Elementaarosakeste ja nende väljade kogumik. Elementaarosakeste füüsika. Aatom- ja tuumafüüsika

Klass: 11

Klass: 11

Õppetüüp:õppetund ja uute teadmiste esmane kinnistamine

Õpetamismeetod: loeng

Õpilase tegevuse vorm: eesmine, kollektiivne, individuaalne

Tunni eesmärk: laiendada õpilaste arusaamist aine struktuurist; kaaluma elementaarosakeste füüsika arengu põhietappe; anda aimu elementaarosakestest ja nende omadustest.

Õppetunni eesmärgid:

  • Hariv: tutvustada õpilastele kontseptsiooni - elementaarosake, elementaarosakeste tüpoloogiaga, samuti meetoditega elementaarosakeste omaduste uurimiseks;
  • Arendav: arendada õpilaste kognitiivset huvi, tagades nende võimaliku osalemise aktiivses kognitiivses tegevuses;
  • Hariv: universaalsete inimlike omaduste harimine - teadlikkus maailma teadussaavutuste tajumisest; uudishimu, vastupidavuse arendamine.

Varustus tunni jaoks:

Didaktilised materjalid:õpikute materjal, testkaardid ja tabelid

Visuaalsed abivahendid: esitlus

1. Tunni alguse korraldus.

Õpetaja tegevus:õpetaja ja õpilaste vastastikused tervitused, õpilaste fikseerimine, õpilaste tunniks valmisoleku kontrollimine. Õpilaste tähelepanu korraldamine ja kaasamine töö ärirütmi.

tähelepanu korraldamine ja kaasamine töö ärirütmi.

2. Ettevalmistus tunni põhietapiks.

Õpetaja tegevus: täna hakkame uurima "Kvantfüüsika" uut osa - "Elementaarosakesed". Selles peatükis räägime elementaarsetest osakestest, millest kõik mateeria on üles ehitatud, primaarsetest, edasi lagunevatest osakestest.

Füüsikud avastasid tuumaprotsesside uurimisel elementaarosakeste olemasolu, seetõttu oli kuni 20. sajandi keskpaigani elementaarosakeste füüsika tuumafüüsika haru. Praegu on elementaarosakeste füüsika ja tuumafüüsika lähedased, kuid iseseisvad füüsikaharud, mida ühendab paljude vaadeldavate probleemide ühisus ja kasutatud uurimismeetodid.

Elementaarosakeste füüsika põhiülesanne on elementaarosakeste olemuse, omaduste ja vastastikuste muundumiste uurimine.

See saab olema ka meie põhiülesanne elementaarosakeste füüsika uurimisel.

3. Uute teadmiste ja tegevusmeetodite assimileerimine.

Õpetaja tegevus: Tunni teema: "Elementaarosakeste füüsika arenguetapid". Tunnis kaalume järgmisi küsimusi:

  • Ideede arengu ajalugu, et maailm koosneb elementaarsetest osakestest
  • Mis on elementaarosakesed?
  • Kuidas saab eraldi elementaarosakest saada ja kas see on võimalik?
  • Osakeste tüpoloogia.

Ideel, et maailm koosneb põhiosakestest, on pikk ajalugu. Tänapäeval on elementaarosakeste füüsika arengus kolm etappi.

Avame õpetuse. Tutvume etappide nimede ja ajakavaga.

Prognoositav õpilaste tegevus:

Etapp 1. Elektronist positronini: 1897 - 1932

Etapp 2. Positronist kvarkideni: 1932 - 1964

Etapp 3. Kvarkide hüpoteesist (1964) kuni tänapäevani.

Õpetaja tegevus:

1. etapp.

Elementaarne, s.t. lihtsaim, jagamatu edasi, nii kujutas aatomit ette kuulus Vana -Kreeka teadlane Demokritos. Tuletan meelde, et sõna "aatom" tähendab tõlkes "jagamatu". Esimest korda väljendas Demokritos 400 aastat enne meie ajastut ideed väikseimate, nähtamatute osakeste olemasolust, mis moodustavad kõik ümbritsevad objektid. Teadus hakkas aatomite mõistet kasutama alles 19. sajandi alguses, kui selle põhjal oli võimalik seletada mitmeid keemilisi nähtusi. Ja selle sajandi lõpus avastati aatomi keeruline struktuur. 1911. aastal avastati aatomituum (E. Rutherford) ja lõpuks tõestati, et aatomitel on keeruline struktuur.

Meenutagem poisse: millised osakesed kuuluvad aatomisse ja iseloomustavad neid lühidalt?

Prognoositav õpilaste tegevus:

Õpetaja tegevus: poisid, äkki keegi mäletab sinult: kelle poolt ja mis aastatel avastati elektron, prooton ja neutron?

Prognoositav õpilaste tegevus:

Elektron. Aastal 1898 tõestas J. Thomson elektronide olemasolu reaalsust. 1909. aastal mõõtis R. Millikan esmakordselt elektroni laengu.

Prooton. 1919. aastal avastas E. Rutherford lämmastikku osakestega pommitades osakese, mille laeng võrdub elektroni laenguga ja mille mass on 1836 korda suurem kui elektroni mass. Osake sai nimeks prooton.

Neutron. Rutherford pakkus välja ka ilma laenguta osakese olemasolu, mille mass võrdub prootoni massiga.

1932. aastal avastas D. Chadwick osakese, mille Rutherford soovitas, ja nimetas selle neutroniks.

Õpetaja tegevus: pärast prootoni ja neutroni avastamist selgus, et aatomite tuumadel, nagu aatomitel endil, on keeruline struktuur. Tekkis tuumade struktuuri prooton-neutroniteooria (D. D. Ivanenko ja V. Heisenberg).

XIX sajandi 30. aastatel M. Faraday välja töötatud elektrolüüsi teoorias ilmus mõiste -ioon ja viidi läbi elementaarlaengu mõõtmine. XIX sajandi lõpp - lisaks elektroni avastamisele tähistas radioaktiivsuse nähtuse avastamine (A. Becquerel, 1896). 1905. aastal töötas füüsika välja elektromagnetvälja kvantide - footonite (A. Einstein) mõiste.

Meenutagem: mida nimetatakse footoniks?

Prognoositav õpilaste tegevus: Footon(või elektromagnetilise kiirguse kvant) - elementaarne kerge osake, elektriliselt neutraalne, ilma puhke massita, kuid millel on energia ja hoog.

Õpetaja tegevus: avatud osakesi peeti jagamatuteks ja muutumatuteks algseteks üksusteks, universumi peamisteks ehitusplokkideks. See arvamus ei kestnud aga kaua.

2. etapp.

1930ndatel avastati ja uuriti prootonite ja neutronite vastastikuseid muundumisi ning selgus, et ka need osakesed ei ole looduse muutumatud elementaarsed "ehitusplokid".

Praegu on teada umbes 400 tuumaosakest (osakesed, millest koosnevad aatomid, mida tavaliselt nimetatakse elementaarseteks). Valdav enamus neist osakestest on ebastabiilsed (elementaarosakesed muutuvad teineteiseks).

Ainsad erandid on footon, elektron, prooton ja neutriino.

Foton, elektron, prooton ja neutriino on stabiilsed osakesed (osakesed, mis võivad vabas olekus eksisteerida piiramatu aja jooksul), kuid igaüks neist võib teiste osakestega suheldes muutuda teisteks osakesteks.

Kõik muud osakesed muutuvad korrapäraste ajavahemike järel spontaanselt teisteks osakesteks ja see on nende olemasolu peamine fakt.

Mainisin veel üht osakest - neutriino. Millised on selle osakese peamised omadused? Kelle poolt ja millal see avati?

Prognoositav õpilaste tegevus: Neutrino on osake, millel puudub elektrilaeng ja selle puhkekaal on võrdne 0. Selle osakese olemasolu ennustas 1931. aastal V. Pauli ja 1955. aastal registreeriti osake eksperimentaalselt. See avaldub neutronite lagunemise tagajärjel:

Õpetaja tegevus: ebastabiilsed elementaarosakesed on eluea poolest üksteisest väga erinevad.

