天天资源网 / 高中语文 / 教学同步 / 人教版 / 必修3 / 第四单元 / 14 *一名物理学家的教育历程 加来道雄 / 物理 下册小粒子和大宇宙教案
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第十章小粒子和大宇宙(一)本章概述1.课标要求：科学内容●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，并认识到这种探索将不断深入。●大致了解人类探索太阳系及宇宙结构的历程，并认识到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。●能从生活、自然中的一些简单热现象推测分子的热运动。初步认识宏观热现象和分子热运动的联系。●能举例说明自然界存在多种多样的运动形式。知道世界处于不停的运动中。2.教材分析：本章教材的重点是：物质是由分子和原子组成的；分子动理论的基本观点；物质世界从微观到宏观的尺度的大致数量级概念；人类对微观世界和宇宙的探索将永无止境。本章教材的难点是对微观世界概念的建立，人类探索微观和探索宇宙过程中的科学方法和科学态度的形成，以及从中感受科学精神和人文情操的过程。3.教法、学法指导
⑴从微观和宏观两个方面以不同的文献资料向学生展示人类生存的物质世界的真实画卷，让学生初步认识物质世界的基本构成。⑵通过实践让学生感受微观世界的运动及物质存在的三种状态。这种设计方式是为了让学生在初步了解物质世界的基础上通过自己的实践来感知组成物质世界的最小单元的运动情况。⑶通过实验探索来加深学生对物质世界特性的认识，也加强他们的动手能力和对用实验来探索真理的科学态度和方法。4.课时安排：3课时(二)课题教案参考第一节走进微观1.教学目标：⑴能简单说明物质是由分子和原子组成的，了解分子运动理论的基本观点。⑵了解原子的核式模型，大致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。⑶对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的数量级的概念。2.教材分析：本节的重点是物质是由分子和原子组成的，原子的核式结构模型。本节的难点是学生对微观世界“小”的概念的建立和探索微观世界的科学方法的形成过程。3.课时安排：
1课时4.教学准备：挂图，VCD片5.教学设计6.板书设计教师活动学生活动说明我们生活在辽阔的宇宙中，宇宙到底有多大？又是由什么东西组成？空气到底由什么物质组成？从今天起，我们学习§10.1走进微观(板书)让学生看书“物质的组成”1.物质是由什么组成的？2.为什么说分子是组成物质的最小微粒？3.第一位提出分子的人是谁？4.1cm3的水中含有3.34×1022个水分子，你能感悟到分子的大小吗？看书分子讨论回答：很小阅读原子核和电子质子和中子引入课题自主学习
指导学生阅读“微观粒子”1.原子是由什么构成的？2.原子核由什么构成的？抓住原子结构的核式结构认识到这种结构非常牢固。带着问题阅读教材，思考。学生回答。让学生小结完成作业1.你知道哪些微观粒子？2.这些粒子的大小顺序你能知道吗？3.人们现在用什么方法发现了更小的粒子？总结计算课后题目做同步训练认识原子结构，知道原子由原子核和电子组成，了解原子核由质子、中子组成。巩固练习(三)教学参考资料物质的分子都极其微小，如果把分子看做圆球，那么各种分子的直径都只有几分之一个纳米左右(1nm=1×10—9m)。水分子的直径大约是4×10—10m，相当于头发粗细的十万分之一。1cm3的水中就含有3.34×1022个分子。据估计一只蚂蚁喝一口水就吞下2×1019个水分子。10万个氧分子依次排列起来，总长仅0.03mm。原子大小是10—10m，原子核的大小在10—14m以下，原子核的半径只相当于原子半径的万分之一。原子核的体积与原子体积的比应为万亿分之一。
