Osztály: 11
Osztály: 11
Az óra típusa: lecke az új ismeretek tanulmányozásának és elsődleges megszilárdításának
Tanítási módszer: előadás
A hallgatói tevékenység formája: frontális, kollektív, egyéni
A lecke célja: bővítse a tanulók megértését az anyag szerkezetéről; fontolja meg az elemi részecskefizika fejlődésének fő állomásait; hogy képet kapjunk az elemi részecskékről és azok tulajdonságairól.
Az óra céljai:
- Nevelési: megismertetni a diákokkal a fogalmat - elemi részecske, az elemi részecskék tipológiájával, valamint az elemi részecskék tulajdonságainak tanulmányozására szolgáló módszerekkel;
- Fejlesztés: fejlessze a tanulók kognitív érdeklődését, biztosítva az aktív kognitív tevékenységben való lehetséges részvételüket;
- Nevelési: egyetemes emberi tulajdonságok oktatása - a világ tudományos eredményeinek észlelésének tudatosítása; kíváncsiság, kitartás fejlesztése.
Az óra felszerelése:
Didaktikai anyagok: tankönyv anyaga, tesztlapok és táblázatok
Vizuális segédeszközök: bemutató
1. Az óra kezdetének megszervezése.
Tanári tevékenység: a tanár és a diákok kölcsönös üdvözlése, a diákok rögzítése, a tanulók órára való felkészültségének ellenőrzése. A figyelem megszervezése és a hallgatók bevonása a munka üzleti ritmusába.
a figyelem megszervezése és a munka üzleti ritmusába való beilleszkedés.
2. Felkészülés az óra fő szakaszára.
Tanári tevékenység: ma elkezdjük tanulmányozni a "Kvantumfizika" új szakaszát - "Elemi részecskék". Ebben a fejezetben az elsődleges, további felbonthatatlan részecskékről fogunk beszélni, amelyekből minden anyag épül, az elemi részecskékről.
A fizikusok felfedezték az elemi részecskék létezését a nukleáris folyamatok tanulmányozásakor, ezért a 20. század közepéig az elemi részecskefizika a nukleáris fizika egyik ága volt. Jelenleg az elemi részecskefizika és a nukleáris fizika közel állnak egymáshoz, de függetlenek a fizika ágaiból, amelyeket számos vizsgált probléma és az alkalmazott kutatási módszerek közössége egyesít.
Az elemi részecskefizika fő feladata az elemi részecskék természetének, tulajdonságainak és kölcsönös átalakulásának tanulmányozása.
Ez lesz a fő feladatunk az elemi részecskefizika tanulmányozásában is.
3. Új ismeretek és cselekvési módszerek asszimilációja.
Tanári tevékenység: Az óra témája: "Az elemi részecskefizika fejlődésének szakaszai". A leckében a következő kérdéseket fogjuk megvizsgálni:
- Az eszmék fejlődésének története, hogy a világ elemi részecskékből áll
- Mik az elemi részecskék?
- Hogyan lehet és lehet -e külön elemi részecskét kapni?
- A részecskék tipológiája.
Az elképzelés, hogy a világ alapvető részecskékből áll, hosszú múltra tekint vissza. Ma az elemi részecskefizika fejlődésének három szakasza van.
Nyissuk meg az oktatóanyagot. Ismerkedjünk meg a szakaszok nevével és az időkeretekkel.
Várható hallgatói tevékenység:
1. szakasz: Elektronból pozitronba: 1897 - 1932
2. szakasz: A pozitrontól a kvarkokig: 1932 - 1964
3. szakasz: A kvarkok (1964) hipotézisétől napjainkig.
Tanári tevékenység:
1. szakasz.
