Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Классификация элементарных частиц Элементарные частицы (частицы, которые нельзя разделить на составные) Фундаментальные (бесструктурные частицы) Адроны (частицы, имеющие сложное строение) лептоны кварки переносчики взаимодействий барионы мезоны е-, е+, мьюон, таон, три типа нейтрино (частицы, из которых состоят все андроны) u ,c, t , d, s, b 1) электромагнитного: фотон 2) сильного: глюоны 3) слабого: промежуточные бозоны W - , W + нейтральный бозон Z 0 4) гравитационного: гравитон G (состоят из трех кварков) p , n , гиперон (состоят из двух кварков, один из которых является антикварком)
Предварительный просмотр:
Тема урока : Мир элементарных частиц
Метод обучения: лекция
Цели урока:
Образовательные: познакомить учащихся с понятием - элементарная частица, с классификацией элементарных частиц, обобщить и закрепить знания об фундаментальных видах взаимодействий, формировать научное мировоззрение.
Воспитательные: формировать познавательный интерес к физике, привитие любви и уважения к достижениям науки.
Развивающие: развитие любознательности, умение анализировать, самостоятельно формулировать выводы, развитие речи, мышления.
Оборудование: интерактивная доска (или проектор с экраном).
Ход урока:
Организационный этап
Приветствие, проверка готовности учащихся к уроку.
I. Новая тема В природе существуют 4 типа фундаментальных (основных) взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. По современным представлениям взаимодействие между телами осуществляется через поля, окружающие эти тела. Само поле в квантовой теории понимается как совокупность квантов. Каждый тип взаимодействия имеет своих переносчиков взаимодействия и сводится к поглощению и испусканию частицами соответствующих квантов света.
Взаимодействия могут быть длиннодействующие (проявляются на очень больших расстояниях) и короткодействующие (проявляются а очень малых расстояниях).
- Гравитационное взаимодействие осуществляется посредством обмена гравитонами. Экспериментально они не обнаружены. Согласно закону, открытому в 1687 году великим английским ученым Исааком Ньютоном, все тела независимо от формы и размеров притягиваются друг другу с силой, прямо пропорциональной их массе и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Гравитационное взаимодействие всегда приводит к притяжению тел.
- Электромагнитное взаимодействие является длиннодействующим. В отличие от гравитационного взаимодействия, электромагнитное взаимодействие может привести как к притяжению, так и к отталкиванию. Переносчиками электромагнитного взаимодействия являются кванты электромагнитного поля – фотонами. В результате обмена этими частицами и возникает электромагнитное взаимодействие между заряженными телами.
- Сильное взаимодействие – это самые мощное из всех взаимодействий. Оно является короткодействующим, соответствующие силы очень быстро убывают по мере увеличения расстояния между ними. Радиус действия ядерных сил 10 -13 см
- Слабое взаимодействие проявляется на очень малых расстояниях. Радиус действия примерно в 1000 раз меньше, сем у ядерных сил.
Открытие радиоактивности и результаты опытов Резерфорда убедительно показали, что атомы состоят из частиц. Как было установлено, они состоят из электронов, протонов и нейтронов. Первое время частицы, из которых построены атомы, считались неделимыми. Поэтому их назвали элементарными частицами. Представление о «простом» устройстве мира разрушилось, когда в 1932 году открыли античастицу электрона – частицу, которая имела макую же массу, что и электрон, но отличается от него знаком электрического заряда. Эту положительно заряженную частицу назвали позитроном.. согласно современным представлениям у каждой частицы есть античастица. Частица и античастица имеют одинаковою массу, но противоположные знаки всех зарядов. Если античастица совпадает с самой частицей, то такие частицы называют истинно нейтральными, заряд их равен 0. Например, фотон. Частица и античастица при столкновении аннигилируют, то есть исчезают, превращаясь в другие частицы (часто этими частицами является фотон).
Слайд (по ходу рассказа на слайде появляются слова).
Все элементарные частицы (которые нельзя разделить на составные) делятся на 2 группы: фундаментальные (бесструкaтурные частицы, все фундаментальные частицы на данном этапе развития физики считаются бесструктурными, то есть не состоят из других частиц) и адроны (частицы, имеющие сложное строение).
Фундаментальные частицы в свою очередь делятся на лептоны , кварки и переносчики взаимодействий . Адроны делятся на барионы и мезоны . К лептонам относятся электрон, позитрон, мьюон, таон, три типа нейтрино. Не участвуют в сильных взаимодействиях. К кварками называют частицы, из которых состоят все адроны. У частвуют в сильном взаимодействии. Согласно современным представлениям, каждое из взаимодействий возникает в результате обмена частицами, называемые переносчиками этого взаимодействия : фотон (частица, переносящая электромагнитное взаимодействие ), восемь глюонов (частиц, переносящих сильное взаимодействие ), три промежуточных векторных бозона W + , W − и Z 0 , переносящие слабое взаимодействие , гравитон (переносчик гравитационного взаимодействи я). Существование гравитонов пока не доказано экспериментально.
Адроны участвуют во всех видах фундаментальных взаимодействий . Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на: барионы , состоящие из трех кварков, и мезоны , состоящие из двух кварков , один из которых является антикварком .
Самое сильное взаимодействие – это взаимодействие между кварками. Протон состоит из 2 u кварков одного d кварка, нейтрон из одного u кварка и 2 d кварков. Оказалось, что на очень малых расстояниях ни один из кварков не замечает соседей, и они ведут себя как свободные, невзаимодействующие между собой частицы. При удалении кварков друг от друга между ними возникает притяжение, которое с увеличением расстояния возрастает. Чтобы разделить адроны на отдельные изолированные кварки потребовалась бы большая энергия. Так как такой энергии нет, то кварки оказываются вечными пленниками и навсегда остаются запертыми внутри адрона. Кварки удерживаются внутри адрона глюонным полем.
III. Закрепление
- Назовите основные взаимодействия, которые существую в природе
- Чем отличаются частица и античастица? Что у них общего?
- Какие частицы участвую в гравитационном, электромагнитном, сильном и слабом взаимодействиях?