1.电子的发现19世纪80年代初，汤姆逊在卡文迪许实验室进行气体放电现象的研究，关于阴极射线性质的争论是当时的一个中心议题。阴极射线管是一根两端装有电极的封闭的玻璃管，当将其中的空气抽去后，再在管子的两端电极上加上较高的电压，玻璃管就发生放电现象，阴极会发射出一种射线。实验发现阴极射线在电场和磁场中会迅速随着场的变化而发生偏转，根据偏转方向确认阴极射线是带负电的粒子流。为了进一步确定阴极射线的性质，汤姆逊进行了一系列的实验，测定阴极射线粒子的荷质比。1897年初，汤姆逊先使阴极射线在磁场中发生偏转，而后由给定的磁场、射线的曲率半径等推算出阴极射线粒子的荷质比。此后，汤姆逊提高了放电管的真空度，又成功地使射线在静电场作用下发生了偏转。与此同时，汤姆逊给放电管分别充入各种不同的气体进行实验，发现测得的粒子荷质比的值与充入管内的气体性质无关。后来他又用不同的金属材料做成电极，其结果也不变。这表明来自各种不同物质的电极的阴极射线都是一样的，因此这种粒子必定是所有物质所共有的组成成分，汤姆逊把它叫做“微粒”。以后，汤姆逊又分析比较了其他科学家所做的阴极射线粒子的荷质比与塞曼从光谱测量中求得的分子内带电粒子的荷质比是同一数量级，这一事实使他得出了阴极射线粒子比原子小的结论。至此可以说汤姆逊已经发现了这种比原子小的粒子——电子。但必须注意的是，这还仅仅是一个推论，因为这种粒子的荷质比是氢离子比荷的1000倍。有两种可能，或者是电荷e很大，也可能质量很小，都导致荷质比值较大。
因此必须寻找新的更直接的证据来测定电荷e或质量m。汤姆逊选择了测定e的办法，在其他科学家的共同努力下，他利用带电粒子在饱和蒸汽中形成雾滴的现象，测得了粒子的电荷，至此，汤姆逊发现了电子。电子的发现，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有结构。由于原子含有带负电的电子，从物质的中性出发，推想到原子中还有带正电的电子。这就提出了进一步探索原子结构、建立原子模型的问题。2.汤姆逊的原子模型“蛋糕＋葡萄干”模型。他假设原子带正电的部分像“流体”一样均匀分布在球形的原子体积内，负电子则嵌在球体里。电子一方面要受正电荷的吸引，一方面要自相排斥。根据经典力学理论及电荷间的平方反比作用力计算出这些电子必然沿若干同心环旋转才能平衡，并给出了计算各环电子数的公式。3.α粒子散射实验自1898年居里夫妇发现镭辐射以后，卢瑟福用20多年时间研究放射性现象。1904—1905年间，卢瑟福在实验中发现，α射线通过空气或金属箔后，产生的谱线较宽并缺乏鲜明的界限。他认为，这表明α射线通过空气或金属箔时被散射，其原因在于原子处于强电场状态，测定α和β粒子通过靶原子的偏斜度是探索原子内部电场的一种重要方法。1908年盖革和卢瑟福一起，发明了探测α粒子的气体放电计数管。在计数管中的气体分子使α射线散射，影响了计数工作，为消除这种影响，盖革转向研究α