Elemi, azaz a legegyszerűbb, oszthatatlan tovább, így képzelte el az atomot Demokritosz híres ókori görög tudós. Hadd emlékeztessem önöket, hogy az "atom" szó a fordításban "oszthatatlan". Először az ötletet, hogy léteznek a legkisebb, láthatatlan részecskék, amelyek az összes környező tárgyat alkotják, Demokritosz 400 évvel korunk előtt fejezte ki. A tudomány csak az XIX. Század elején kezdte használni az atomok fogalmát, amikor ez alapján számos kémiai jelenséget meg lehetett magyarázni. És e század végén fedezték fel az atom összetett szerkezetét. 1911 -ben felfedezték az atommagot (E. Rutherford), és végül bebizonyosodott, hogy az atomok összetett szerkezetűek.
Emlékezzünk a srácokra: milyen részecskéket tartalmaz az atom, és röviden jellemezze őket?
Várható hallgatói tevékenység:
Tanári tevékenység: srácok, talán valaki emlékszik tőletek: ki és milyen években fedezte fel az elektronot, a protont és a neutront?
Várható hallgatói tevékenység:
Elektron. 1898 -ban J. Thomson bebizonyította az elektronok létezésének valóságát. 1909 -ben R. Millikan először egy elektron töltését mérte.
Proton. 1919 -ben E. Rutherford, miközben nitrogént bombázott részecskékkel, felfedezett egy részecskét, amelynek töltése egyenlő az elektron töltésével, és a tömege 1836 -szor nagyobb, mint az elektron tömege. A részecskét protonnak nevezték el.
Neutron. Rutherford azt is javasolta, hogy létezzen töltés nélküli részecske, amelynek tömege megegyezik a proton tömegével.
1932 -ben D. Chadwick felfedezte a Rutherford által javasolt részecskét, és neutronnak nevezte el.
Tanári tevékenység: a proton és a neutron felfedezése után világossá vált, hogy az atommagok, akárcsak maguk az atomok, összetett szerkezetűek. Felmerült a magok szerkezetének proton-neutron elmélete (D. D. Ivanenko és V. Heisenberg).
A XIX. Század harmincas éveiben az M. Faraday által kidolgozott elektrolízis elméletében megjelent az -ion fogalma, és elvégezték az elemi töltés mérését. A 19. század végét - az elektron felfedezése mellett - a radioaktivitás jelenségének felfedezése jellemezte (A. Becquerel, 1896). 1905 -ben a fizika kifejlesztette az elektromágneses mező kvantumának fogalmát - fotonokat (A. Einstein).
Emlékezzünk: mit nevezünk fotonnak?
Várható hallgatói tevékenység: Foton(vagy az elektromágneses sugárzás kvantuma) - elemi fényrészecske, elektromosan semleges, nyugalmi tömegtől mentes, de energiával és lendülettel rendelkezik.
Tanári tevékenység: a nyitott részecskéket oszthatatlan és változatlan kezdeti entitásoknak, az univerzum fő építőköveinek tekintették. Ez a vélemény azonban nem tartott sokáig.
2. szakasz.
A 30 -as években a protonok és a neutronok kölcsönös átalakulását fedezték fel és vizsgálták, és világossá vált, hogy ezek a részecskék szintén nem változatlan elemi "építőkövei" a természetnek.
Jelenleg körülbelül 400 szubnukleáris részecske ismert (részecskék, amelyek atomokból állnak, amelyeket általában eleminek neveznek). Ezen részecskék túlnyomó többsége instabil (az elemi részecskék átalakulnak egymásba).
Az egyetlen kivétel a foton, az elektron, a proton és a neutrínó.
A foton, az elektron, a proton és a neutrínó stabil részecskék (részecskék, amelyek korlátlan ideig szabad állapotban létezhetnek), de mindegyik, amikor más részecskékkel kölcsönhatásba lép, más részecskékké alakulhat.
Minden más részecske rendszeres időközönként spontán átalakul más részecskékké, és ez a létezésük fő ténye.
Említettem még egy részecskét - a neutrínót. Melyek ennek a részecskének a fő jellemzői? Ki és mikor nyitotta meg?