Итог урока. На уроке познакомились частицами микромира, выяснили, какие частицы называются элементарными.
Д/з § 28
Молянова Надежда Михайловна ID 011
Тема: Зарождение физики элементарных частиц. Классификация элементарных частиц.Основное содержание учебного материала:
- Исторические этапы развития элементарных частиц.
- Понятие об элементарных частицах и их классификация, взаимные превращения.
- Типы взаимодействий элементарных частиц.
- Элементарные частицы в нашей жизни.
Тип урока: обобщение и систематизация.
Форма урока: Лекция с элементами беседы и самостоятельной работы учащихся с учебником и таблицами.(Таблицы лежат на столах у учащихся и проецируются на экран в процессе урока)
Цель урока:
- Расширить представление учащихся о строении вещества, дать классификацию элементарных частиц, их общие свойства, ознакомить с основными этапами развития.
- Развивать научное мышление учащихся на основе представлений об элементарных частицах и их взаимодействиях
Ход урока:
1. Организационный момент (1 мин.)
2. Изучение нового материала (30 мин.)
3. Закрепление изученных знаний (6 мин.)
4. Подведение итогов (2 мин.)
5. Д/З (1 мин.)
1. Сегодня на уроке мы будем говорить о первичных, неразложимых далее частицах, из которых состоит вся материя. Вы уже более или менее знакомы с электроном, фотоном, протоном и нейтроном. Но что же такое элементарная частица?
2. Исторические этапы развития элементарных частиц можно представить в виде таблицы.
В начале xx века было установлено, что все атомы построены из нейтронов, протонов и электронов. Были открыты позитроны, нейтрино, фотон (гамма - квант).
Основные характеристики наиболее часто встречающихся элементарных частиц.
Элементарные частицы, в точном смысле этого слова – это первичные неразложимые далее частицы, из которых состоят все вещества.
В настоящее время этот термин применяется для большой группы микрочастиц, которые НЕ являются атомами или ядрами, за исключением протона являющегося и элементарной частицей и ядром легкого атома водорода.
Элементарные частицы характеризуются параметрами: "масса покоя частицы, величина спина, величина электрического заряда, время жизни."
Спин элементарной частицы равен отношению постоянной Планка к 2 п
Частицы, имеющие спин и т.д., называют бозонами ; с полуцелым спином - фермионами , т.е.все элементарные частицы разделяются на частицы и античастицы. Они имеют одинаковые массы, спины, времена жизни и равные по модулю электрические заряды.
Позитрон обнаружен в камере Вильсона в 1928 г. Эта частица – электрон, но с положительным зарядом Позитрон был обнаружен в космических лучах. Позже при взаимодействии гамма- квантов с веществом и в реакции превращения протона в нейтрон.
Процесс взаимодействия элементарной частицы с античастицей, в результате чего они превращаются в другие частицы или кванты электромагнитного поля, называют аннигиляцией
(исчезновение). Реакция аннигиляции:
Процесс, обратный аннигиляции, называется рождением пары
.
Вопрос:
Подумайте, какое строение будет иметь антидейтерий?
Ответ:
состоит из электрона и ядра(протон и нейтрон). Атом антидейтерия будет состоять из антиядра (антипротона и антинейтрона) и одного позитрона, движущегося вокруг антиядра.
Элементарные частицы участвуют в четырёх известных фундаментальных видах взаимодействия:
сильном, электромагнитном, слабом и гравитационном. (см. таб.3)
Энергии фундаментальных взаимодействий относятся примерно так:
Рассмотрим табл.4
Вопрос:
Назовите основные классы элементарных частиц.
Ответ: фотоны, лептоны, мезоны, барионы.
Вопрос:
Назовите основные характеристики элементарных частиц.
Ответ:
Масса, заряд, спин, время жизни.
Вопрос:
Чем отличаются частицы и античастицы?
Ответ:
Знаки электрических зарядов у частицы и античастицы противоположны.
Фотоны
– частицы, участвующие в электромагнитных и гравитационных взаимодействиях.
Лептоны
– частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях, но способные к трём остальным.
Адроны
– частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. В этот класс объединяются барионы и мезоны
. Барионы имеют полуцелые спины, а мезоны – целочисленные спины. Принадлежность к барионам отмечается присвоением барионного заряда – числа равного +1 для частицы, и -1 для античастицы. К адронам относятся только часть мезонов (П -мезон). Нуклоны относятся к барионам. Барионы, масса которых больше массы нуклона, называют гиперонами
.
Принадлежность к лептонам отмечается присвоением каждой частице лептонного заряда: для частиц +1, для античастиц -1.
Установлено, что адроны состоят из кварков
– шести частиц, имеющих дробный элементарный электрический заряд. Кварки не наблюдались в свободном состоянии, только в самом центре нуклона находятся как самостоятельные частицы.
Для того, чтобы проникнуть глубже в микромир, необходимо использовать частицы всё больших энергий.
Оказывается, при огромной энергии, существующей при температуре слабое и электромагнитное взаимодействия объединяются в электрослабое. При объединяются все четыре взаимодействия, при этом становятся возможными превращения частиц физической материи (фермионов) в частицы – переносчики взаимодействия (бозоны).
Почему так необходима информация об элементарных частицах?
Важнейшим для физики элементарных частиц является вывод о связи между массой и энергией. Энергия тела или системы тем равна массе, умноженной на квадрат скорости.
Есть над чем подумать!
Нейтрино – частица, которая появилась в момент рождения Вселенной и носит много информации, поэтому нейтринные телескопы «ловят»частицы и ученные изучают их.
Существует прибор позитронный томограф. В кровь живого организма вводят радиоактивный элемент, излучающий позитроны, которые вступают в реакцию с электронами организма, аннигилируют, излучают гамма-лучи, которые фиксируются детектором.
В малых дозах гамма-кванты оказывают на живые организмы определенную пользу. Область применения – медицина, наука, техника.
3.
Используя опорные конспекты, учебник, таблицы, дайте ответы на вопросы.