Pikima elueaga osake on neutron. Neutronite eluiga on umbes 15 minutit.

Teised osakesed "elavad" palju lühemat aega.

On kümneid osakesi, mille eluiga ületab 10–17 s. Mikromaailma mastaabis on see märkimisväärne aeg. Selliseid osakesi nimetatakse suhteliselt stabiilne .

Enamus lühiajaline elementaarosakeste eluiga on suurusjärgus 10-22-10-23 s.

Vastastikku muundamise võime on kõigi elementaarosakeste kõige olulisem omadus.

Elementaarsed osakesed on võimelised sündima ja hävima (eralduma ja imenduma). See kehtib ka stabiilsete osakeste kohta selle ainsa erinevusega, et stabiilsete osakeste muundumine ei toimu spontaanselt, vaid teiste osakestega suhtlemisel.

Näide on hävitamine (st. kadumine) elektroni ja positroni, millega kaasneb suure energiaga footonite tootmine.

Positron on (elektroni osake) positiivselt laetud osake, millel on sama mass ja sama (modulo) laeng kui elektronil. Selle omadustest räägime üksikasjalikumalt järgmises tunnis. Ütleme nii, et positroni olemasolu ennustas P. Dirac 1928. aastal ja avastas 1932. aastal kosmilistes kiirtes K. Anderson.

1937. aastal avastati kosmilistes kiirtes osakesed, mille mass oli 207 elektronmassi müonid (-poisid). Mesoni keskmine eluiga on 2,2 * 10-6 s.

Siis avati aastatel 1947-1950 pojengid (st. -meessoost). Neutraalse poisi keskmine eluiga on 0,87 · 10 -16 s.

Järgnevatel aastatel hakkas äsja avastatud osakeste arv kiiresti kasvama. Sellele aitasid kaasa kosmiliste kiirte uuringud, kiirendustehnoloogia arendamine ja tuumareaktsioonide uurimine.

Uute osakeste loomise protsessi rakendamiseks ja elementaarosakeste omaduste uurimiseks on vaja kaasaegseid kiirendeid. Esialgsed osakesed kiirendatakse kiirendis "kokkupõrkekursil" suureks energiaks ja põrkuvad teatud kohas üksteisega kokku. Kui osakeste energia on suur, tekib kokkupõrkeprotsessis palju uusi osakesi, tavaliselt ebastabiilseid. Need osakesed, mis hajuvad kokkupõrkepunktist, lagunevad stabiilsemateks osakesteks, mille detektorid registreerivad. Iga sellise kokkupõrke korral (füüsikud ütlevad: iga sündmuse kohta) - ja neid registreeritakse tuhandetes sekundis! -eksperimenteerijad määravad selle tulemusena kinemaatilised muutujad: "püütud" osakeste impulsside ja energiate väärtused, samuti nende trajektoorid (vt joonist õpikus). Olles kogunud palju sama tüüpi sündmusi ja uurinud nende kinemaatiliste suuruste jaotust, rekonstrueerivad füüsikud, kuidas interaktsioon kulges ja millist tüüpi osakesi saab saadud osakestele omistada.

3. etapp.

Elementaarosakesed jagunevad kolme rühma: footonid , leptonid ja hadronid (Lisa 2).

Poisid, rääkige mulle footonite rühma kuuluvad osakesed.

Prognoositav õpilaste tegevus: Rühma juurde footonid on ainult üks osake - footon

Õpetaja tegevus: järgmine rühm koosneb kergetest osakestest leptonid.

Prognoositud õpilaste aktiivsus: sellesse rühma kuuluvad kahte tüüpi neutriinod (elektron ja müon), elektron ja a -meson

Õpetaja tegevus: leptonid sisaldavad ka mitmeid osakesi, mida pole tabelis loetletud.

Kolmas suur rühm koosneb rasketest osakestest, mida nimetatakse hadronid... See rühm on jagatud kahte alarühma. Kergemad osakesed moodustavad alarühma mesonid .

Prognoositav õpilaste aktiivsus: kergeimad neist on positiivse ja negatiivse laenguga ning neutraalsed. Pojengid on tuumavälja kvandid.

Õpetaja tegevus: teine ​​alagrupp - barionid - sisaldab raskemaid osakesi. See on kõige ulatuslikum.

Prognoositav õpilaste tegevus: kergeimad barüonid on nukleonid - prootonid ja neutronid.

Õpetaja tegevus: neile järgnevad nn hüperoonid. Tabeli sulgemine on oomega-miinus-hüperoon, mis avastati 1964. aastal.

Avastatud ja äsja avastatud hadronite arvukus pani teadlased uskuma, et need kõik on ehitatud mõnest teisest fundamentaalsemast osakesest.

1964. aastal esitas Ameerika füüsik M. Gell -Mann järgnevate uuringutega kinnitatud hüpoteesi, et kõik rasked põhiosakesed - hadronid - on ehitatud fundamentaalsematest osakestest, mida nimetatakse kvarkid.

Struktuurilisest seisukohast koosnevad elementaarsed osakesed, mis moodustavad aatomituumad (nukleonid), ja üldiselt kõik rasked osakesed - hadronid (barüonid ja mesonid) - koosnevad isegi lihtsamatest osakestest, mida tavaliselt nimetatakse fundamentaalseteks. Selles rollis on mateeria tõeliselt põhilised elemendid kvarkid, mille elektrilaeng on +2/3 või -1/3 prootoni ühiku positiivsest laengust.

Kõige tavalisemaid ja kergemaid kvarke kutsutakse üles ja alla ning tähistatakse vastavalt u (inglise keelest üles) ja d (alla). Mõnikord nimetatakse neid ka prootonite ja neutronite kvarkideks, kuna prooton koosneb uudiste kombinatsioonist ja neutron - udd. Ülemise kvargi laeng on +2/3; alt - negatiivne laeng -1/3. Kuna prooton koosneb kahest üles- ja ühest allapoole ning neutron koosneb ühest üles- ja kahest alumisest kvarkist, saate iseseisvalt kontrollida, kas prootoni ja neutroni kogulaeng osutub rangelt võrdseks 1 ja 0 -ga.

Ülejäänud kaks paari kvarke on osa eksootilisematest osakestest. Teise paari kvarke nimetatakse võlunuks - c (võlutust) ja kummaliseks - s (kummaliseks).

Kolmas paar koosneb tõelistest - t (tõest või inglise keele traditsioonist top) ja ilusast - b (ilust või inglise traditsiooni alt) kvarkidest.

Peaaegu kõik osakesed, mis koosnevad erinevatest kvarkide kombinatsioonidest, on juba eksperimentaalselt avastatud

Kvarki hüpoteesi vastuvõtmisega oli võimalik luua elementaarosakeste harmooniline süsteem. Arvukad vabas olekus kvarkide otsingud, mis viidi läbi suure energiaga kiirendite ja kosmiliste kiirte abil, olid ebaõnnestunud. Teadlased usuvad, et vabade kvarkide mittevaatlemise üks põhjusi on tõenäoliselt nende väga suur mass. See hoiab ära kvarkide tootmise energiate juures, mis saavutatakse kaasaegsete kiirendite abil.

Kuid 2006. aasta detsembris käis teaduslike uudisteagentuuride ja meedia kanalite kaudu imelik sõnum "tasuta tippkvarkide" avastamise kohta.

4. Esmane arusaamise kontrollimine.

Õpetaja tegevus: nii et poisid, me kajastasime teiega:

  • elementaarosakeste füüsika arengu peamised etapid
  • sai teada, millist osakest nimetatakse elementaarseks
  • tutvus osakeste tüpoloogiaga.

Järgmises tunnis vaatame:

  • elementaarosakeste täpsem klassifikatsioon
  • elementaarosakeste interaktsioonide tüübid
  • osakestevastased.