射线的散射问题，并发现散射角与材料厚度和材料的相对原子质量成正比，与α粒子的速度成反比。这促使他们选用原子质量大的“金”做散射实验。盖革还发现，大多数α粒子散射角很小，极少数偏角很大。1908年10月，布拉格也写信给卢瑟福，谈到他在观察α粒子轰击原子的实验中，发现“径迹急转弯”的现象。促使卢瑟福大胆提出，要观察一下是否有α粒子能被大角度散射。1909年3月，盖革和马斯顿用镭作放射源，金箔作靶，用闪烁法计数，结果发现有1/8000的α粒子偏转角度超过90°，甚至有极少数的反弹回来。这使卢瑟福大为吃惊，他说：“它是如此难以令人置信，正好像一个炮手将一颗炮弹射到一张薄纸上，而炮弹居然反弹回来一样。”卢瑟福认为，在汤姆逊的原子模型里，无论是均匀分布的正电荷还是电子都不足以把α粒子反弹回去。电子的质量只有α粒子的八千分之一，碰撞时根本改变不了α粒子的径迹；正电荷若是均匀分布在原子球内，根据静电学理论，均匀带电球的电场以边缘处最强，参照已知的原子球直径的线度，最多只能使α粒子产生0.03°的偏斜。汤姆逊为解释大角度散射现象曾提出“小角度倍加散射理论”。卢瑟福认为这也不可能。在多次碰撞的情况下，粒子向各个方向偏离的概率是相同的，向同一方向多次偏离叠加成大角度散射的可能性是极小的。卢瑟福认为：“对于厚度小的物质，由于与原子碰撞，粒子的分布主要由单散射所控制。”卢瑟福感到要说明大角度散射，必须建立一个新的原子模型。卢瑟福经过计算，终于证明了大角度散射只能是单次碰撞的结果，也就是说α粒子碰到了一个比原子小得多但又很重且带正电的硬东西，α
粒子受到了很强的电场作用，这个很硬的东西就好像是原子的“核”一样。1911年，卢瑟福根据实验结果，否定了汤姆逊的原子模型，提出了原子的有“核结构模型”。他认为所有的正电荷和原子质量都集中在原子中心的一个非常小的体积内，即原子核，在核的周围一些带负电的电子绕核运动。原子核与电子之间的距离很大。带正电的核和带负电的电子间的静电引力把整个原子结合在一起。(四)学案1.学习目标：⑴能说明物质是由分子和原子组成的⑵了解原子的核式模型2.学法指导自主学习，讨论式学习3.释疑解难物质是由分子和原子组成的。有的物质由分子组成，有的由原子组成。4.自我检测⑴物质是由____________和______________组成的。⑵原子是由____________和______________组成的。质子又是由___________和____________组成的。5.交流园地6.课外空间加速器
加速器是一种用人工方法产生快速带电粒子束的装置。它通过电磁场的不同组合形态，实现对电子、质子、或重离子等带电粒子加速，能产生几百兆到几千兆电子伏能量的高能粒子流，这些高能粒子流就像炮弹一样，可以打碎物质的深层结构，从而使人们了解物质的内部结构。粒子的能量越高，越能深入到物质的内部。因此，加速器是人们变革原子核和基本粒子、认识物质深层结构的重要工具，在科学研究、国防建设等方面有重要而广泛的应用。近几十年来，世界各发达国家都建设了各种不同用途的加速器，粒子的能量越来越高。我国在北京建成“正负电子对撞机”，已经获得了许多重要的科研成果，此外，在兰州、合肥等地建成了重离子加速器等不同功能的加速器。(二)课题教案参考第二节看不见的运动1.教学目标：⑴知道分子之间存在空隙⑵知道分子是运动的⑶知道分子之间存在作用力⑷能用分子动理论解释有关现象2.教材分析本节的教学重点、难点是学生通过探究性实验、通过合作和交流的方式归纳出分子动理论的基本观点。各种物质的分子是如何排列的呢？分子是否会运动？分子之间有否力的作用？