Várható hallgatói aktivitás: A Neutrino egy részecske, amely nem tartalmaz elektromos töltést, és nyugalmi tömege egyenlő 0. Ennek a részecskének a létezését 1931 -ben V. Pauli jósolta meg, és 1955 -ben kísérletileg regisztrálták. A neutronbomlás eredményeként nyilvánul meg:
Tanári tevékenység: az instabil elemi részecskék élettartamukat tekintve nagyon különböznek egymástól.
A leghosszabb életű részecske a neutron. A neutron élettartama körülbelül 15 perc.
Más részecskék sokkal rövidebb ideig "élnek".
Több tíz részecske van, amelyek élettartama meghaladja a 10-17 másodpercet. A mikrovilág léptékében ez jelentős időszak. Az ilyen részecskéket ún viszonylag stabil .
Többség rövid életű az elemi részecskék élettartama 10-22-10-23 s.
A kölcsönös átalakítás képessége minden elemi részecske legfontosabb tulajdonsága.
Az elemi részecskék képesek születni és elpusztulni (kibocsátani és elnyelni). Ez vonatkozik a stabil részecskékre is azzal az egyetlen különbséggel, hogy a stabil részecskék átalakulása nem spontán, hanem más részecskékkel való kölcsönhatás során következik be.
Példa erre megsemmisítés (azaz. eltűnés) elektron és pozitron, nagy energiájú fotonok előállítása kíséretében.
A pozitron (egy elektron antirészecskéje) egy pozitív töltésű részecske, amely ugyanolyan tömegű és ugyanolyan (moduláris) töltésű, mint egy elektron. Ennek jellemzőiről a következő leckében részletesebben beszélünk. Tegyük fel, hogy a pozitron létezését P. Dirac megjósolta 1928 -ban, és 1932 -ben K. Anderson fedezte fel a kozmikus sugarakban.
1937 -ben 207 elektrontömegű részecskéket fedeztek fel a kozmikus sugarakban, ún muonok (-öregek). A mezon átlagos élettartama 2,2 * 10-6 s.
Aztán 1947-1950-ben megnyitották bazsarózsa (azaz. -fiúk). A semleges -fiú átlagos élettartama 0,87 · 10 -16 s.
A következő években az újonnan felfedezett részecskék száma gyorsan növekedni kezdett. Ezt elősegítették a kozmikus sugarak tanulmányozása, a gyorsító technológia kifejlesztése és a nukleáris reakciók tanulmányozása.
Modern gyorsítókra van szükség az új részecskék létrehozásának folyamatának megvalósításához és az elemi részecskék tulajdonságainak tanulmányozásához. A kezdeti részecskéket a gázpedálban "ütközési pályán" nagy energiákra gyorsítják, és egy bizonyos helyen ütköznek egymással. Ha a részecskék energiája magas, akkor az ütközés során sok új részecske születik, általában instabil. Ezek a részecskék az ütközés helyétől szétszóródva stabilabb részecskékké bomlanak, amelyeket az érzékelők regisztrálnak. Minden ilyen ütközési cselekményre (a fizikusok szerint: minden eseményre) - és másodpercenként ezrekben regisztrálják őket! -experimenterek ennek eredményeként határozzák meg a kinematikai változókat: a "fogott" részecskék impulzusainak és energiáinak értékeit, valamint azok pályáját (lásd a tankönyv ábráját). Miután összegyűjtöttek számos azonos típusú eseményt, és tanulmányozták ezeknek a kinematikai mennyiségeknek az eloszlását, a fizikusok rekonstruálják, hogyan zajlott a kölcsönhatás, és milyen típusú részecskék tulajdoníthatók a kapott részecskéknek.
3. szakasz.
Az elemi részecskéket három csoportba soroljuk: fotonok , leptonok és hadronok (2. melléklet).
Srácok, mondja meg a fotoncsoporthoz tartozó részecskéket.
Várható hallgatói tevékenység: A csoporthoz fotonok csak egy részecske van - egy foton
Tanári tevékenység: a következő csoport könnyű részecskékből áll leptonok.