4. Все элементарные частицы превращаются друг в друга, т.е. эти взаимные превращения являются главным фактором их существования. Среди свойств элементарных частиц можно выделить следующие: нестабильность, взаимопревращаемость и взаимодействие, наличие у каждой частицы античастицы, сложная структура, классификация.
Мир состоит из фундаментальных частиц. Любое материальное тело обладает массой. А что такое масса? БАК ускоритель частиц, благодаря которому физики могут проникнуть так глубоко внутрь материи, как никогда раньше.
Создание БАКа знаменует начало будущих перспективных исследований. Исследователи надеются на новые физические явления, такие как неуловимые частицы Хиггса, или те, что образуют тёмную материю, составляющую большую часть вещества во Вселенной. Невозможно точно предсказать результаты предстоящих экспериментов, но они точно окажут большое влияние и не только на физику элементарных частиц!
Но создание БАКа не заканчивает страницу в истории физики, а скорее знаменует начало будущих перспективных исследований.
5.
Домашнее задание (на доске)
Параграфы 115, 116; опорный конспект
подготовить сообщение о ходе исследовательских работ на БАКе.
Используемая литература:
Физика 11 Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. Дрофа.
Курс физики. 3 том. К.А.Путилов, В.А.Фабрикант.
Атомная и ядерная физика. О.К. Костко.
Поурочные разработки по физике. 11класс. В.А.Волков.
Uroki. Net
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Урок проводится в 11 классе и рассчитан на 2 академических часа и разбит на несколько блоков:
- характеристики, описывающие состояние электрона в атоме;
Каждый из этих блоков может рассматриваться как в отдельности, так и в совокупности. Так блок «Этапы развития физики элементарных частиц» (Слайды 1-5) может быть рассмотрен в 9 классе при изучении соответствующей темы на ознакомительном уровне. Так же в 9 классе можно использовать блок «Методы регистрации элементарных частиц» (Слайды 29-31) при организации работы учащихся с учебником. Блок «Виды взаимодействия и их свойства» (Слайды 11-15) может быть использован на первых уроках 10 класса.
Перед изучением темы в 11 классе (за неделю) учащиеся получают задание подготовить сообщения по следующим направлениям:
- этапы развития физики элементарных частиц;
- виды взаимодействий и их свойства;
- методы регистрации элементарных частиц.
Эти темы ими уже изучены ранее (9-10 класс), поэтому подготовка не занимает много времени и обычно не вызывает вопросов. На уроке учащиеся делают записи в рабочих тетрадях, опираясь на сообщения и слайды презентации. Блок «Характеристики, описывающие состояние электрона в атомах» рассматривается лекционно. По ходу лекции учащиеся записывают только названия характеристик.
Используемая литература :
- Элементарный учебник физики под ред. акад. Г.С. Ландсберга. Том 3. М.: «Наука», 1975
- Б.М. Яворский, А.А. Детлаф Курс физики. Том 3. М.: «Высшая школа», 1971
- Б.М. Яворский, А.А. Детлаф Физика: Для школьников старших классов и поступающих в вузы. М.: «Дрофа», 2000
- Ваш репетитор. Физика. Интерактивные лекции. Диск 1. ООО «Мультимедиа Технологии и Дистанционное обучение», 2003
- Л.Я. Боревский Курс физики 21 века. М.: «МедиаХауз», 2003
Тема урока: «Элементарные частицы и их свойства»
Цель урока:
Образовательные : получить учащихся, усвоивших следующие знания:
- в микромире выделяются три уровня, различающихся характерными масштабами и энергиями (молекулярно-атомный, ядерный, уровень элементарных частиц);
- в природе существует около 400 различных элементарных частиц (вместе с античастицами);
- различают 4 типа фундаментальных взаимодействий (сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное)
- сильное взаимодействие свойственно тяжелым частицам; в электромагнитном непосредственно участвуют только электрически заряженные частицы; слабое взаимодействие характерно для всех частиц, кроме фотонов; гравитационное взаимодействие присуще всем телам Вселенной, проявляясь в виде сил всемирного тяготения;
- фундаментальные взаимодействия различаются интенсивностями, радиусами действия, характерными временами, а так же свойственными им законами сохранения;
- все элементарные частицы делятся на лептоны (фундаментальные) и адроны (составные);
- адроны делятся на мезоны и барионы;
- Развивающие
: получить учащихся,
научившихся следующим видам деятельности:
- распознавать различные виды фундаментальных взаимодействий по их характеристикам;
- осуществлять классификацию элементарных частиц;
- записывать реакции превращений элементарных частиц с учетом законов сохранения;
- описывать устройство и принцип действия приборов для регистрации элементарных частиц;
- Воспитательная
: получить учащихся,
убедившихся в том, что:
- все элементарные частицы превращаются друг в друга, и эти взаимные превращения – главный факт их существования;
- выявление общего (обменного) механизма всех фундаментальных взаимодействий дает надежду на возможность построения единой теории, объясняющей картину мира;
- составными частями материи являются: 6 сортов кварков и 6 лептонов, взаимодействие между которыми осуществляется за счет обмена соответствующими переносчиками взаимодействий (фотон, 8 глюонов, 3 промежуточных бозона и гравитон)
Тип урока: комбинированный.
Оборудование: медиапроектор, экран, компьютер, таблица «Методы регистрации частиц», таблица «Фундаментальные взаимодействия», раздаточный материал (Приложение 1 , Приложение 2 )
План урока:
I. Активизация знаний
Вступительное слово учителя о необходимости познания научной картины мира.
II. Приобретение знаний
1) Сообщение учащегося «Этапы развития физики
элементарных частиц» (Слайды 1-5)
2) Лекция «Состояние электрона в атоме» (Слайды
6-10)
3) Сообщение «Виды взаимодействий» (Слайды 11-15)
4) Лекция «Характеристики элементарных частиц»
(Слайды 16-28)
5) Сообщение учащихся «Методы регистрации
элементарных частиц» (Слайды 29-31)
3) Объясните возможность представленных реакций с точки зрения законов сохранения заряда (реакции подбираются на усмотрение учителя). Используйте данные таблицы (Приложение 1 )
4) Пользуясь законом сохранения заряда, таблицей 2 (Приложение 1 ) и Приложением 2 , объясните кварковый состав некоторых адронов (на усмотрение учителя)
IV. Контроль знаний
Задание 1.