可以让学生提出各种自己的猜测和假设，同时教师也可将自己的猜测和假设提供给学生。做实验：这是证实自己假设的一种途径，学生通过自己的实验观察，将结果填入空格中。活动交流：学生之间相互交流实验结果，教师也可将自己的实验结果演示给学生看。分析论证：对所有实验结果进行分析，并指出科学家为了揭示物质在不同状态下的特征所建立的模型，也是研究问题的方法之一。评价：归纳所有实验结论和学生探究过程中的结果。3.课时安排1课时4.教学准备量筒两个，集气瓶6个，玻璃片3个，烧杯两个，铅块2个，注射器1个，酒精，水，二氧化氮气体。5.教学设计教师活动学生活动说明复习巩固1.物质是由_____或_____组成的，分子是由_____组成的。2.水有水的化学性质，保持这种化学性质的最小微粒是：A分子B质子C中子D电子加深巩固基础知识学生自主学习
引入：物质由分子组成，这些又小又轻的分子是不是一个挨一个地挤在一起呢？肉眼看不到又小又轻的分子，那么怎样才能知道分子在运动呢？演示实验：铅块能被拉开吗？水能被压缩吗？小结：学生实验：分组操作填表：结论：当水与酒精混合时，总体积就比预计的要_______。虽然肉眼不能直接看到物质内的分子，但上述实验表明：分子之间确实存在着_________________________。学生实验：气体分子的运动液体分子的运动结论：上述实验现象表明分子是在永不停息地________。填写实验探究：锻炼学生的观察能力及总结能力引导学生小结
指导学生做同步训练1.把两块表面干净的铅压紧，下面吊一个重物时_____把它们拉开。2.水_________(“容易”或“不容易”)被压缩。1.分子之间有空隙2.分子是运动的3.分子之间有相互作用的引力和斥力做同步训练6.板书设计第二节看不见的运动一、分子间有空隙吗二、分子是运动还是静止的三、分子之间存在作用力吗7.教学反思(三)教学参考资料分子动理论的建立：原子理论的萌芽产生于2000多年前的古希腊时期，但因中世纪的生产和科学发展缓慢，物质结构的学说也长期停止发展。直到17—
18世纪，由于产业革命的推动，蒸汽机得到改进和普遍使用，促进热学发展，人们开始探讨热现象，出现了定性的分子动理论学说。当时的人们普遍相信热质说，只有在19世纪中叶，建立了能的转化和守恒定律后才彻底否定了热质说后，定量而系统的分子动理论迅速发展起来，到20世纪初期，达到了比较完善的地步。(四)学案1.学习目标：⑴知道分子之间存在空隙⑵知道分子是运动的⑶知道分子之间存在作用力2.学法指导讨论学习，通过认真观察实验，完成实验目的，充分讨论，达到理解的目的。3.释疑解难：让学生通过探究实验，通过合作交流的方式归纳出分子动理论的基本观点。可以让学生做课堂内容的延续实验，让学生体会分子动理论的内容。我们已经知道物质是由分子组成的，分子由原子组成，那么组成物质的这些微粒是怎样排列的呢？是像士兵的队伍还是像墙一样密不透风呢？这些分子是静止的还是运动的呢？分子间有空隙吗用眼睛观察一杯水和一杯酒精，能看到水分子之间和酒精分子之间有空隙吗？我们能不能就以此来判定分子之间没有空隙？对此你有怎样的猜想？除课本上图10—
15水和酒精的实验外，你能否另外设计一个实验证明分子间有空隙？说出你的设计与实验。分子是运动的还是静止的打开醋瓶子，马上闻到酸味；打开香水瓶盖，不一会儿香气满屋。这些司空见惯的现象说明了什么？课本图10—16和图10—17所示的实验，证明了什么？在日常生活中你还见到哪些现象能够说明分子是在永不停息地运动着？请你和同学们交流讨论。一根绳子能够吊起重物，两滴水银靠近时自动合在一起，液体和固体的体积很难被压缩，根据客观存在的一些现象进行分析和推理，说明分子间存在着力的作用。认真观察课本图10—20和图下的解释，从中你能否提出几个问题？试试看，对你提出的问题可让老师帮你解决。4.自我检测：⑴两滴水银相接近时，能自动结合成一滴较大的水银，这一事实说明分子间存在着__________。⑵鲜花放在没有空气流动的房间里，到处都能闻到它的香味，这是由于____________造成的。⑶下列现象不能说明分子在运动的是：A浸在盐水中的鸡蛋变成咸蛋B汽车驶过，公路上扬起灰尘C一滴红墨水放入清水中，过一段时间杯中水全部变成红色
