从粒子到宇宙教学资料-课件

第七章从粒子到宇宙

——向物质世界的两极进军

南京师范大学物理科学与技术学院陆建隆课程标准知道物质是由分子和原子组成的了解原子的核式模型。了解人类探索微观世界的历程，并认识这种探索将不断深入大致了解人类探索太阳系及宇宙的历程，并认识人类对宇宙的探索将不断深入对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解初步认识宏观热现象和分子热运动的联系。能从生活、自然中的一些简单热现象推测分子的热运动通过信息收集，了解纳米材料的应用和发展前景知道世界处于不停的运动中。能举例说明自然界存在多种多样的运动形式

我们生活在地球上，仰观太空，斗转星移；俯察大地，声光电热。面对宇宙万物，有多少人在思考

世界万物是由什么构成的？它们有最小的结构吗？如果有，那是什么呢？眨着眼的小星星是什么精灵？滋润万物生长的太阳会不会熄灭？天上的银河是一条河吗？火星或其他星球上有和我们一样的智慧生命吗？导图说明勾勒了从微小粒子到遥远宇宙天体系统的整体图景，既使同学们对这一章所要学习的内容有个概貌性的认识，也体现了物质组成的系统性思想。导图紧扣本章主题，向物质世界的两极（极大和极小）进军，展示了科学技术发展到今天，我们在微小粒子世界揭秘和遥远宇宙探索中所取得的惊人成就。覆盖了本章所要讨论的基本内容，在探索和描写人类感官不及的未知世界时所用的模型化思想，在表现宇宙世界的整体性和系统性同时，还体现了物质结构的层次性。导图中配了一系列极具人文特色的探索性问题，说明我们的祖先面对纷繁复杂的大千世界，就渴望了解构成世界万物的本质，且对宇宙大自然出现的现象感到困惑不解。其目的在于激发学生探究微小物质世界结构及茫茫宇宙奥秘的浓厚兴趣。编写思路深刻领会课程标准的理念，精心选择有关素材，巧妙设计活动，知识呈现体现整体性、结构性和层次性的特征；着力学生科学思维素养的训练，拓宽学生的视野，激发学生探索未知的微观世界和遥远宇宙世界奥秘的兴趣。粒子世界分子原子纳米材料分子空隙分子力分子运动电子原子核中子质子夸克显微镜宇宙世界太阳行星河外星系银河系星系团望远镜太阳系宇宙宇宙大爆炸学说一、走进分子世界教学要求了解物理学中常用的方法——由可以直接感知的现象推测不可直接感知的事物通过观察实验、推测，认识到物质是由大量分子组成的、分子间有间隙通过实验和生活实例认识扩散现象，能推测出分子是运动的、分子间存在着吸引力和排斥力能运用分子模型对物质三态的性质进行简单的解释知道分子很小，一般分子直径的数量级为10-10m能运用分子动理论解释简单的宏观热现象初步了解纳米科学技术就是在分子尺度的水平上进行研究，通过查阅资料大致了解纳米技术的一些应用及前景一、走进分子世界通过活动了解分子模型的主要内容，知道分子是保持物质宏观性质的最小单元，对分子大小有一定的感性认识；了解显微镜在拓展人们的视觉范围、探测微观粒子方面的重要作用，知道显微镜的观测技术有了很大的进步；通过实验探究初步了解分子动理论的主要内容，体会分子世界的物理性质，并能定性解释一些物理现象了解纳米科学技术的初步内容，知道纳米材料的一些奇特性质以及潜在的重要应用前景；了解科学家是如何探索微观世界奥秘的，初步体会探究微观物质结构的模型方法特色对看不见、摸不着，也无法通过感觉器官感知的物质的认识科学家采用了一种有效的间接方法，这就是先根据一些观测现象，提出一种模型作为猜想，然后收集证据证实这种猜想。活动7.1选择一种模型的教学通过活动体会不同形态的物质分布是不连续的猜想物质结构的一种模型收集实验证据，支持这种模型的合理性。分子空隙—分子模型—分子运动—分子间的作用特色：遵循科学研究的思路；符合学生认知发展规律内容呈现具有探究性气体、液体、固体实验与介绍相结合。对分子小的感性认识28克的金可以拉长为65千米的极细金丝，而金丝的直径仍比金分子的直径大得多2500万个水分子一个挨一个地排成一行，长约1厘米若把水分子与乒乓球相比，他们的比例就好象乒乓球与地球之比1标准大气压下，1cm3的任何气体约有2。7×1019个分子，让这些气体分子从容器中跑出，如果1秒钟跑出1亿个，约须9000年才能跑完。显微镜放大镜胡克显微镜高分辨率显微镜电子显微镜扫描隧道显微镜放大镜电子显微镜透射电子显微镜世界上分辨率最高的电子显微镜可将直径1mm的铅笔芯放大到15km。相当于珠海那么大的城市。日本的那台目前世界上分辨率最高的电子显微镜外观像一座高塔。高度达14m，总重量为280吨纳米技术与纳米材料探索更小微粒