По предложенным свойствам определите, к какому типу относятся представленные взаимодействия.
| Тип взаимодействия | Интенсивность | Характерное время, с |
| 1/137 | ~10-20 | |
| ~1 | ~ 10-23 | |
| ~ 10-38 | ? | |
| ~ 10-10 | ~ |
Задание 2.
Переносчиками какого типа взаимодействия являются:
- Глюоны
- Промежуточные бозоны
- Фотоны
- Гравитоны
Задание 3.
Каков радиус действия каждого из взаимодействий?
V. Домашнее задание
§§ 115, 116, краткие итоги гл.14
1 слайд
Элементарные частицы Муниципальное бюджетное нетиповое общеобразовательное учреждение "Гимназия №1 имени Тасирова Г.Х. города Белово" Презентация к уроку физики в 11 классе (профильный уровень) Выполнила: Попова И.А., учитель физики Белово, 2012 г.
2 слайд
Цель: Ознакомление с физикой элементарных частиц и систематизация знаний по теме. Развитие абстрактного, экологического и научного мышления учащихся на основе представлений об элементарных частицах и их взаимодействиях
3 слайд
Сколько элементов в таблице Менделеева? Всего лишь 92. Как? Там больше? Верно, но все остальные - искусственно полученные, они в природе не встречаются. Итак - 92 атома. Из них тоже можно составить молекулы, т.е. вещества! Но то, что все вещества состоят из атомов, утверждал еще Демокрит (400 лет до нашей эры). Он был большим путешественником, и его любимым изречением было: "Не существует ничего, кроме атомов и чистого пространства, все остальное - воззрение"
4 слайд
Античастица - частица, имеющая ту же массу и спин, но противоположные значения зарядов всех типов; Хронология физики частиц Для любой элементарной частицы есть своя античастица Дата Фамилия ученого Открытие (гипотеза) 400 лет до н.э. Демокрит Атом НачалоXXв. Томсон Электрон 1910 г. Э. Резерфорд Протон 1928 г. Дирак иАндерсон Открытие позитрона 1928 г. А. Эйнштейн Фотон 1929 г. П. Дирак Предсказание существованияантичастиц 1931 г Паули Открытие нейтрино и антинейтрино 1932 г. Дж. Чедвик Нейтрон 1932 г античастица - позитроне+ 1930 г. В. Паули Предсказание существованиянейтриноn 1935 г. Юкава Открытие мезона
5 слайд
Хронология физики частиц Все эти частицы были нестабильными, т.е. распадались на частицы с меньшими массами, в конечном счете превращаясь в стабильные протон, электрон, фотон и нейтрино (и их античастицы). Перед физиками - теоретиками встала труднейшая задача упорядочить весь обнаруженный "зоопарк" частиц и попытаться свести число фундаментальных частиц к минимуму, доказав, что другие частицы состоят из фундаментальных частиц Дата Открытие (гипотеза) Второй этап 1947 г. Открытиеπ-мезонаpв космических лучах До начала 1960-х гг. Было открыто несколько сотен новых элементарных частиц, имеющих массы в диапазоне от 140 МэВ до 2 ГэВ.
6 слайд
Хронология физики частиц Эта модель к настоящему времени превратилась в стройную теорию всех известных типов взаимодействий частиц. Дата Фамилия ученого Открытие (гипотеза) Третий этап 1962 г. М.Гелл-Манни независимо Дж. Цвейг Предложили модель строения сильно взаимодействующих частиц из фундаментальных частиц - кварков 1995 г. Открытие последнего из ожидавшихся, шестого кварка
7 слайд
Как обнаружить элементарную частицу? Обычно изучают и анализируют следы (траектории или треки), оставленные частицами, по фотографиям
8 слайд
Классификация элементарных частиц Все частицы делятся на два класса: Фермионы, которые составляют вещество; Бозоны, через которые осуществляется взаимодействие.
9 слайд
Классификация элементарных частиц Фермионы подразделяются на лептоны кварки. Кварки участвуют в сильных взаимодействиях, а также в слабых и в электромагнитных.
10 слайд
Кварки Гелл-Манн и Георг Цвейг предложили кварковую модель в 1964 г. Принцип Паули: в одной системе взаимосвязанных частиц никогда не существует хотя бы две частицы с тождественными параметрами, если эти частицы обладают полуцелым спином. М. Гелл-Манн на конференции в 2007 г.
11 слайд
Что такое спин? Спин демонстрирует, что существует пространство состояний, никак не связанное с перемещением частицы в обычном пространстве; Спин (от англ. to spin – крутиться) часто сравнивают с угловым моментом «быстро вращающегося волчка» - это неверно! Спин является внутренней квантовой характеристикой частицы, которая не имеет аналога в классической механике; Спин (от англ. spin - вертеть[-ся], вращение) - собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого
12 слайд
Спины некоторых микрочастиц Спин Ообщееназвание частиц Примеры 0 скалярные частицы π-мезоны,K-мезоны,хиггсовскийбозон, атомы и ядра4He, чётно-чётные ядра, парапозитроний 1/2 спинорные частицы электрон, кварки, протон, нейтрон, атомы и ядра3He 1 векторные частицы фотон, глюон, векторные мезоны, ортопозитроний 3/2 спин-векторные частицы Δ-изобары 2 тензорные частицы гравитон, тензорные мезоны
13 слайд
Кварки Кварки участвуют в сильных взаимодействиях, а также в слабых и в электромагнитных. Заряды кварков дробные - от -1/3e до +2/3e (e - заряд электрона). Кварки в сегодняшней Вселенной существуют только в связанных состояниях - только в составе адронов. Например, протон - uud, нейтрон - udd.
14 слайд
Четыре вида физических взаимодействий гравитационные, электромагнитные, слабые, сильные. Слабое взаимодействие - меняет внутреннюю природу частиц. Сильные взаимодействия - обусловливают различные ядерные реакции, а также возникновение сил, связывающих нейтроны и протоны в ядрах. Ядерные Механизм взаимодействий один: за счет обмена другими частицами - переносчиками взаимодействия.