Ja nüüd soovitan teil teha test, et taaselustada mälus meie uuritud materjali põhipunktid (lisa 3).

5. Tunni tulemuste kokkuvõtmine.

Õpetaja tegevus: kõige aktiivsemate õpilaste hindamine.

6. Kodutöö

Õpetaja tegevus:

1. pr 115, bldg 347

2. lõigu kokkuvõte vastavalt tunnis salvestatud plaanile.

Füüsikud avastasid tuumaprotsesside uurimisel elementaarosakeste olemasolu, seetõttu oli kuni 20. sajandi keskpaigani elementaarosakeste füüsika tuumafüüsika haru. Praegu on elementaarosakeste füüsika ja tuumafüüsika lähedased, kuid iseseisvad füüsikaharud, mida ühendab paljude vaadeldavate probleemide ühisus ja kasutatud uurimismeetodid. Elementaarosakeste füüsika põhiülesanne on elementaarosakeste olemuse, omaduste ja vastastikuste muundumiste uurimine.
Ideel, et maailm koosneb põhiosakestest, on pikk ajalugu. Esimest korda väljendas 400 aastat eKr Kreeka filosoof Demokritos ideed väikseimate nähtamatute osakeste olemasolust, mis moodustavad kõik ümbritsevad objektid. Ta nimetas neid osakesi aatomiteks, see tähendab jagamatuteks osakesteks. Teadus hakkas aatomite mõistet kasutama alles 19. sajandi alguses, kui selle põhjal oli võimalik seletada mitmeid keemilisi nähtusi. XIX sajandi 30. aastatel M. Faraday välja töötatud elektrolüüsi teoorias ilmus iooni mõiste ja viidi läbi elementaarlaengu mõõtmine. 19. sajandi lõppu tähistasid radioaktiivsuse nähtuse avastamine (A. Becquerel, 1896), aga ka elektronide (J. Thomson, 1897) ja a-osakeste avastused (E. Rutherford, 1899). 1905. aastal töötas füüsika välja elektromagnetvälja kvantide - footonite (A. Einstein) mõiste.
1911. aastal avastati aatomituum (E. Rutherford) ja lõpuks tõestati, et aatomitel on keeruline struktuur. 1919. aastal avastas Rutherford prootonid paljude elementide aatomituumade lõhustumisproduktidest. 1932. aastal avastas J. Chadwick neutroni. Selgus, et aatomite tuumadel, nagu aatomitel endil, on keeruline struktuur. Tekkis tuumade struktuuri prooton-neutroniteooria (D. D. Ivanenko ja V. Heisenberg). Samal 1932. aastal avastati kosmilistes kiirtes positron (K. Anderson). Positron on positiivselt laetud osake, millel on sama mass ja sama (modulo) laeng kui elektronil. Positroni olemasolu ennustas P. Dirac 1928. aastal. Nende aastate jooksul avastati ja uuriti prootonite ja neutronite vastastikuseid muundumisi ning selgus, et ka need osakesed ei ole muutumatud looduse elementaarsed "tellised". 1937. aastal avastati kosmilistes kiirtes osakesi, mille mass oli 207 elektronmassi, mida nimetatakse müonideks (μ-mesoniteks). Seejärel avastati aastatel 1947-1950 pioonid (st π-mesonid), mis vastavalt kaasaegsetele kontseptsioonidele viivad läbi tuuma nukleoonide vastastikmõju. Järgnevatel aastatel hakkas äsja avastatud osakeste arv kiiresti kasvama. Sellele aitasid kaasa kosmiliste kiirte uuringud, kiirendustehnoloogia arendamine ja tuumareaktsioonide uurimine.
Praegu on teada umbes 400 tuumaosakest, mida tavaliselt nimetatakse elementaarseteks. Valdav enamus neist osakestest on ebastabiilsed. Ainsad erandid on footon, elektron, prooton ja neutriino. Kõik muud osakesed muutuvad korrapäraste ajavahemike järel spontaanselt teisteks osakesteks. Ebastabiilsed elementaarosakesed erinevad üksteisest eluea poolest suuresti. Pikima elueaga osake on neutron. Neutronite eluiga on umbes 15 minutit. Teised osakesed "elavad" palju lühemat aega. Näiteks μ mesoni keskmine eluiga on 2,2 · 10–6 s ja neutraalne π meson 0,87 · 10–16 s. Paljude massiivsete osakeste - hüperoonide - keskmine eluiga on suurusjärgus 10–10 s.
On kümneid osakesi, mille eluiga ületab 10–17 s. Mikromaailma mastaabis on see märkimisväärne aeg. Selliseid osakesi nimetatakse suhteliselt stabiilseteks. Enamiku lühiajaliste elementaarosakeste eluiga on suurusjärgus 10–22–10–23 s.
Vastastikku muundamise võime on kõigi elementaarosakeste kõige olulisem omadus. Elementaarsed osakesed on võimelised sündima ja hävima (eralduma ja imenduma). See kehtib ka stabiilsete osakeste kohta selle ainsa erinevusega, et stabiilsete osakeste muundumine ei toimu spontaanselt, vaid teiste osakestega suhtlemisel. Näitena võib tuua elektroni ja positroni hävitamise (st kadumise), millega kaasneb suure energiaga footonite tootmine. Võib toimuda ka vastupidine protsess - elektron -positronipaari loomine näiteks siis, kui piisavalt suure energiaga footon põrkub kokku tuumaga. Prootonil on ka selline ohtlik topelt nagu elektroni positron. Seda nimetatakse antiprotooniks. Antiprotooni elektrilaeng on negatiivne. Praegu on osakestevastaseid aineid leitud kõigist osakestest. Osakesed on osakeste vastu, sest kui mis tahes osake vastab oma osakestevastasele, siis nad hävivad, st mõlemad osakesed kaovad, muutudes kiirguskvantideks või muudeks osakesteks.
Isegi neutronil on leitud osakestevastane aine. Neutron ja antineutron erinevad ainult magnetmomendi ja nn barüoonlaengu märkide poolest. Võimalik on antimaterjali aatomite olemasolu, mille tuumad koosnevad antinukleonidest, ja positronite kest. Antimaterjali ainega hävitamise ajal muundatakse ülejäänud energia kiirguskvantide energiaks. See on tohutu energia, oluliselt parem kui see, mis vabaneb tuuma- ja termotuumareaktsioonide käigus.
Siiani tuntud elementaarosakeste mitmekesisuses leitakse enam -vähem harmooniline klassifitseerimissüsteem. Tabel 9.9.1 esitab teavet elementaarosakeste omaduste kohta, mille eluiga on üle 10–20 s. Paljudest elementaarosakest iseloomustavatest omadustest on ainult osakeste mass (elektronmassides), elektrilaeng (elementaarlaengu ühikutes) ja nurkkiirus (nn spin) Plancki konstandi ühikutes ħ = h / 2π on näidatud tabelis. Tabel näitab ka osakese keskmist eluiga.
Grupp
Osakese nimi
Sümbol
Mass (elektroonilises massis)
Elektrilaeng
Spin
Eluaeg
Osake
Osakestevastane
Fotonid
Footon
γ

Stabiilne
Leptonid
Elektrooniline neutriino
νe

1 / 2
Stabiilselt
Muonne neutriino
νμ

1 / 2
Stabiilselt
Elektron
e–
e +

–1 1
1 / 2
Stabiilne
Mu meson
μ–
μ+
206,8
–1 1
1 / 2
2,2∙10–6
Hadronid
Mesonid
Pi-mesonid
π0
264,1

