资源简介

“基本”粒子教学设计
教材分析
本课题为普通高中物理选择性必修第三册，第五章第五节的内容《“基本”粒子》。
课程内容方面，探索物质结构，认识微观粒子的发现过程。在学习中，使学生体验到科学过程和科学方法。并认识科学技术在促进人类社会发展中的作用。使学生在学习的过程中建构相对完整、科学的物质观念。
教学目标分析
1.知道电子、中子、质子并不是组成物质的最基本的粒子。
2.知道粒子的分类及其作用。
3.了解夸克模型。
4.感悟人类对物质结构的认识是不断深入的，通过对这些微观世界相关内容的学习，形成相对完整、科学的物质观念
教学重点
了解构成物质的粒子
教学难点
各种微观粒子模型的理解
教学设计
一、基本粒子的发现过程
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？
①19世纪末都认为原子是组成物质的最小微粒。
②发现了电子、质子和中子后，许多人认为光子和它们是组成物质的“基本粒子”。
③逐渐发现了数以百计的不由质子、中子、电子组成的新粒子；又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子。
学生通过学习粒子的发现过程，明白科学的发展是一个不断质疑推翻原有不准确的结果，并不断进步的过程。
发现新粒子
1.从20 世纪30 年代以来，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μ子，1947年发现了K介子和π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。
2.1932年发明的粒子加速器，有助于发现更多的新粒子
3.反粒子：质量、寿命、自旋等物理性质相同而电荷等其他性质相反的粒子。
电子——正电子
质子——反质子
由反粒子构成的物质叫反物质
反粒子（反物质）最显著的特点是当它们与相应的正粒子（物质）相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子
现在已经发现的粒子达到400多种。
粒子的分类
粒子的分类 概念 实例 备注
强子 参与强相互作用的粒子 质子、中子 强子有内部结构，有夸克构成
轻子 不参与强相互作用的粒子 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及 子和 子中微子 未发现内部结构
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 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 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量 希格斯玻色子是这几种基本粒子中最后一个被发现的
夸克模型
1.夸克提出：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。
2.夸克种类（6种）
上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、 顶夸克
3.夸克模型
夸克模型的物理意义
夸克模型的提出是物理学发展史中的一个重大突破，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是由于一个一个的突破才得到进一步的发展．
华人科学家在粒子物理学领域的杰出贡献
在粒子物理学的发展史上，有一批华人科学家作出了众多举世瞩目并被载入史册的重大贡献。
1930 年，在美国加州理工学院学习的赵忠尧和英国剑桥大学的科学家各自独立地发现硬 γ 射 线在重元素中的“反常吸收”。同年，他又发现了 γ 射线在重元素中的“额外散射”。这实际上是 对正负电子对产生和湮灭过程的最早观察（尽管赵忠尧当时并未意识到这一点）。更重要的是， 他的实验结果直接激发美国物理学家安德森完成了发现正电子的著名实验。
1933 年，谢玉铭和美国科学家豪斯顿合作对氢原子光谱进行了精准测量，发现测量结果和 当时的理论有差异，并提出这可能是由于当时关于光和物质相互作用的理论还需要改进。他们发 现的这个问题被美国物理学家兰姆等人的实验进一步确认，而理论确实因此而作了重要改进。粒 子物理学中极其重要的重整化理论就是由此诞生的。
1942 年，王淦昌提出证实中微子存在的一种实验方案：观察轻原子 K 俘获过程中的核反冲。 半年后，美国物理学家阿伦照此方案进行实验，找到了中微子。王淦昌还预言在 100 亿电子伏特 质子同步加速器上有可能找到反超子，并于 1959 年找到了一个与反西格玛负超子有关的事例。
1954 年，杨振宁和美国物理学家米尔斯提出了杨－米尔斯规范场理论。后来的电弱统一理 论和量子色动力学都是在杨－米尔斯规范场理论的基础上建立的。
1956 年，李政道和杨振宁提出，在弱相互作用过程中宇称不守恒，并提出了实验验证的建议。
1957 年，吴健雄领导的小组在钴 60 的衰变中证实了宇称不守恒的论断。不久，宇称不守恒 在其他弱相互作用过程中也得到了证实。为此，杨振宁、李政道获得 1957 年的诺贝尔物理学奖。
1974 年，丁肇中领导的小组发现了一种新的粒子。这种粒子有两个奇怪的性质：质量大，
大约是质子质量的 3.3 倍；寿命长，比一般介子的寿命长 5 000 倍。这个发现证实了人们对存在 第四种夸克——粲夸克的预测。美国科学家里克特也在这一年独立地发现了这种粒子，丁肇中与
里克特共获 1976 年的诺贝尔物理学奖。这种新粒子被命名为 J/Ψ 介子。
小结
这节课的内容主要介绍人类认识微观世界的过程，在研究的过程中不断的深入，形成相对完整、科学的物质观念。

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