15 слайд
Электромагнитное взаимодействие: переносчик - фотон. Гравитационное взаимодействие: переносчики - кванты поля тяготения - гравитоны. Слабые взаимодействия: переносчики - векторные бозоны. Переносчики сильных взаимодействий: глюоны (от английского слова glue - клей), с массой покоя равной нулю. Четыре вида физических взаимодействий И фотоны, и гравитоны не имеют массы (массы покоя) и всегда движутся со скоростью света. Существенным отличием переносчиков слабого взаимодействия от фотона и гравитона является их массивность. Взаимодействие Радиус действия Конст.взаимдств. Гравитационное Бесконечно большой 6.10-39 Электромагнитное Бесконечно большой 1/137 Слабое Не превышает 10-16см 10-14 Сильное Не превышает 10-13см 1
16 слайд
17 слайд
Кварки имеют свойство, называемое цветовой заряд. Существуют три вида цветового заряда, условно обозначаемые как синий, зелёный Красный. Каждый цвет имеет дополнение в виде своего антицвета -антисиний, антизелёный и антикрасный. В отличие от кварков, антикварки обладают не цветом, а антицветом, то есть противоположным цветовым зарядом. Свойства кварков: цвет
18 слайд
У кварков имеется два основных типа масс, несовпадающих по величине: масса токового кварка, оцениваемая в процессах со значительной передачей квадрата 4-импульса, и структурная масса (блоковая, конституэнтная масса); включает в себя ещё массу глюонного поля вокруг кварка и оценивается из массы адронов и их кваркового состава. Свойства кварков: масса
19 слайд
Каждый аромат (вид) кварка характеризуется такими квантовыми числами, как изоспин Iz, странность S, очарование C, прелесть (боттомность, красота) B′, истинность (топность) T. Свойства кварков: аромат
20 слайд
Свойства кварков: аромат Символ Название Заряд Масса рус. англ. Первое поколение d нижний down −1/3 ~ 5 МэВ/c² u верхний up +2/3 ~ 3 МэВ/c² Второе поколение s странный strange −1/3 95 ± 25 МэВ/c² c очарованный charm (charmed) +2/3 1,8 ГэВ/c² Третье поколение b прелестный beauty (bottom) −1/3 4,5 ГэВ/c² t истинный truth (top) +2/3 171 ГэВ/c²
21 слайд
22 слайд
23 слайд
Характеристики кварков Характеристика Тип кварка d u s c b t Электрический зарядQ -1/3 +2/3 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3 Барионное числоB 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 СпинJ 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 ЧетностьP +1 +1 +1 +1 +1 +1 ИзоспинI 1/2 1/2 0 0 0 0 Проекция изоспинаI3 -1/2 +1/2 0 0 0 0 Странностьs 0 0 -1 0 0 0 Charm c 0 0 0 +1 0 0 Bottomness b 0 0 0 0 -1 0 Topness t 0 0 0 0 0 +1 Масса в составе адрона, ГэВ 0.31 0.31 0.51 1.8 5 180 Масса "свободного" кварка, ГэВ ~0.006 ~0.003 0.08-0.15 1.1-1.4 4.1-4.9 174+5
24 слайд
25 слайд
26 слайд
27 слайд
При каких ядерных процессах возникает нейтрино? А. При α - распаде. Б. При β - распаде. В. При излучении γ - квантов. Г. При любых ядерных превращениях
28 слайд
При каких ядерных процессах возникает антинейтрино? А. При α - распаде. Б. При β - распаде. В. При излучении γ - квантов. Г. При любых ядерных превращениях
- Развивающие:
- Воспитательные:
Тип урока
Оборудование урока
«Bakotin»
Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение
Хлебородненская средняя общеобразовательная школа
Бакотин Роман Владимирович
с. Хлебородное, 2015
Цели урока:
Образовательные : систематизировать знания о строении атома, ввести понятия о новых элементарных частицах, обосновать взаимосвязь этапов развития физики элементарных частиц.
Развивающие: проверить уровень самостоятельного мышления школьника при работе с учебником, справочником; сформировать элементы творческого поиска.
Воспитательные: показать значение работ Э. Резерфорда, А.Ф. Иоффе для современной науки, воспитывать культуру логического мышления, формировать коммуникативные навыки работы в группах.
Тип урока : комбинированный (с использованием ИКТ)
Оборудование урока : компьютер, мультимедийный проектор, экран, мультимедийная презентация, портреты физиков (либо их фотографии в презентации).
Ход урока
Введение в тему урока.
Слайд 1 (Приложение 1)
В.Я.Брюсов. Мир электрона
Быть может, эти электроны –
Миры, где пять материков,
И память сорока веков!
Вселенная, где сто планет;
Но также то, чего здесь нет.
Их меры малы, но все та же
Там та же мировая спесь…
Учитель: Давайте проанализируем стихотворение В. Я. Брюсова и ответим на вопросы
О чем сегодня мы будем говорить?
Как представляет поэт строение электрона?
Как это согласуется с современными представлениями об электроне?
Учитель: Да, мы сегодня повторим наши знания о строении вещества, а также проведем сравнительный анализ этапов развития физики элементарных частиц.
Проверка домашнего задания
1. 1. Устный опрос
Слайд 2 (Приложение 1)
Из каких частиц состоит атом?
Каков размер атома?
1.2 Работа с кроссвордом
Кроссворд (Приложение 2)
1.3 Работа с карточками
Каждая группа выбирает карточку с биографией ученых (сообщения о Резерфорде, Томсоне, Иоффе – Приложение 3, 4, 5 ). Необходимо сообщить, чем прославились данные ученые в области атомной физики.
Изучение нового материала.
Учитель: Как нам уже известно, термин «АТОМ» был предложен Демокритом еще в глубокой древности. Современные исследования не только подтвердили его предположение, но и значительно расширили сведения о строении вещества.