0,87∙10–16
π+
π–
273,1
1 –1

2,6∙10–8
K-mesonid
K +
K -
966,4
1 –1

1,24∙10–8
K 0

≈ 10–10–10–8
See on null meson
η0

≈ 10–18
Barionid
Prooton
lk

1836,1
1 –1
1 / 2
Stabiilne
Neutron
n

Lambda hüperoon
Λ0

1 / 2
2,63∙10–10
Sigma hüperoonid
Σ +

2327,6
1 –1
1 / 2
0,8∙10–10
Σ 0

1 / 2
7,4∙10–20
Σ –

2343,1
–1 1
1 / 2
1,48∙10–10
Xi-hüperoonid
Ξ 0

1 / 2
2,9∙10–10
Ξ –

2585,6
–1 1
1 / 2
1,64∙10–10
Omega miinus hüperoon
Ω–

–1 1
1 / 2
0,82∙10–11

Tabel 9.9.1.
Elementaarosakesed ühendatakse kolme rühma: footonid, leptonid ja hadronid.
Footonite rühma kuulub üks osake - footon, mis on elektromagnetilise interaktsiooni kandja.
Järgmine rühm koosneb kergetest leptoniosakestest. Sellesse rühma kuuluvad kahte tüüpi neutriinod (elektron ja müon), elektron ja μ-meson. Leptonid sisaldavad ka mitmeid osakesi, mida tabelis pole loetletud. Kõigil leptoonidel on spin
Kolmas suur rühm koosneb rasketest osakestest, mida nimetatakse hadroniteks. See rühm on jagatud kahte alarühma. Kergemad osakesed moodustavad mesonite alarühma. Kergeimad neist on positiivse ja negatiivse laenguga, samuti neutraalsed π-mesoonid massiga umbes 250 elektroni (tabel 9.9.1). Pojengid on tuumavälja kvandid, nagu footonid on elektromagnetvälja kvandid. Sellesse alarühma kuulub ka neli K mesonit ja üks η0 meson. Kõigil mesonitel on spin null.
Teine alarühm, barüoonid, sisaldab raskemaid osakesi. See on kõige ulatuslikum. Kergeimad barüonid on nukleonid - prootonid ja neutronid. Neile järgnevad nn hüperoonid. Tabeli sulgeb 1964. aastal avastatud oomega-miinus-hüperoon, mis on raske osake, mille mass on 3273 elektronmassi. Kõigil barüonidel on spin
Avastatud ja äsja avastatud hadronite arvukus pani teadlased uskuma, et need kõik on ehitatud mõnest teisest fundamentaalsemast osakesest. 1964. aastal esitas Ameerika füüsik M. Gell -Mann järgnevate uuringutega kinnitatud hüpoteesi, et kõik rasked põhiosakesed - hadronid - on ehitatud fundamentaalsematest osakestest, mida nimetatakse kvarkideks. Kvargi hüpoteesi põhjal ei mõistetud mitte ainult juba tuntud hadronite struktuuri, vaid ennustati ka uute olemasolu. Gell-Manni teooria eeldas kolme kvargi ja kolme antikvargi olemasolu, mis ühendavad üksteist erinevates kombinatsioonides. Seega koosneb iga barüon kolmest kvarkist ja antikeha kolmest antikvargist. Mesonid koosnevad kvark -antikvari paaridest.
Kvarki hüpoteesi vastuvõtmisega oli võimalik luua elementaarosakeste harmooniline süsteem. Nende hüpoteetiliste osakeste ennustatud omadused osutusid aga üsna ootamatuteks. Kvarkide elektrilaeng tuleks väljendada murdosaarvudena, mis on võrdne elementaarlaenguga.
Arvukad vabas olekus kvarkide otsingud, mis viidi läbi suure energiaga kiirendite ja kosmiliste kiirte abil, olid ebaõnnestunud. Teadlased usuvad, et vabade kvarkide märkamatuse üheks põhjuseks on tõenäoliselt nende väga suur mass. See hoiab ära kvarkide tootmise energiate juures, mis saavutatakse kaasaegsete kiirendite abil. Sellest hoolimata on enamik eksperte nüüd veendunud, et kvarkid eksisteerivad raskete osakeste - hadronite - sees.
Põhilised koostoimed. Protsessid, milles osalevad erinevad elementaarosakesed, erinevad nende iseloomuliku aja ja energia poolest suuresti. Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt on looduses nelja tüüpi interaktsioone, mida ei saa taandada muudele, lihtsamatele interaktsioonitüüpidele: tugev, elektromagnetiline, nõrk ja gravitatsiooniline. Seda tüüpi suhtlemist nimetatakse fundamentaalseks.
Tugev (või tuuma) vastasmõju on kõigist interaktsioonidest kõige intensiivsem. Need pakuvad aatomite tuumades äärmiselt tugevat sidet prootonite ja neutronite vahel. Ainult tugevad osakesed - hadronid (mesonid ja barüoonid) - võivad osaleda tugevas koostoimes. Tugev koostoime avaldub vahemikus 10–15 m või vähem, seetõttu nimetatakse seda lühikeseks.
Elektromagnetiline koostoime. Seda tüüpi interaktsioonis võivad osaleda kõik elektriliselt laetud osakesed, aga ka footonid - elektromagnetvälja kvandid. Elektromagnetiline koostoime on vastutav eelkõige aatomite ja molekulide olemasolu eest. See määrab kindlaks paljude ainete omadused tahkes, vedelas ja gaasilises olekus. Prootonite Coulombi tõrjumine põhjustab suurte massiarvudega tuumade ebastabiilsust. Elektromagnetiline vastasmõju määrab footonite neeldumis- ja emissiooniprotsessid aatomite ja ainemolekulide poolt ning paljud teised mikro- ja makromaailma füüsika protsessid.
Nõrk interaktsioon on mikromaailma interaktsioonidest kõige aeglasem. Selles võivad osaleda kõik elementaarosakesed, välja arvatud footonid. Nõrk interaktsioon vastutab neutriinode või antineutriinodega seotud protsesside kulgemise eest, näiteks neutronite β-lagunemine