D液体的蒸发5.交流园地6.课外空间⑴固体之间存在引力作用实例介绍。用美工刀将一根长约10cm、直径2mm的熔丝切成两等份，切口要保持平整光滑；然后用刀使切口密合，经试验牢固后挂上钩码，再逐步增加钩码的个数，观察熔丝是否分开。⑵液体分子之间存在斥力。把一块面积约等于15cm×15cm的玻璃四角用线固定，也可用万能胶粘合，吊在弹簧测力计下面，使玻璃的下面水平地与水面接触(不要使玻璃全部浸入水中)，手持弹簧测力计缓慢提起，使玻璃脱离水面，观察弹簧测力计的示数是否发生了变化。(二)课题教案参考第三节探索宇宙1.教学目标⑴大致了解人类探索太阳系及宇宙结构的历程。⑵认识到人类对宇宙的探索将不断深入。2.教材分析本节以我们生存的地球为基点，逐步向着太阳系、银河系直至宇宙的范围呈示，不仅展示宇宙这一物质世界的总称的清晰脉络，而且将人们探索宇宙的过程以及探索宇宙的工具提供给学生，使学生对目前的科学技术发展有一基本了解。最后，又以人们对太空的探索和向往为题，鼓励同学们学好物理知识，去实现人类探索太空的梦想。
本节的重点是对宇宙的了解。本节的难点是通过人类对宇宙探索历程的展示，培养学生对科学的追求、认识宇宙的科学态度、探索宇宙的科学精神。3.课时安排1课时4.教学准备：图片，与课本配套的VCD片5.教学设计：情境1问题1猜测假设查文献活动交流分析论证评价情境1中国古代对宇宙的研究。问题1宇宙如何构成？如何探索广袤的宇宙呢？猜想与假设：可以让学生提出各种自己的猜想和假设，同时教师也可将自己的猜想和假设提供给学生。查文献：可以让学生分组查有关文献资料，教师也可以提供给学生一些物理学发展史和探索宇宙的技术手段发展的文献资料，也可以让学生利用网络功能收集有关证据。活动交流：其中包括小组成员之间的交流、组与组之间的交流、教师与学生的交流过程。分析论证：通过交流，对提出的问题或有关的猜想进行分析。
评价：包括对科学探究之后所得结论的归纳、对学生探究过程的总结。教师活动学生活动说明复习巩固过渡指导学生阅读学习指导学生阅读学习播放VCD片充分发挥你的想象，为了使你的想象成为现实，你现在应该做些什么？1.分子动理论包括哪些主要内容？2.哪个实验能说明分子是运动的？看书问题1.简要说明中国探索宇宙的历程。2.简要说明国外探索宇宙的历程。1.指出恒星、行星、卫星的运转规律。观看讨论巩固知识学生自主学习6.板书设计第三节探索宇宙一、探索的历程
中国古代：国外古代：二、浩瀚的星空恒星→行星→卫星三、幻想与追求7.教学反思：(三)教学参考资料关于探索宇宙的发展史和技术
探索宇宙：广袤而深邃的星空，隐藏着无穷的奥秘。自古以来，人们一直试图用各种方法来探究宇宙。早期由于生产力的低下，人类除了编写层出不穷的神话、幻想来寄托人类对宇宙的关注外，却对繁星如海、神奇莫测、谜团重重的宇宙表现出一种无奈。虽然热切地向往和试图揭开宇宙的奥秘，但种种疑问，令人迷惘。在20世纪以前，人类也通过观察，发现了一些天文现象，但人类无法清楚知晓天宇上的事情，也无法想像其他星球的真实面目。20世纪以来，随着科学技术的发展，人类已成功地发射了人造卫星，并成功地登上了月球。当第一颗人造卫星进入地球轨道飞行之后，人类向地外星球的探索就被提到了日程上。