Данные исследования в этой области можно разделить на три этапа. Каждый из них нес собой свою особенность и принципиальное значение.
Работа с учебником
Каждая группа берет по одному этапу, знакомится с ним и маркером на большом листе бумаги составляют таблицу.
Примерная таблица может содержать следующие графы (на выбор учащихся)
Работа с физическим словарем
Отдельно выписываем в словарь неизвестные термины, которые нужно будет объяснить для других групп (примерные термины СТРАННОСТЬ, АДРОНЫ, КВАРКИ, ЛЕПТОНЫ).
Сообщения по изученному материалу (проводиться в порядке следования этапов)
На доске представляют три плаката с таблицами, о каждом из которых необходимо дать сообщение.
Работа с тетрадью
Необходимо рассмотреть предлагаемые таблицы.
Скорректировать их.
Записать в тетрадь.
Обобщенная (скорректированная) таблица может быть представлена на слайде.
Слайд 3 (Приложение 1)
ПРИМЕР таблицы.
| Продолжительность этапа | Название этапа | Основное содержание |
| От электрона до позитрона | ||
| От позитрона до кварков | ||
| 1964-….. до наших дней |
Рефлексия.
Слайд 4 (Приложение 1)
Вопросы для закрепления:
Домашнее задание.
Параграф 93. Стр 224-227 Составить вопросы к параграфу
Просмотр содержимого документа
«Приложение 2»
1.Вещество, не проводящее электричество. 2 и 6. Ученые, опыты которых доказали существование и позволили измерить заряд электрона. 3. Сообщение телу электрического заряда. 4 и 5. Частицы, из которых состоит ядро атома. 7. Атом, потерявший или присоединивший один или несколько электронов. 8. Прибор, служащий для обнаружения заряда. 9. Одно из веществ, испускающих α-частицы.
По вертикали в выделенных клетках: ученый, опыт которого лежит в основе ядерной модели строения атома.
Ответы на кроссворд. По горизонтали: 1. Диэлектрик. 2.Милликен. 3. Электризация. 4.Нейрон. 5. Протон. 6. Иоффе. 7. Ион. 8. Электроскоп. 9.Радий. По вертикали: Резерфорд.
Просмотр содержимого документа
«Приложение 3»
Биография Эрнеста Резерфорда
Резерфорд Эрнест (1871-1937), английский физик, один из создателей учения о радиоактивности и строении атома, основатель научной школы.
Родился 30 августа 1871 г. в городе Спринг – Броув (Новая Зеландия) в семье шотландских эмигрантов. Отец работал механиком и фермером-льноводом, мать - учительницей. Эрнест был четвёртым из 12 детей Резерфордов и самым талантливым.
Уже при окончании начальной школы, как первый ученик, он получил премию в 50 фунтов стерлингов для продолжения образования. Благодаря этому Резерфорд поступил в колледж в Нельсоне (Новая Зеландия). После окончания колледжа юноша сдал экзамены в Кентерберийский университет и здесь серьёзно занялся физикой и химией.
Он участвовал в создании научного студенческого общества и сделал в 1891 г. доклад на тему «Эволюция элементов», где впервые прозвучала идея о том, что атомы - сложные системы, построенные из одних и тех же составных частей.
В период, когда в физике господствовала идея Дж. Дальтона о неделимости атома, эта мысль показалась абсурдной, и молодому учёному даже пришлось извиняться перед коллегами за «явную чепуху».
Правда, через 12 лет Резерфорд доказал свою правоту. После окончания университета Эрнест стал учителем средней школы, но это занятие было ему явно не по душе. К счастью, Резерфорду - лучшему выпускнику года - присудили стипендию, и он отправился в Кембридж - научный центр Англии - для продолжения занятий.
В Кавендишской лаборатории Резерфорд создал передатчик для радиосвязи в радиусе 3 км, но отдал приоритет на его изобретение итальянскому инженеру Г. Маркони, а сам приступил к изучению ионизации газов и воздуха. Учёный заметил, что урановое излучение имеет две составляющие - альфа- и бета-лучи. Это было открытием.
В Монреале при изучении активности тория Резерфорд открыл новый газ - радон. В 1902 г. в работе «Причина и природа радиоактивности» учёный впервые высказал мысль о том, что причиной радиоактивности является самопроизвольный переход одних элементов в другие. Он установил, что альфа-частицы заряжены положительно, их масса больше массы атома водорода, а заряд приблизительно равен заряду двух электронов, и это напоминает атомы гелия.
В 1903 г. Резерфорд стал членом Лондонского королевского общества, а с 1925 по 1930 г. занимал пост его президента.
В 1904 г. вышел фундаментальный труд учёного «Радиоактивные вещества и их излучения», который стал энциклопедией для физиков-ядерщиков. В 1908 г. Резерфорд стал нобелевским лауреатом за исследования радиоактивных элементов. Руководитель физической лаборатории в Манчестерском университете, Резерфорд создал школу физиков-ядерщиков, своих учеников.
Вместе с ними он занимался исследованием атома ив 1911 г. окончательно пришёл к планетарной модели атома, о чём написал в статье, вышедшей в майском номере «Философского журнала». Модель приняли не сразу, она утвердилась только после её доработки учениками Резерфорда, в частности Н. Бором.
Умер учёный 19 октября 1937 г. в Кембридже. Как и многие великие люди Англии, Эрнест Резерфорд покоится в соборе Святого Павла, в «Уголке науки», рядом с Ньютоном, Фарадеем, Дарённом, Гершелем.
Просмотр содержимого документа
«Приложение 4»
Биография Джорджа Томсона
Английский физик Джордж Паджет Томсон родился в Кембридже 3 мая 1892 г. в семье ученого-физика. Вступил в Тринити-Колледж 1910 г., он уже в следующем году стал старшекурсником и 1914 г. получил первые награды по математике и естественным наукам. Закончив тогда же университет со степенью бакалавра, он стал стипендиатом-исследователем и преподавателем математики в Корпус-кристи-колледже Кембриджа, работая здесь вплоть до 1922 г.
