾的科學語言的反抗。另外，也可能是出于他對鳥類的

喜愛。

那么，現代科學認為夸克有哪幾種？有什么特征？

學生回答：

（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

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教師拓展：質子是由兩個上夸+克3和?一3個下夸克組成。

點評：提示學生現代科學不僅發現6種夸克而且發現了反夸克存在的證據。使學生

知道知識的學習和科學的探究是無止境的。

教師（提示）：科學家們還未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的狀態單個出現，

這種性質稱為夸克的“禁閉”。能否解放被禁閉的夸克，是物理學發展面臨的一個重大

課題。

夸克模型的提出是物理學發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，即存在分數電荷。而另一方面也說明科學正由于一個一個的突破才使得科學得

到進一步的發展。

教師展示標準模型中最基本的粒子類型圖譜。

請學生閱讀教材中《華人科學家在粒子物理學領域的杰出貢獻》。教師展示華人科

學家的風采。

【練習鞏固】

1．關于粒子，下列正確的是（）

A．質子和中子是組成物質的不可再分的最基本的粒子

B．質子、中子本身也是復合粒子，它們擁有復雜的結構

C．質子是帶電的弱子

D．夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位

答案：BD

2．關于分子的說法下列正確的是（）

A．分子是組成物質的最小微粒

B．分子是物質中不能再分的最小微粒

C．分子是組成物質，并能保持物質化學性質的最小微粒

D．分子是人們為了描述物質結構而想象出來的模型，實際是不存在的

答案：C

3．下列粒子呈帶正電荷性質的是（）

A．質子B．中子

C．電子D．原子

答案：A