Ja ka neutriinovabad osakeste lagunemisprotsessid pika elueaga (τ ≥ 10–10 s).
Gravitatsiooniline vastasmõju on eranditult omane kõigile osakestele, kuid elementaarosakeste väikeste masside tõttu on nendevaheline gravitatsioonijõudude jõud tühine ja nende roll mikromaailma protsessides on ebaoluline. Gravitatsioonijõud mängivad otsustavat rolli kosmoseobjektide (tähed, planeedid jne) koosmõjus nende tohutute massidega.
Sajandi 30ndatel tekkis hüpotees, et elementaarosakeste maailmas toimuvad interaktsioonid mis tahes välja kvantide vahetamise teel. Selle hüpoteesi esitasid algselt meie kaasmaalased I. Ye. Tamm ja D. D. Ivanenko. Nad väitsid, et fundamentaalsed vastasmõjud tekivad osakeste vahetusest, nii nagu aatomite kovalentsed keemilised sidemed tekivad valentselektronite vahetusest, mis ühinevad tühjadel elektronkestadel.
Osakeste vahetamisega läbiviidud interaktsioon on füüsikas saanud vahetusinteraktsiooni nime. Nii tekib näiteks laetud osakeste vahel elektromagnetiline vastasmõju footonite - elektromagnetvälja kvantide - vahetusest.
Vahetuse vastasmõju teooria saavutas tunnustuse pärast seda, kui 1935. aastal näitas Jaapani füüsik H. Yukawa teoreetiliselt, et tugevat interaktsiooni aatomituumades olevate nukleonide vahel saab seletada, kui eeldame, et nukleonid vahetavad hüpoteetilisi osakesi, mida nimetatakse mesoniteks. Yukawa arvutas nende osakeste massi, mis osutus ligikaudu 300 elektronimassiga võrdseks. Sellise massiga osakesed avastati hiljem. Neid osakesi nimetatakse π-mesoniteks (pioonideks). Praegu on teada kolme tüüpi pioone: π +, π– ja π0 (vt tabel 9.9.1).
1957. aastal ennustati teoreetiliselt raskete osakeste, nn vektorboosonite W +, W– ja Z0 olemasolu, mis määravad nõrga interaktsiooni vahetusmehhanismi. Need osakesed avastati 1983. aastal kiirenduskatsetes prootonite ja antiprootonite suure energiaga põrkuvate taladega. Vektorbosonite avastamine oli elementaarsete osakeste füüsikas väga oluline saavutus. See avastus tähistas teooria edu, mis ühendas elektromagnetilised ja nõrgad interaktsioonid üheks nn elektrilise nõrkusega interaktsiooniks. See uus teooria peab elektromagnetvälja ja nõrga interaktsiooni välja sama välja erinevateks komponentideks, milles osalevad koos elektromagnetvälja kvantiga vektorboosonid.
Pärast seda avastust kaasaegses füüsikas kasvas oluliselt enesekindlus, et igat tüüpi interaktsioonid on üksteisega tihedalt seotud ja sisuliselt on need teatud ühtse valdkonna erinevad ilmingud. Kuid kõigi interaktsioonide ühendamine on endiselt ainult atraktiivne teaduslik hüpotees.
Teoreetilised füüsikud teevad suuri jõupingutusi, püüdes arvestada ühtsel alusel mitte ainult elektromagnetilist ja nõrka, vaid ka tugevat koostoimet. Seda teooriat nimetatakse suureks ühendamiseks. Teadlased viitavad sellele, et gravitatsioonilisel interaktsioonil peab olema oma kandja - hüpoteetiline osake, mida nimetatakse gravitoniks. Seda osakest pole aga veel avastatud.
Praegu peetakse tõestatud, et üks väli, mis ühendab igat tüüpi interaktsioone, saab eksisteerida ainult ülikõrgete osakeste energiate korral, mis ei ole tänapäevastes kiirendites saavutatavad. Osakestel võiks olla nii suur energia alles Universumi eksisteerimise kõige varasematel etappidel, mis tekkisid nn Suure Paugu tagajärjel. Kosmoloogia - universumi evolutsiooni teadus - viitab sellele, et Suur Pauk juhtus 18 miljardit aastat tagasi. Universumi evolutsiooni standardmudelis eeldatakse, et esimesel plahvatusjärgsel perioodil võib temperatuur ulatuda 1032 K -ni ja osakeste energia E = kT 1019 GeV -ni. Sel perioodil eksisteeris aine kvarkide ja neutriinode kujul, samas kui igat tüüpi interaktsioonid ühendati üheks jõuväljaks. Universumi laienedes järk -järgult osakeste energia vähenes ja ühtsest interaktsiooniväljast vabanes esmalt gravitatsiooniline vastasmõju (osakeste energiaga ≤ 1019 GeV) ja seejärel eraldati tugev interaktsioon elektrienergia nõrkusest ( energiaga suurusjärgus 1014 GeV). Energiatel suurusjärgus 103 GeV leiti, et kõik neli põhiliste interaktsioonide tüüpi on eraldi. Samaaegselt nende protsessidega tekkis ka keerulisemaid mateeria vorme - nukleone, kergeid tuumasid, ioone, aatomeid jne. päeval, tuginedes elementaarosakeste füüsika, samuti tuuma- ja aatomifüüsika seadustele.
































Tagasi edasi

Tähelepanu! Slaidide eelvaated on ainult informatiivsel eesmärgil ja ei pruugi esindada kõiki esitlusvõimalusi. Kui olete sellest tööst huvitatud, laadige alla täisversioon.

Tund toimub 11. klassis ja on mõeldud 2 akadeemiliseks tunniks ning on jagatud mitmeks plokiks:

  • omadused, mis kirjeldavad elektroni olekut aatomis;

Kõiki neid plokke võib käsitleda nii individuaalselt kui ka kollektiivselt. Niisiis võib plokki "Elementaarosakeste füüsika arenguetapid" (slaidid 1-5) käsitleda 9. klassis vastavat teemat sissejuhataval tasemel uurides. Ka 9. klassis saate õpilaste töö korraldamisel õpikuga kasutada plokki "Elementaarosakeste registreerimise meetodid" (slaidid 29-31). Plokki "Suhtluse tüübid ja nende omadused" (slaidid 11-15) saab kasutada 10. klassi esimestes tundides.

Enne teema õppimist 11. klassis (nädalas) palutakse õpilastel koostada sõnumid järgmistes valdkondades:

  • elementaarosakeste füüsika arenguetapid;
  • interaktsioonide tüübid ja nende omadused;
  • elementaarosakeste registreerimise meetodid.

Nad on neid teemasid juba varem uurinud (9.-10. Klass), seega ei võta ettevalmistus palju aega ega tekita tavaliselt küsimusi. Tunni ajal teevad õpilased sõnumite ja esitluste slaidide põhjal töövihikutesse märkmeid. Loenguks loetakse plokki "Elektroni olekut aatomites kirjeldavad omadused". Loengu ajal kirjutavad õpilased üles vaid tunnuste nimed.

Kasutatud raamatud:

  1. Elementaarne füüsikaõpik, toim. akad. G.S. Landsberg. Köide 3. M.: "Teadus", 1975
  2. B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf Füüsika kursus. Köide 3. M.: "Keskkool", 1971
  3. B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf Füüsika: keskkooliõpilastele ja neile, kes astuvad ülikooli. M: "Bustard", 2000
  4. Teie juhendaja. Füüsika. Interaktiivsed loengud. Plaat 1. LLC "Multimeediatehnoloogiad ja kaugõpe", 2003
  5. L. Ja. Borevsky 21. sajandi füüsikakursus. M: "MediaHouse", 2003

Õppetunni teema:"Elementaarosakesed ja nende omadused"

Tunni eesmärk:

  • Hariv: saada õpilasi, kes on omandanud järgmised teadmised:

    • mikromaailmas eristatakse kolme tasandit, mis erinevad iseloomulike skaalade ja energiate poolest (molekulaar-aatomi-, tuuma-, elementaarosakeste tase);
    • looduses on umbes 400 erinevat elementaarosakest (koos antiosakestega);
    • Põhilisi koostoimeid on 4 tüüpi (tugev, elektromagnetiline, nõrk, gravitatsiooniline)
    • tugev koostoime on iseloomulik rasketele osakestele; elektromagnetväljas osalevad otseselt ainult elektriliselt laetud osakesed; nõrk interaktsioon on iseloomulik kõikidele osakestele, välja arvatud footonid; gravitatsiooniline vastasmõju on omane kõigile Universumi kehadele, avaldudes universaalse gravitatsiooni jõudude kujul;
    • põhimõttelised koostoimed erinevad intensiivsuse, tegevusulatuse, iseloomulike aegade ja neile omaste kaitseseaduste poolest;
    • kõik elementaarosakesed jagunevad leptoonideks (põhilised) ja hadroniteks (komposiit);
    • hadronid jagunevad mesoniteks ja barüonideks;
  • Arendav: saada õppijaid, kes on õppinud järgmisi tegevusi:
    • tunnustada eri tüüpi põhilisi koostoimeid nende omaduste järgi;
    • viia läbi elementaarosakeste klassifikatsioon;
    • kirja panna elementaarosakeste teisenduste reaktsioonid, võttes arvesse säilimisseadusi;
    • kirjeldada elementaarosakeste registreerimise seadmete seadet ja tööpõhimõtet;
  • Hariv: veenda õpilasi, et:
    • kõik elementaarosakesed muutuvad teineteiseks ja need vastastikused muundumised on nende olemasolu peamine fakt;
    • kõigi fundamentaalsete vastasmõjude ühise (vahetus) mehhanismi tuvastamine annab lootust võimalusele ehitada ühtne teooria, mis selgitab maailmapilti;
    • mateeria koostisosad on: 6 tüüpi kvarkid ja 6 leptoonid, mille vastastikmõju toimub vastavate interaktsioonikandjate (footon, 8 glüoon, 3 vaheboson ja graviton) vahetamise tõttu

Õppetüüp: kombineeritud.