A hallgatói tevékenység előrejelzése: ebbe a csoportba kétféle neutrínó tartozik (elektron és muon), elektron és β -meson
Tanári tevékenység: A leptonok számos olyan részecskét is tartalmaznak, amelyek nem szerepelnek a táblázatban.
A harmadik nagy csoportot nehéz részecskék alkotják hadronok... Ez a csoport két alcsoportra oszlik. A világosabb részecskék alcsoportot alkotnak mesonok .
Várható hallgatói aktivitás: közülük a legkönnyebbek pozitív és negatív töltésűek, valamint semlegesek. A bazsarózsa a nukleáris mező kvantuma.
Tanári tevékenység: második alcsoport - barionok - nehezebb részecskéket tartalmaz. Ez a legszélesebb körű.
Várható hallgatói tevékenység: a legkönnyebb barionok a nukleonok - protonok és neutronok.
Tanári tevékenység:őket az úgynevezett hiperonok követik. Az asztal zárása az omega-mínusz-hiperon, amelyet 1964-ben fedeztek fel.
A felfedezett és újonnan felfedezett hadronok sokasága arra a gondolatra vezette a tudósokat, hogy mindannyian más alapvető részecskékből épülnek fel.
1964 -ben M. Gell -Mann amerikai fizikus előterjesztett egy hipotézist, amelyet későbbi tanulmányok is megerősítettek, miszerint minden nehéz alapvető részecske - hadron - alapvetőbb részecskékből épül fel. kvarkok.
Szerkezeti szempontból az atommagokat (nukleonokat) alkotó elemi részecskék, és általában minden nehéz részecske - hadronok (barionok és mezonok) - még egyszerűbb részecskékből állnak, amelyeket általában alapvetőnek neveznek. Ebben a szerepben az anyag valóban alapvető elsődleges elemei a kvarkok, amelyek elektromos töltése a proton egységnyi pozitív töltésének +2/3 vagy -1/3 része.
A leggyakoribb és legkönnyebb kvarkokat fel és le kvarkoknak hívják, és u -t (angolból felfelé) és d (le) jelölik. Néha proton és neutron kvarkoknak is nevezik őket, mivel a proton uud kombinációjából áll, és a neutron udd. Az up kvark töltése +2/3; alsó - negatív töltés -1/3. Mivel egy proton kettő felfelé és egy lefelé, a neutron pedig egy felfelé és két lefelé irányuló kvarkból áll, önállóan ellenőrizheti, hogy a proton és a neutron teljes töltése szigorúan 1 -nek és 0 -nak felel meg.
A másik két pár kvark az egzotikusabb részecskék része. A második pár kvarkjait elbűvöltnek nevezzük - c (elbűvölt) és furcsa - s (furcsa).
A harmadik pár az igaz - t (az igazságból, vagy a felső angol hagyományban) és a szép - b (a szépségből, vagy az alsó angol hagyomány szerint) kvarkokból áll.
Szinte minden részecskét, amely különböző kvarkkombinációkból áll, már kísérletileg felfedezték
A kvarkhipotézis elfogadásával lehetőség nyílt az elemi részecskék harmonikus rendszerének létrehozására. Számos szabad állapotú kvark keresése, nagy energiájú gyorsítókban és kozmikus sugarakban, sikertelen volt. A tudósok úgy vélik, hogy a szabad kvarkok megfigyelhetetlenségének egyik oka valószínűleg a nagyon nagy tömegük. Ez megakadályozza a kvarkok képződését azokon az energiákon, amelyeket a modern gyorsítókkal érnek el.
2006 decemberében azonban egy furcsa üzenet ment át az "ingyenes top-kvarkok" felfedezéséről a tudományos hírügynökségek és a média hírcsatornáin.
4. A megértés kezdeti ellenőrzése.
Tanári tevékenység: Szóval srácok, veletek foglalkoztunk:
- az elemi részecskefizika fejlődésének fő szakaszai
- megtudta, melyik részecskét nevezzük eleminek
- megismerkedett a részecskék tipológiájával.
A következő leckében megnézzük:
- az elemi részecskék részletesebb osztályozása
- elemi részecskék kölcsönhatásának típusai
- antirészecskék.