现在，人类的宇宙探测器不仅为人类登上月球开辟了道路，而且已探访了太阳系的各大行星，同时，正在向太阳系外更遥远的星球跋涉。人类对太空的探索和研究，具有重要的科学价值和社会影响。首先是利用航天技术的优势，更加全面地了解了日地空间环境，考察了高空辐射带、宇宙射线、太阳风等对地球的影响；其次，开发太阳系资源以及通过对各大行星形成的研究，了解地球形成的历史，探索生命的起源，发现更多的新天体，揭开宇宙演化的奥秘，探访宇宙人的踪迹等。探索宇宙是分步进行的，先是摆脱地球的引力束缚飞往月球，然后向地球的近邻金星和火星迸发，在周游太阳系后进入更加广阔的银河系和宇宙世界。1957年10月苏联成功发射了人类第一颗人造地球卫星，实现了太空飞行。1969年7月21日，美国宇航员首次登上月球。为了寻找地球外知音，美国1972年和1973年先后发射了“先驱者10号”和“先驱者11号”探测器，带有一封访问地球外文明的“介绍信”。“介绍信”是一块镀金铝质金属牌，设计新颖别致，上面镌刻着表示人的形象的一男一女、氢原子符号、航天器外形与人体的比例以及标明太阳系及其地球位置的图象，同时绘出了地球相对于14个脉冲星的位置关系。这是一张通往太空的名片，能在宇宙中保留几万年之久。在发射“先驱者”号5年之后，1997年7月至8月，美国又向太阳系和宇宙发射了“旅行者”1号和2号控测器，上面带有一套“地球之声”
唱片，作为人类送给外星人的第一份礼物。唱片可放音120min，主要内容有115幅照片和图表，介绍了太阳系的概况及其在银河系中的位置，地球的面貌、人类的科学技术发展及社会状况等，其中有中国的长城照片；用世界上60种语言说的问候语，其中有中国的普通话等；风、雨、雷及各种虫鸟兽等的声音和音乐等。近年来，随着航天技术的发展，人们把一个个不同用途的航天器送入了太空，建立空间航天站已成为下一步的实际行动。我国也在2000年11月成功地发射了“神舟号”飞船，跨出了探索宇宙奥秘的步伐。（四）学案1、学习目标⑴能了解人类探索太阳系、宇宙的历程。⑵能认识到人类对宇宙的探索将不断深入。2、学法指导：采用自主学习，然后讨论，进一步认识宇宙。3、释肄解难：⑴人们对宇宙的认识历程，从古至今经历了哪几个阶段？⑵人们对宇宙的认识，从最初的“盖天说”，到后来的“地心说“、“日心说”，“反映了人们对宇宙的探索在不断地发展，在这个发展中，其最重要的因素是什么？⑶有关宇宙结构的知识，你知道多少？4、自我检测
⑴最早提出“日心说”的是A、哥白尼B、伽俐略C、牛顿D、托勒密⑵世界上第一颗人造卫星发射时间是：A、1957年B、1961年C、1967年D、1970年5、交流园地6、课外空间科技发展的必然——航天飞机向大家介绍关于航天飞机的知识。大家知道的也许不少了，像美国的奋进号航天飞机发现号航天飞机等，它们都是非常先进优秀的运载工具。它们将火箭、宇宙飞船和飞机的技术有机结合在一起，能像火箭那样垂直发射，像飞船一样变轨，像飞机一样水平着陆，至少可以重复使用一百次，与一次性使用的火箭相比，它们的经济性和在其他方面的优点都是极具吸引力的。而世界上知一架航天飞机是由美国研制的哥伦比亚号，它包括3个主要部分：轨道器、助推火箭和推进器外储箱，总长度56米，起飞容量达2000吨，轨道器可以载人和有效载荷，后段有3台使用液体燃料的发动机，经过4次试飞后，1982年11月载着宇航号将两颗卫星发射到地球同步轨道上，从而开创了空间商业性运输的时代。
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