Varustus: meediumiprojektor, ekraan, arvuti, tabel "Osakeste registreerimise meetodid", tabel "Põhilised interaktsioonid", jaotusmaterjalid ( Lisa 1 , 2. liide )

Tunniplaan:

I. Teadmiste täiendamine

Õpetaja sissejuhatavad märkused vajadusest mõista maailma teaduslikku pilti.

II. Teadmiste omandamine

1) Õpilase sõnum "Osakeste füüsika arengu etapid" (slaidid 1-5)
2) Loeng "Elektroni olek aatomis" (slaidid 6-10)
3) Sõnum „Interaktsioonide tüübid” (slaidid 11–15)
4) Loeng "Elementaarosakeste omadused" (slaidid 16-28)
5) Sõnum õpilastelt "Elementaarosakeste registreerimise meetodid" (slaidid 29-31)

3) Selgitage esitatud reaktsioonide võimalust laengu säilitamise seaduste seisukohast (reaktsioonid valitakse õpetaja äranägemisel). Kasutage tabeli andmeid ( Lisa 1 )

4) Tasu säilitamise seaduse alusel tabel 2 ( Lisa 1 ) ja Lisa 2 , selgitage mõne hadroni kvarkide koostist (õpetaja äranägemisel)

IV. Teadmiste kontroll

Harjutus 1.

Kavandatud omaduste põhjal tehke kindlaks, millist tüüpi esitatud interaktsioonid on.

Interaktsiooni tüüp Intensiivsus Iseloomulik aeg, s
1/137 ~10-20
~1 ~ 10-23
~ 10-38 ?
~ 10-10 ~

Ülesanne 2.

Millist tüüpi suhtlust transpordivad:

  • Gluunid
  • Vahebosonid
  • Fotonid
  • Gravitonid

Ülesanne 3.

Milline on iga interaktsiooni ulatus?

V. Kodutöö

§ -d 115, 116, peatüki 14 kokkuvõte

Elementaarsete osakeste omaduste ja käitumise selgitamiseks tuleb neile lisaks massile, elektrilaengule ja tüübile anda veel hulk iseloomulikke lisakoguseid (kvantarvud), millest räägime allpool.

Elementaarosakesed on tavaliselt jagatud järgmisteks osadeks neli klassi ... Lisaks nendele klassidele eeldatakse, et on veel üks osakeste klass - gravitonid (gravitatsioonivälja kvandid). Neid osakesi pole siiani eksperimentaalselt leitud.

Kirjeldame lühidalt nelja elementaarosakeste klassi.

Ühele neist kuulub ainult üks osake - footon .

Fotonid (elektromagnetvälja kvantid) osalevad elektromagnetilistes interaktsioonides, kuid neil pole tugevaid ja nõrku vastasmõjusid.

Teise klassi moodustavad leptonid , kolmas - hadronid ja lõpuks neljas - gabariidibosonid (tab. 2)

tabel 2

Elementaarosakesed

Leptonid

Mõõtur

bosonid

Hadronid

n, lk,

hüperoonid

Barüooniline

resonantsid

Mesooniline

resonantsid

Leptonid (Kreeka " leptod" - valgus) - osakesi,seotud elektromagnetiliste ja nõrkade vastasmõjudega... Nende hulka kuuluvad osakesed, millel ei ole tugevat koostoimet: elektronid (), müoonid (), taonid (), samuti elektronneutriinod (), müoonilised neutriinod () ja tau neutriinod (). Kõigil leptoonidel on keerutused 1/2 ja seega on fermioonid ... Kõigil leptoonidel on nõrk vastasmõju. Neil, kellel on elektrilaeng (st müonid ja elektronid), on ka elektromagnetiline vastasmõju. Neutriinod on seotud ainult nõrkade interaktsioonidega.

Hadronid (Kreeka " adros"- suur, massiivne) - osakesi,tugevatest osa võtmine,elektromagnetilised ja nõrgad vastasmõjud. Tänapäeval on teada üle saja hadroni ja need on jagatud mitmeks barionid ja mesonid .

Barionid - hadronid,koosneb kolmest kvarkist (qqq) ja millel on barüoni number B. = 1.

Barüonide klass ühendab nukleone ( lk, n) ja ebastabiilsed osakesed, mille mass on suurem kui nukleonide mass, nn hüperoonid (). Kõigil hüperonidel on tugev koostoime ja seetõttu suhtlevad nad aktiivselt aatomituumadega. Kõigi barüoonide spinn on 1/2, nii et barüoonid on fermioonid ... Kõik proonid, välja arvatud prooton, on ebastabiilsed. Kui barüon laguneb koos teiste osakestega, tekib tingimata barüoon. See muster on üks barüoonlaengu säilimise seaduse ilmingud.

Mesonid - hadronid,koosneb kvarkist ja antikvargist () ja millel on baryoni number B = 0.

Mesonid on tugevalt interakteeruvad ebastabiilsed osakesed, mis ei kanna nn barüoonilist laengut. Nende hulka kuuluvad -mesonid või -pioonid (), K -mesonid või kaonid ( ) ja -mees. Massid ja mesonid on samad ja võrdsed vastavalt 273,1, 264,1 elueaga ja s. K-mesonite mass on 970. K-mesonite eluiga on suurusjärgus s. Eta-mesonite mass on 1074, eluiga on suurusjärgus s. Erinevalt leptonitest ei ole mesonitel mitte ainult nõrk (ja kui need on laetud, siis elektromagnetilised), vaid ka tugev koostoime, mis avaldub nende vastastikmõjus, samuti mesonite ja barüoonide vahel. Kõigi mesonite spinn on null, nii nad on bosonid.

Mõõdiku bosonid - osakesi,põhifermioonide vahel suheldes(kvargid ja leptonid). Need on osakesed W + , W – , Z 0 ja kaheksa tüüpi glüoone g. Siia kuulub ka footon γ.

Elementaarosakeste omadused

Iga osakest kirjeldab füüsikaliste suuruste kogum - kvantarvud, mis määravad selle omadused. Kõige sagedamini kasutatavad osakeste omadused on järgmised.

Osakeste mass , m... Osakeste mass varieerub suuresti 0 (footon) kuni 90 GeV ( Z-boonus). Z-boon on raskeim teadaolev osake. Siiski võib esineda raskemaid osakesi. Hadronite mass sõltub nende kvarkide tüüpidest, aga ka nende keerutusolekutest.

Eluaeg , τ. Sõltuvalt elueast jagatakse osakesed stabiilsed osakesed suhteliselt pika elueaga ja ebastabiilne.

TO stabiilsed osakesed hõlmavad osakesi, mis lagunevad nõrga või elektromagnetilise koostoime tõttu. Osakeste jagamine stabiilseteks ja ebastabiilseteks on meelevaldne. Seetõttu hõlmavad stabiilsed osakesed selliseid osakesi nagu elektron, prooton, mille lagunemist ei ole praegu avastatud, ja π 0 meson, mille eluiga on τ = 0,8 × 10 - 16 s.

TO ebastabiilsed osakesed hõlmavad osakesi, mis tugeva interaktsiooni tagajärjel lagunevad. Tavaliselt nimetatakse neid resonantsid ... Resonantside iseloomulik eluiga on 10 - 23 -10 - 24 s.

Spin J... Pöörlemist mõõdetakse ühikutes ħ ja võib võtta väärtusi 0, pool täisarv ja täisarv. Näiteks π-, K-mesonite spin on 0. Elektroni, müoni spin on 1/2. Footoni spin on 1. On suure spinniga osakesi. Pooled täisarvulise keerutusega osakesed alluvad Fermi-Diraci statistikale, täisarvulise keerutusega-Bose-Einstein.

Elektrilaeng q... Elektrilaeng on täisarvude kordne e= 1,6 × 10 - 19 C, mida nimetatakse elementaarseks elektrilaenguks. Osakeste laengud võivad olla 0, ± 1, ± 2.