教学要求认识到分子由原子组成，原子还不是组成物质的最小单元能说出原子的核式模型知道组成原子核的质子和中子是由更小的微粒夸克组成的认识电子伏（eV）是高能物理学中常用的能量单位了解人类探索微观世界的历程，并认识到这种探索将不断深入对微观世界粒子的“小”有一定的感性认识教材说明分三个层次来展示比分子更小的微观粒子世界第一层次说明分子是由原子组成的，这主要结合学生在有关科学、自然等课程中所获得的对原子、分子方面的基本认识直接给出。第二层次展示比原子更小的世界，第三层次以系列人物图加说明的形式展示了人们在探索原子内粒子世界所做的努力以及所取得的成果基本粒子知多少代粒子电荷(e)能量────────────────

1上夸克u+2/35.6MeV

下夸克d-1/39.9MeV2粲夸克c+2/31350MeV

奇异夸克s-1/3199MeV3顶夸克t+2/3180GeV

底夸克b-1/35000MeV下表给出了目前发现的轻子。代粒子符号电荷e质量寿命（秒）发现时间1电子e-10.511Mev/c2稳定1897电子中微子νe0<7eV/c2稳定19552μ子μ-1106MeV/c22.2×10-61936μ型中微子νμ0<0.27MeV/c2稳定19623τ子τ-11776MeV/c22.9×10-131977τ型中微子ντ0<35MeV/c2稳定2000传递相互作用的规范玻色子名称符号传递的相互作用质量自旋电荷光子γ电磁010弱中间W±

弱81.8GeV1±1玻色子Z0

弱92.6GeV10胶子(g)强(0)(1)0引力子引力(0)(2)0宇宙探秘

教学要求认识天文学中常用的距离单位——天文单位、光年通过阅读，对宇宙有初步的认识（宇宙由大量的天体组成，各天体系统是有一定的层次结构的）通过阅读，大致了解人类探索太阳系及宇宙的历程，并认识到人类对宇宙的探索将不断深入通过查找资料，初步了解宇宙起源理论：地心说、日心说（由此认识到人类对宇宙的认识是逐步深入的，宇宙中处处都是平等的）和大爆炸学说（知道宇宙的膨胀是对该学说的极大的支持）初步了解物质世界主要物体的大致尺度（对宇宙及宇宙中天体的“大”有一定的感性认识即可）初步领略宇宙的神奇，培养学生对天文学的浓厚兴趣对人类探索太空、走向太空、利用太空有初步的了解人的一生相对于浩淼的宇宙是极其渺小和短暂的，但是人类对宇宙奥秘的探索却是一刻也没有停止过。宇宙有多大？宇宙有限还是无限？宇宙有没有中心，若有，宇宙的中心在哪里？宇宙如何变化？宇宙的未来会是什么样子？宇宙整体图象教材按时间的顺序及离我们人类所处的地球的距离由近及远的方式初步展示了人类探索宇宙的历程和所取得的成果。教材的另一条线索是展示了人类对宇宙结构演化等更深入的认识历程。从人类绘制星图、命名星座，到托勒密提出宇宙的地球中心说，到哥白尼创立“日心说”，到恒星也在运动、星系在退离我们地球而远去，一直到科学家提出宇宙起源于热大爆炸的学说。特点教学内容以这样一种方式呈现实际上也是一种探究模式，与活动探究不同的是，它是以文献资料为主的科学发展史的科学探究过程。1/人类在探索宇宙所经历的艰难曲折，以及过去人们对宇宙的认识是多么的不完整；2/人类对宇宙的探索是步步深入的，而且这种探索还将继续下去；3/望远镜作为人类观察宇宙的“眼睛”在人类探索宇宙中发挥了重要的作用。天体的层次结构恒星星团宇宙的起源与演化大爆炸宇宙学说支持宇宙大爆炸学说的证据大爆炸宇宙学说1946伽莫夫迄今观测到的宇宙，起始于最初的一次大爆炸事件。那时，宇宙的温度极高，密度极大，体积极小。大爆炸使物质四散飞出，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有的星系，恒星，行星乃至生命等，总体上都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。这被称为标准宇宙模型。证据1：宇宙在膨胀哈勃定律1929年哈勃利用24个星系样本数据得到了哈勃定律Ｚ＝（λ－λe）/λe=(H0/c)D1997年，观测到样本已达28000多个，所得结论更为可靠证据2：微波背景辐射证据3：氦元素的丰度1868年8月18日，法国的J.Janssen到印度观测日全食，结果在钠的D1、D2双线旁边发现了λ＝5876A°的一条谱线(D3线)这是地球上迄今没发现的，当时JANSSEN认为这很可能是一种新的元素发射的谱线，于是命名为He，拉丁语意为“太阳的元素”（取自希腊神话中的太阳神Helios），27年后，英国的化学分析学家在地球上得到了He。天然元素90多种。He在地球上是很少的，在宇宙中，氦丰度高居第二，仅次于氢，H,He共占98％以上，其他所有元素的含量则还不到2％。星系名称Y

银河系0.29

小麦哲伦云0.25

大麦哲伦云0.29

仙女座星去M330.34NGC68220.27NGC44490.28NGC54610.28NGC54710.28NGC76790.28氦的起源在宇宙形成时先天留有的；宇宙形成后，后天产生的

恒星能源均由为4H→He得到。计算结果表明：银河系中的He的丰度仅为2％，这与观测值29％相去甚远，结论：He的大部分来源只能是宇宙形成时先天留下的，而大爆炸宇宙论很好地解释了这一观测事实。中国人实现飞天梦1970年4月24日，我国成功地发射了第一颗人造地球卫星。1975年11月26日，我国发射“返回型遥感卫星1号”成功，3天后回收卫星成功。1981年9月20日，我国成功地实现