És most azt javaslom, hogy végezzen egy tesztet, hogy emlékezetében felelevenítse az általunk tanulmányozott anyag főbb pontjait (3. melléklet).
5. Az óra eredményeinek összegzése.
Tanári tevékenység: A legaktívabb tanulók osztályozása.
6. Házi feladat
Tanári tevékenység:
1. 115, pr. 347
2. a bekezdés összefoglalása a leckében rögzített terv szerint.
A fizikusok felfedezték az elemi részecskék létezését a nukleáris folyamatok tanulmányozásakor, ezért a 20. század közepéig az elemi részecskefizika a nukleáris fizika egyik ága volt. Jelenleg az elemi részecskefizika és a nukleáris fizika közel állnak egymáshoz, de függetlenek a fizika ágaiból, amelyeket számos vizsgált probléma és az alkalmazott kutatási módszerek közössége egyesít. Az elemi részecskefizika fő feladata az elemi részecskék természetének, tulajdonságainak és kölcsönös átalakulásának tanulmányozása.
Az elképzelés, hogy a világ alapvető részecskékből áll, hosszú múltra tekint vissza. Először az ötletet, hogy léteznek a legkisebb láthatatlan részecskék, amelyek az összes környező tárgyat alkotják, i. E. 400 évvel fejezte ki Demokritosz görög filozófus. Ezeket a részecskéket atomoknak nevezte, vagyis oszthatatlan részecskéknek. A tudomány csak az XIX. Század elején kezdte használni az atomok fogalmát, amikor ez alapján számos kémiai jelenséget meg lehetett magyarázni. A XIX. Század harmincas éveiben az M. Faraday által kidolgozott elektrolízis elméletében megjelent az ion fogalma, és elvégezték az elemi töltés mérését. A 19. század végét a radioaktivitás jelenségének felfedezése jellemezte (A. Becquerel, 1896), valamint az elektronok (J. Thomson, 1897) és az α-részecskék (E. Rutherford, 1899) felfedezése. 1905 -ben a fizika kifejlesztette az elektromágneses mező kvantumának fogalmát - fotonokat (A. Einstein).
1911 -ben felfedezték az atommagot (E. Rutherford), és végül bebizonyosodott, hogy az atomok összetett szerkezetűek. 1919 -ben Rutherford protonokat fedezett fel számos elem atommagjának hasadási termékeiben. 1932 -ben J. Chadwick felfedezte a neutront. Világossá vált, hogy az atommagok, akárcsak maguk az atomok, bonyolult szerkezetűek. Felmerült a magvak szerkezetének proton-neutron elmélete (D. D. Ivanenko és V. Heisenberg). Ugyanebben az évben, 1932 -ben egy pozitront fedeztek fel a kozmikus sugarakban (K. Anderson). A pozitron egy pozitívan töltött részecske, amelynek tömege és töltése megegyezik az elektronéval. A pozitron létezését P. Dirac jósolta meg 1928 -ban. Ezekben az években fedezték fel és vizsgálták a protonok és a neutronok kölcsönös átalakulását, és világossá vált, hogy ezek a részecskék szintén nem változatlan elemi "téglák". 1937-ben a kozmikus sugarakban 207 elektrontömegű részecskéket fedeztek fel, amelyeket muonoknak (μ-mezonoknak) neveztek. Aztán 1947-1950-ben felfedeztek pionokat (azaz π-mezonokat), amelyek a modern fogalmak szerint a nukleonok közötti kölcsönhatást végzik a magban. A következő években az újonnan felfedezett részecskék száma gyorsan növekedni kezdett. Ezt elősegítették a kozmikus sugarak tanulmányozása, a gyorsító technológia kifejlesztése és a nukleáris reakciók tanulmányozása.