Sisemine pariteet R. Kvantarv R iseloomustab lainefunktsiooni sümmeetria omadust ruumiliste peegelduste suhtes. Kvantarv R väärtus on +1, -1.

Koos kõigi osakeste ühiste omadustega kasutatakse ka neid kvantnumbrid, mis on määratud ainult teatud osakeste rühmadele.

Kvantarvud : barüoni number V, veidrus s, võlu (võlu) koos, ilu (põhjalikkus või ilu) b, ülemine (ülevus) t, isotoopne spin Mina omistatakse ainult tugevalt interakteeruvatele osakestele - hadronid.

Leptoni numbrid L e, L μ , Lτ. Leptoni numbrid omistatakse osakestele, mis moodustavad leptoonide rühma. Leptonid e, μ ja τ osalevad ainult elektromagnetilistes ja nõrkades vastasmõjudes. Leptons ν e, n μ ja n τ osalevad ainult nõrkades interaktsioonides. Leptoni numbrid on olulised L e, L μ , Lτ = 0, +1, -1. Näiteks e -, elektronneutriino n e on L e= + l; on L e= - l. Kõigil hadronitel on .

Baryoni number V... Baryoni number on oluline V= 0, +1, -1. Barionid, näiteks n, R, Λ, Σ, nukleonresonantsidel on barüonarv V= +1. Mesonitel, mesonresonantsidel on V= 0, antikehadel on V = -1.

Kummalisus s... Kvantarv s võib võtta väärtusi -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 ja selle määrab hadronite kvarkkoostis. Näiteks hüperoonidel Λ, Σ on s= -l; K + - , K- mesonitel on s= + l.

Võlu koos... Kvantarv koos koos= 0, +1 ja -1. Näiteks barüoonil Λ + on koos = +1.

Põhjus b... Kvantarv b võib võtta väärtusi -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Praegu on avastatud osakesi, mis on b= 0, +1, -1. Näiteks, V+ -mehel on b = +1.

Topness t... Kvantarv t võib võtta väärtusi -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Praegu on avastatud ainult üks tingimus t = +1.

Isospin Mina... Tugevalt interakteeruvaid osakesi saab jagada osakeste rühmadesse, millel on sarnased omadused (sama spinni väärtus, pariteet, barüoonide arv, kummalisus ja muud kvantarvud, mis säilivad tugevas koostoimes) - isotoopide multipleksid... Isospin Mina määrab ühte isotoopmulti osakeste arvu, n ja R moodustab isotoop -dubleti Mina= 1/2; Σ +, Σ -, Σ 0, on osa isotoopne triplett Mina= 1, Λ - isotoopne singlett Mina= 0, osakeste arv ühes isotoopide multiplett, 2Mina + 1.

G - pariteet on kvantarv, mis vastab sümmeetriale samaaegse laengu konjugatsiooni toimingu suhtes koos ja kolmanda komponendi märgi muutmine Mina isospin. G- võrdsus säilib ainult tugeva vastasmõju korral.

Elementaarosakeste maailm

Õppetund 11. klassis

Tunni eesmärk:

Haridus:

Tutvustada õpilastele elementaarosakeste struktuuri, tuuma sees olevate jõudude ja vastasmõjude iseärasusi; õpetada saadud teadmisi üldistama ja analüüsima, oma mõtteid õigesti väljendama; edendada mõtlemise arengut, teabe struktureerimise võimet; kasvatada emotsionaalset väärtuslikku suhet maailmaga

Arendamine:

Jätkake mõtlemise arendamist, oskust analüüsida, võrrelda, teha loogilisi järeldusi.

Arendage uudishimu, oskust rakendada teadmisi ja kogemusi erinevates olukordades.

Haridus:

Intellektuaalse meeskonnatöö oskuste arendamine; moraalse eneseteadvuse aluste harimine (mõte: teadlase, avastaja vastutus oma avastuste viljade eest);

Äratada õpilastes huvi populaarteadusliku kirjanduse vastu, konkreetsete nähtuste avastamise eelduste uurimisel.

Tunni eesmärk:

Luua tingimused intellektuaalsete ja kommunikatiivsete pädevuste arendamiseks, milles õpilane suudab:

Nimeta elementaarosakeste peamised tüübid;

Mõista maailma kaasaegse standardmudeli ebaselgust;

Sõnastage oma ideed elementaarosakeste arengu ajaloo kohta;

Analüüsige elementaarse füüsika arengu rolli;

Klassifitseerida elementaarosakesed nende koostise järgi;

Mõtle vajadusele omada oma positsiooni, talu teistsugust vaatenurka;

Näidake rühmas töötades konfliktivaba suhtlust.

Õppetüüp: uue materjali õppimine.

Õppetunni vorm: kombineeritud tund.

Õppetöö meetodid: verbaalne, visuaalne, praktiline.

Varustus: arvutiesitlus, multimeediaprojektor, õpilase töövihik, personaalarvuti.

Õppesammud

Aeg, min.

Meetodid ja tehnikad

1. Organisatsiooni tutvustus. Haridusprobleemi avaldus.

Tunni teema jäädvustamine. Õpetaja lugu.

2. Teadmiste aktualiseerimine (õpilase esitlus)

Õpilase lugu olemasolevatest teadmistest, uute asjade õppimise eeldustest.

3. Uue materjali õppimine (õpetaja esitlus)

Õpetaja lugu slaidide abil. Vaatlus. Vestlus. Õpilaste jutustamine slaidide abil.

4. Uuritud materjali väljatöötamine. Ankurdamine.

Konsolideerimine viidete abil ja

töö õpikuga. Vastused turvaküsimustele.

5. Kokkuvõtte tegemine. Kodutöö

Põhiõpetaja, õpilaste eraldamine.

Tundide ajal

    Tunni korralduslik hetk(tervitamine, õpilaste tunniks valmisoleku kontrollimine)

Täna käsitleme tunnis erinevaid vaateid maailma struktuurile, millest osakesteks koosneb kõik, mis meid ümbritseb. Tund tuleb nagu loeng ja enamasti nõutakse teilt tähelepanu.

Tunni alguses tahan juhtida teie tähelepanu osakesteõpetuse tekkimise ajaloole.

2. Teadmiste aktualiseerimine. (V. Aleksakhina ettekanne "Osakeste kohta teadmiste kujunemise ajalugu")

Slaid 2. Antiikne atomism- see on antiikaja teadlaste idee maailma struktuurist. Demokritose ideede kohaselt olid aatomid igavesed, muutumatud, jagamatud, kuju ja suuruse poolest erinevad osakesed, mis ühendades ja eraldades moodustasid erinevaid kehasid.

Slaid 3. Tänu teadlaste Diraci, Galilei ja Newtoni avastatud relatiivsuspõhimõttele, dünaamika seadustele, säilitusseadustele, universaalse gravitatsiooni seadusele, muutusid 17. sajandil iidsete aatomid märkimisväärselt ja kinnistusid teaduses. mehaaniline pilt maailmast, mis põhines gravitatsioonilisel vastasmõjul - sellele alluvad kõik kehad ja osakesed, olenemata laengust.

Slaid 4. Elektriliste, magnetiliste ja optiliste nähtuste uurimisel kogutud teadmised tõid kaasa vajaduse täiendada ja arendada maailmapilti. Nii hakkas see 19. sajandil ja kuni 20. sajandi alguseni domineerima elektrodünaamiline pilt maailmast... See kaalus juba kahte tüüpi koostoimet - gravitatsioonilist ja elektromagnetilist. Kuid nad ei suutnud selgitada ainult soojuskiirgust, aatomi stabiilsust, radioaktiivsust, fotoelektrilist efekti ja joonte spektrit.

Slaid 5. 20. sajandi alguses ilmus energia kvantimise idee, mida toetasid Planck, Einstein, Bohr, Stoletov, aga ka Louis de Broglie osakeste-lainete dualism. Need avastused tähistasid tekkimist maailma kvantväljapilt, millesse lisati ka tugev koostoime. Algas elementaarosakeste füüsika aktiivne arendamine.