Во время войны Джордж Томсон служил во Франции лейтенантом, а потом вернулся в Англию, где на протяжении четырех лет работал над усовершенствованием самолетостроения. Научившись летать, Томсон написал свой первый учебник «Прикладная аэродинамика» (1919).
1922 г. Джордж Томсон стал профессором натурфилософии Абердинского университета Шотландии и пребывал в этой должности до 1930 г., когда его назначили профессором физики Империал колледжа Лондона. 1952 г. он возвращается в Кембридж как руководитель Корпус-кристи-колледжа, где и остается вплоть до выхода в отставку 1962 г. Именно в Абердине он сделал свой наиболее значительный взнос в теоретическую физику.
Основные работы Джорджа Томсона касаются атомной и ядерной физики, квантовой механики, аэродинамики, электрических разрядов в газах. Независимо от К.Девиссона он открыл явление дифракции электронов, чем экспериментально доказал волновую природу электрона. Джордж Томсон также исследовал геометрию электрономограм, теорию рассеяния.
Джордж Томсон и Девиссон поделили 1937 г. Нобелевскую премию по физике «за экспериментальное открытие дифракции электронов на кристаллах».
После 1937 г. Джордж Томсон неоднократно был научным советником британского Министерства авиации. 1941 г. возглавляемый им комитет передал британскому правительству вывод, в котором производство атомной бомбы признавалось осуществимым. Эта рекомендация повлияла на решение Великобритании принять участие в Манхеттенском проекте. После Второй мировой войны Джордж Томсон принимал активное участие в роботах по управляемому термоядерному синтезу. Он активно поддерживал международное сотрудничество по развитию атомной энергии в мирных целях. Свой последний взнос в физику он сделал 1951 г., когда исследовал космические частички в космических лучах.
Джорджу Томсону было 1943 г. предоставлено дворянство. Среди его многочисленных наград - медаль Хъюза (1939) и Королевская медаль (1949) Лондонского королевского общества, медаль Франклина (1960) и Фарадея (1960) Института инженеров электротехники и электроники. Он был иностранным членом Американской академии наук и искусств, Лиссабонской академии наук, а также членом-корреспондентом Австрийской академии наук.
Просмотр содержимого документа
«Приложение 5»
Биография Абрам Фёдорович Иоффе
А.Ф. Иоффе родился 29 октября 1980 г. в небольшом городке Ромны Полтавской губернии. В Ромнах не было гимназии - имелось лишь мужское реальное училище., в которое он и поступил. Примечательно, что его одноклассником оказался С.П. Тимошенко - впоследствии крупный механик, иностранный член АН СССР. Физикой Иоффе заинтересовался еще в училище. Он часто подчеркивал, что произошло это не благодаря влиянию учителей, а, скорее, ему вопреки: уровень преподавания в училище был очень низким, учителя были прежде всего вероподдаными чиновниками.
Как известно, до революции для поступления в университеты необходимо было знание древних языков, которые преподавались только в гимназиях. Поэтому по окончании реального училища А.Ф. Иоффе остановил свой выбор на Петербургском технологическом институте, в котором, по его мнению, в наибольшей степени можно было научиться физике. В этом институте преподавали выдающиеся ученые, в частности И.И. Боргман, Н.А. Гезехус, Б. Л. Розинг и др. Наряду с физикой, Иоффе много работал в области ее биологических приложений, что в конце ХІХ - начале ХХ в. Было более чем необычно. Хотя в научном плане эти исследования и не дали какого-либо существенного выхода, они укрепили его в убеждении о плодотворности приложения физики к проблемам биологии.
В Технологическом институте Иоффе занимался еще и чисто инженерными работами, в основном во время летней практики.
По окончании Технологического института (1902 г.) А.Ф. Иоффе, заручившись рекомендациями Н.А. Гезехуса и директора Палаты мер и весов профессора Н.Е. Егорова, направился в Мюнхен, где в те годы работал В.К. Рентген.
В годы работы в лаборатории Рентгена (1903-1906) А.Ф. Иоффе выполнил ряд крупных исследований. К их числу нужно отнести прецизионный эксперимент по определению «энергетической мощности» радия.
Работы А.Ф. Иоффе по механическим и электрическим свойствам кристаллов, выполненные в мюнхенские годы, носили систематический характер. В процессе их проведения на примере кристаллического кварца им был изучен и правильно объяснен эффект упругого последействия.
Изучение электрических свойств кварца, влияния на проводимость кристаллов рентгеновских лучей, ультрафиолетового и естественного света привели А.Ф. Иоффе к открытию внутреннего фотоэффекта, выяснению пределов применимости закона Ома для описания прохождения тока через кристалл и исследованию своеобразных явлений, разыгрывающихся в приэлектродных областях.
Все эти работы Иоффе закрепили за ним репутацию физика, глубоко вдумывающегося в механизмы изучаемых им процессов и с исключительной точностью проводящего опыты, расширяющие представления об атомно- электронных явлениях в твердых телах.
А.Ф. Иоффе, отказавшись от лестного предложения Рентгена остаться в Мюнхене - для продолжения исследований и преподавательской работе в Мюнхенском университете, после блестящей защиты там в 1905 г. Докторской диссертации.
С 1906 г. А.Ф. Иоффе начал работу в должности старшего лаборанта в Петербургском политехническом институте. В физической лаборатории института, которую возглавлял В.В. Скобельцын, Иоффе в 1906-1917 гг. Были выполнены блестящие работы по подтверждению эйнштейновской квантовой теории внешнего фотоэффекта, доказательству зернистой природы электронного заряда, определению магнитного поля катодных лучей (магистерская диссертация Петербургский университет, 1913 г.). Наряду с этим А.Ф. Иоффе продолжил и обобщал в докторской диссертации (Петроградский университет, 1915 г.) начатые еще в Мюнхене исследования по упругим и электрическим свойствам кварца и некоторых других кристаллов. Академия наук, в 1914 г. Наградила А.Ф. Иоффе премией им. С.А. Иванова.
К этим важнейшим циклам исследований А.Ф. Иоффе, добавим еще два: Одно из них - теоретическая работа ученого, посвященная тепловому излучению, в которой получили дальнейшее развитие классические исследования М. Планка.