Jelenleg körülbelül 400 szubnukleáris részecske ismert, amelyeket általában eleminek neveznek. Ezen részecskék túlnyomó része instabil. Az egyetlen kivétel a foton, az elektron, a proton és a neutrínó. Minden más részecske rendszeres időközönként spontán átalakul más részecskékké. Az instabil elemi részecskék élettartamukban nagyban különböznek egymástól. A leghosszabb életű részecske a neutron. A neutron élettartama körülbelül 15 perc. Más részecskék sokkal rövidebb ideig "élnek". Például egy μ meson átlagos élettartama 2,2 · 10–6 s, a semleges π mezoné pedig 0,87 · 10–16 s. Sok masszív részecske - hiperon átlagos élettartama 10–10 másodperc.
Több tíz részecske van, amelyek élettartama meghaladja a 10–17 másodpercet. A mikrovilág léptékében ez jelentős időszak. Az ilyen részecskéket viszonylag stabilnak nevezik. A legtöbb rövid élettartamú elemi részecske élettartama 10–22–10–23 másodperc.
A kölcsönös átalakítás képessége minden elemi részecske legfontosabb tulajdonsága. Az elemi részecskék képesek születni és elpusztulni (kibocsátani és elnyelni). Ez vonatkozik a stabil részecskékre is azzal az egyetlen különbséggel, hogy a stabil részecskék átalakulása nem spontán, hanem más részecskékkel való kölcsönhatás során következik be. Példa erre egy elektron és egy pozitron megsemmisülése (azaz eltűnése), amelyet nagy energiájú fotonok előállítása kísér. Ennek ellenkező folyamata is előfordulhat - például elektron -pozitron pár létrehozása, amikor egy kellően nagy energiájú foton ütközik egy maggal. A protonnak olyan veszélyes duplája is van, mint az elektron pozitronja. Antiprotonnak hívják. Az antiproton elektromos töltése negatív. Jelenleg minden részecskében megtaláltak antirészecskéket. Az antirészecskék ellentétesek a részecskékkel, mert amikor bármely részecske találkozik részecskéinek ellen, megsemmisülnek, vagyis mindkét részecske eltűnik, és sugárzási kvantumokká vagy más részecskékké alakul.
Még egy neutronban is antirészecskét találtak. A neutron és az antineutron csak a mágneses pillanat jeleiben és az úgynevezett baryon-töltésben különbözik. Lehetséges az antianyag -atomok létezése, amelyek magjai antinukleonokból és a pozitronok héjából állnak. Az antianyag anyaggal való megsemmisítése során a többi energia sugárzási kvantum energiává alakul. Ez egy óriási energia, lényegesen jobb, mint a nukleáris és termonukleáris reakciók során felszabaduló energia.
Az eddig ismert elemi részecskék sokféleségében többé -kevésbé harmonikus osztályozási rendszer található. asztal 9.9.1 bemutat néhány információt a 10-20 másodpercnél hosszabb élettartamú elemi részecskék tulajdonságairól. Az elemi részecskét jellemző számos tulajdonság közül csak a részecske tömege (elektrontömegekben), az elektromos töltés (elemi töltés egységeiben) és a szögimpulzus (az úgynevezett spin) a Planck-állandó units = h egységében / 2π a táblázatban látható. A táblázat egy részecske átlagos élettartamát is mutatja.
Csoport
Részecske neve
Szimbólum
Tömeg (elektronikus tömegekben)
Elektromos töltés
Spin
Élettartam (ok)
Részecske
Antirészecske
Fotonok
Foton
γ
Stabil
Leptonok
Elektronikus neutrínó
νe
1 / 2
Stabil
Muon neutrínó
νμ
1 / 2
Stabil
Elektron
e–
e +
–1 1
1 / 2
Stabil
Mu meson
μ–
μ+
206,8
–1 1
1 / 2
2,2∙10–6
Hadronok
Mesonok
Pi-mesonok
π0
264,1
0,87∙10–16
π+
π–
273,1
1 –1
2,6∙10–8
K-mesonok
K +
K -
966,4
1 –1
1,24∙10–8
K 0
≈ 10–10–10–8
Ez egy null meson
η0
≈ 10–18
Baryons
Proton
o
1836,1
1 –1
1 / 2
Stabil
Neutron
n
Lambda hiperon
Λ0
1 / 2
2,63∙10–10
Sigma hiperonok
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-hiperonok
Ξ 0
1 / 2
2,9∙10–10
Ξ –
2585,6
–1 1
1 / 2
1,64∙10–10
Omega mínusz hiperon
Ω–
–1 1
1 / 2
0,82∙10–11
Táblázat: 9.9.1.