3. Uue materjali õppimine

Kuni 20. sajandi kolmekümnendateni esitleti maailma struktuuri teadlastele kõige lihtsamal kujul. Nad uskusid, et kogu aine moodustavate osakeste "täielik komplekt" on prooton, neutron ja elektron. Seetõttu nimetati neid elementaarseteks. Nende osakeste hulka kuulub ka footon - elektromagnetilise interaktsiooni kandja.

Slaid 6.Kaasaegne maailma standardmudel:

Aine koosneb kvarkidest, leptoonidest ja osakestest - interaktsiooni kandjatest.

Kõigi elementaarosakeste puhul on tõenäosus avastada antiosakesi.

Laine-korpuse dualism. Ebakindluse ja kvantimise põhimõtted.

Tugevaid, elektromagnetilisi ja nõrku vastasmõjusid kirjeldavad suured ühinemisteooriad. Alles jääb ühendamata gravitatsioon.

Slaid 7. Aatomi tuum koosneb hadronitest, mis koosnevad kvarkidest. Hadronid on osakesed, mis osalevad tugevas interaktsioonis.

Hadronite klassifikatsioon: Mesonid koosnevad ühest kvarkist ja ühe antiarkki barüoonid kolmest kvarkist - nukleonidest (prootonid ja neutronid) ja

hüperoonid.

Slaid 8. Kvargid on hadronite põhiosakesed. Praegu on teada 6 erinevat tüüpi (sagedamini öeldakse - maitseid) kvarke. Kvargid hoiavad tugevat koostoimet, osalevad tugevas, nõrgas ja elektromagnetilises. Nad vahetavad glüoone, nullmassiga ja nulllaenguga osakesi. Kõigi kvarkide jaoks on olemas antikvargid . Neid ei saa vabalt jälgida. Neil on murdosa elektrilaeng: + 2 / 3e -nn U -kvarkid (üles) ja -1 / 3e -d -kvark (alla).

Elektroni kvarkkoostis - uudis, prootoni kvarkkoostis - udd

Slaid 9. Osakesed, mis ei kuulu tuuma, on leptonid. Leptoonid on põhiosakesed, mis ei osale tugevas interaktsioonis. Tänapäeval on teada 6 leptooni ja 6 nende antiosakest.

Kõigil osakestel on antiosakesed. Leptonid ja nende antiosakesed: elektron ja nendega kaasnev pozitron, elektronneutriino ja antineutriino. Muon ja anti-muon koos nendega müon-neutriino ja antineutrino. Taon ja antitaon - taon neutrino ja antineutrino.

Slaid 10. Kõik looduses toimuvad suhted on nelja tüüpi ilmingud põhimõttelised koostoimed põhiosakeste - leptoonide ja kvarkide - vahel.

Tugev suhtlus kvarkid on mõjutatud ja glüoonid on selle kandjad. See seob need kokku, moodustades prootoneid, neutroneid ja muid osakesi. See mõjutab kaudselt prootonite sidumist aatomituumades.

Elektromagnetiline koostoime laetud osakesed on mõjutatud. Sellisel juhul ei muutu osakesed ise elektromagnetiliste jõudude mõjul, vaid omandavad sarnaste laengute korral ainult tõrjumise omaduse.

Nõrk suhtlus mõjutatud on kvargid ja leptonid. Kõige kuulsam nõrk interaktsiooniefekt on allapoole suunatud kvarki muutmine üles -kvarkiks, mis omakorda põhjustab neutroni lagunemise prootoniks, elektroniks ja antineutrinoks.

Üks olulisemaid nõrga suhtluse tüüpe on Higgsi interaktsioon... Eelduste kohaselt täidab Higgsi väli (hall taust) kogu vedeliku ruumi, piirates nõrkade interaktsioonide ulatust. Samuti suhtleb Higgsi boson kvarkide ja leptoonidega, tagades nende massi olemasolu.

Gravitatsiooniline koostoime. See on nõrgim teada. See hõlmab eranditult kõiki igat tüüpi interaktsiooni osakesi ja kandjaid. See viiakse läbi tänu gravitonite vahetamisele - ainsatele osakestele, mida pole veel eksperimentaalselt avastatud. Gravitatsiooniline koostoime on alati atraktsioon.

Slaid 11. Paljud füüsikud loodavad, et nii nagu oli võimalik ühendada elektromagnetilised ja nõrgad vastasmõjud elektrinõrkesse, on aja jooksul võimalik ehitada teooria, mis ühendab kõiki teadaolevaid interaktsioonitüüpe, mille nimi on "Suur ühendamine".

4 . Teadmiste konsolideerimine.

Esmane ankurdamine(J. Gordienko ettekanne "Suur hadronite põrkeseade". Kaasaegsed teadlased püüavad parandada osakeste uurimise protsessi, et saavutada uusi avastusi teaduse ja tehnoloogia arengu jaoks. Selleks ehitatakse suurejoonelisi uurimiskeskusi ja kiirendeid. Üks sellistest Suurejoonelised struktuurid on suur hadronite põrkur.

Lõplik konsolideerimine(rühmatöö: vastused õpiku küsimustele)

Teid jagatakse kahte rühma: rida 1 ja rida 2. Lehtedel on teil ülesanne: peate küsimustele vastama ja vastused leiate õpikust paragrahvist 28 (lk 196 - 198).

Esimese rühma ülesanded:

    Kui palju põhiosakesi on? (48)

    Elektroni kvarkide koostis? (uud)

    Loetlege kaks kõige tugevamat koostoimet (tugev ja elektromagnetiline)

    Glüoonide koguarv? (kaheksa)

Teise rühma ülesanded:

    Kui palju osakesi on universumi südames? (61)

    Prootoni kvarkide koostis? (udd)

    Loetlege kaks kõige nõrgemat koostoimet (nõrk ja gravitatsiooniline)

    Millised osakesed teostavad elektromagnetilist interaktsiooni? (footon)

Rühmajuhtide häälkõned küsimustele vastamise ja kaartide vahetamise kohta.

    Õppetunni kokkuvõte.

Tutvusite mõne kaasaegse füüsika arengu aspektiga ja nüüd on teil elementaarsed ideed selle kohta, millises suunas meie teadus areneb ja miks me seda vajame.

6. Kodutöö. Klausel 28.

Esimese rühma ülesanded:

1. Kui palju põhiosakesi on kokku? ______________

2. Elektroni kvarkkoostis? ____________

3. Loetlege kaks kõige tugevamat koostoimet ______

4. Glüoonide koguarv? _______

___________________________________________________________________

Teise rühma ülesanded:

1. Mitu osakest on universumi südames? ________

2. Prootoni kvarkkoostis? ___________

___________________________________________________________________

Esimese rühma ülesanded:

1. Kui palju põhiosakesi on kokku? __________

2. Elektroni kvarkkoostis? __________

3. Loetlege kaks kõige tugevamat koostoimet __________________________________________________________________________

4. Glüoonide koguarv? _________

___________________________________________________________________

Teise rühma ülesanded:

1. Mitu osakest on universumi südames? ____________

2. Prootoni kvarkkoostis? _____________

3. Loetlege kaks kõige nõrgemat koostoimet ______________________

4. Millised osakesed teostavad elektromagnetilist vastasmõju? ______

___________________________________________________________________

Esimese rühma ülesanded:

1. Kui palju põhiosakesi on kokku? _____________

2. Elektroni kvarkkoostis? ______________

3. Loetlege kaks kõige tugevamat koostoimet ________________________________________________________________________

4. Glüoonide koguarv? _____

___________________________________________________________________

Teise rühma ülesanded:

1. Mitu osakest on universumi südames? ______

2. Prootoni kvarkkoostis? _________

3. Loetlege kaks kõige nõrgemat koostoimet _______________________

4. Millised osakesed teostavad elektromagnetilist vastasmõju? _______

Laadimine ...Laadimine ...