Другая работа, также была выполнена им в физической лаборатории Политехнического института в соавторстве с преподавателем этого института М. В. Миловидовой-Кирпичевой. В работе исследовалась электропроводность ионных кристаллов. Результаты исследований по электропроводности ионных кристаллов были впоследствии, уже после окончания первой мировой войны, с блеском доложены А.Ф. Иоффе на сольвеевском конгрессе 1924 г., вызвали
оживленную дискуссию у его знаменитых участников, и получили их полное признание.
В 1926 г. Я.И. Френкель, основываясь на экспериментах А.Ф. Иоффе и М. В. Миловидовой-Кирпичевой о тепловой диссоциации решетки, развил кинетическую теорию явлений переноса в твердых телах и разработал в 1933 г. дырочную теорию электропроводности полупроводников.
Наряду с интенсивной исследовательской работой, А.Ф. Иоффе много сил и времени уделял преподаванию. Он читал лекции не только в Политехническом институте, профессором которого стал в 1915 г., но также на известных в городе курсах П.Ф. Лесгафта, в Горном институте и в университете. Однако самым главным в этой деятельности Иоффе била
организация в 1916 г. семинара по новой физике при Политехническом институте. Именно в эти годы А.Ф. Иоффе -сначала участник, а потом и руководитель семинара - выработал тот замечательный стиль ведения такого рода собраний, который создал ему заслуженную известность и характеризовал его как главу школы. Семинар Иоффе в Политехническом институте по праву считается важнейшим центром кристаллической физики.
Разработку планов физико-технического отдела будущего Государственного рентгенологического и радиологического института взял на себя А.Ф. Иоффе. Этот институт был создан 23 сентября 1918 г., а в 1921 г., его физико-технический отдел выделился в самостоятельный Государственный физико-технический рентгенологический институт (ФТИ), который более трех десятилетий и возглавлял А.Ф. Иоффе.
Наряду с созданием ФТИ, А.Ф. Иоффе принадлежит заслуга организации в 1919 г. при Политехническом институте факультета нового типа: физико-механического, деканом которого он также был более 30 лет.
Научная работа А.Ф. Иоффе была сосредоточена в стенах ФТИ, одной из лабораторий которого он неизменно заведовал, хотя тематика ее исследований, как и название, претерпели изменения. В 20-е годы основным направлением работы было изучение механических и электронных свойств твердого тела.
Начало 30-х годов ознаменовалось переходом ФТИ на новую тематику. Одним из основных направлений стала ядерная физика. А.Ф. Иоффе непосредственно ею и занимался, но наблюдая стремительный подъем этой области физики, быстро оценил ее грядущую роль в дальнейшем прогрессе науки и техники. Поэтому с конца 1932 г. физика ядра прочно вошла в тематику работ ФТИ.
С начала 30-х годов собственная научная работа А.Ф. Иоффе сосредоточилась на другой проблеме - проблеме физики полупроводников, и его лаборатория в ФТИ стала лабораторией полупроводников.
В 1950 г. А.Ф. Иоффе разработал теорию, на основе которой были сформулированы требования к полупроводниковым материалам, используемым в термобатареях и обеспечивающим получение максимального значения их КПД. Вслед за этим в 1951 г. Л.С. Стильбансом под руководством А.Ф. Иоффе и Ю.П. Маслаковца был разработан первый в мире холодильник. Это послужило началом развития новой области техники - термоэлектрического охлаждения. Соответствующие холодильники и термостаты широко применяются ныне во всем мире для решения ряда задач в радиоэлектронике, приборостроении, медицине, космической биологии и других областях науки и техники.
Последние годы жизни А.Ф. Иоффе прошли под знаком радостного творчества в стенах вновь созданного им Института полупроводников. Начиная с 1954 г. число публикаций маститого ученого в научных журналах, отражавшего его научную активность, резко возросло. Его работоспособность не могла не вызывать удивление и восхищение. Недаром одну из книг А.Ф. Иоффе на тему по термоэлектричеству назвали «библией по
термоэлектричеству».
Абрам Федорович скончался 14 октября 1960 г. , две недели не дожив до своего 80-летия. Но благодаря своим выдающимся способностям физика и организатора науки, благодаря высоким личным качествам Абрам Федорович Иоффе сумел создать в стенах ФТИ исключительно благоприятную почву для быстрого созревания талантов. В этом его непреходящая заслуга перед Родиной и наукой.
Просмотр содержимого презентации
«Приложение 1»
"Три этапа в развитии
физики
элементарных частиц"
Бакотин Роман Владимирович
с. Хлебородное, 2015
В.Я.Брюсов. Мир электрона
Быть может, эти электроны –
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!
Ещё, быть может, каждый атом –
Вселенная, где сто планет;
Там все, что здесь, в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет.
Их меры малы, но все та же
Их бесконечность, как и здесь;
Там скорбь и страсть, как здесь, и даже
Там та же мировая спесь …
- Какие частицы мы называем элементарными?
- Назовите элементарные частицы?
- Из каких частиц состоит атом?
- Какие ученые давали свои прогнозы на строение атома?
- Суть теории Томсона и Резерфорда?
- Каков размер атома?
Продолжительность этапа
Название этапа
Основное содержание
От электрона до позитрона
Превращения в мире – это простая перестановка атомов. Все в мире изменяется кроме самих атомов, которые остаются неизменными. Открыто строение атомов, был выделен электрон, как составная часть атома.
От позитрона до кварков
1964-….. до наших дней
Все элементарные частицы превращаются друг в друга. Эти превращения главный факт их существования. Элементарные частицы- это первичные неделимые далее частицы, из которых построена вся материя. Но неделимость не означает отсутствие у них внутренней структуры.
От гипотезы о кварках до современности
Открытие группы «странных», «очарованных» частиц, резонансов. Открытие «кварков» их количества и дробности заряда.
- Какие новые частицы вы сегодня узнали?
- Сколько этапов в физике элементарных частиц можно выделить?
- Существуют ли предпосылки к появлению четвертого этапа?