Az elemi részecskéket három csoportba sorolják: fotonok, leptonok és hadronok.
A fotoncsoport egyetlen részecskét tartalmaz - egy fotont, amely az elektromágneses kölcsönhatás hordozója.
A következő csoport a leptonok könnyű részecskéiből áll. Ebbe a csoportba kétféle neutrínó tartozik (elektron és muon), elektron és μ-mezon. A leptonok számos részecskét is tartalmaznak, amelyeket a táblázat nem tartalmaz. Minden leptonnak van pörgése
A harmadik nagy csoportot hadronoknak nevezett nehéz részecskék alkotják. Ez a csoport két alcsoportra oszlik. A könnyebb részecskék a mezonok alcsoportját alkotják. A legkönnyebb közülük pozitív és negatív töltésű, valamint semleges π-mezonok, amelyek tömege körülbelül 250 elektron tömeg (9.9.1. Táblázat). A bazsarózsa a nukleáris mező kvantuma, ahogy a foton is az elektromágneses mező kvantuma. Ez az alcsoport négy K mesont és egy η0 mesont is tartalmaz. Minden meson nulla pörgetéssel rendelkezik.
A második alcsoport, a barionok, nehezebb részecskéket tartalmaznak. Ez a legszélesebb körű. A legkönnyebb barionok a nukleonok - protonok és neutronok. Őket az úgynevezett hiperonok követik. Az 1964-ben felfedezett omega-mínusz-hiperon zárja a táblázatot, amely egy nehéz részecske, amelynek tömege 3273 elektron. Minden barionnak van pörgése
A felfedezett és újonnan felfedezett hadronok sokasága arra a gondolatra vezette a tudósokat, hogy mindannyian más alapvető részecskékből épülnek fel. 1964 -ben M. Gell -Mann amerikai fizikus előterjesztett egy hipotézist, amelyet későbbi kutatások is megerősítettek, miszerint minden nehéz alapvető részecske - hadron - alapvetőbb, kvarkoknak nevezett részecskékből épül fel. A kvarkhipotézis alapján nemcsak a már ismert hadronok szerkezetét értették meg, hanem újak létezését is megjósolták. A Gell-Mann elmélet három kvark és három antikvar létezését feltételezte, amelyek különböző kombinációkban kapcsolódnak egymáshoz. Így minden barion három kvarkból áll, az antialion pedig három antikvarból. A mesonok kvark - antikark párokból állnak.
A kvarkhipotézis elfogadásával lehetőség nyílt az elemi részecskék harmonikus rendszerének létrehozására. E hipotetikus részecskék előre jelzett tulajdonságai azonban meglehetősen váratlannak bizonyultak. A kvarkok elektromos töltését az elemi töltéssel megegyező tört számokban kell kifejezni.
Számos szabad állapotú kvark keresése, nagy energiájú gyorsítókban és kozmikus sugarakban, sikertelen volt. A tudósok úgy vélik, hogy a szabad kvarkok megfigyelhetetlenségének egyik oka valószínűleg a nagyon nagy tömegük. Ez megakadályozza a kvarkok képződését azokon az energiákon, amelyeket a modern gyorsítókkal érnek el. Ennek ellenére a legtöbb szakértő most meg van győződve arról, hogy kvarkok léteznek a nehéz részecskék - hadronok - belsejében.
Alapvető kölcsönhatások. Azok a folyamatok, amelyekben különböző elemi részecskék vesznek részt, jellemző időpontokban és energiákban nagyban különböznek. A modern fogalmak szerint a természetben négyféle kölcsönhatás létezik, amelyek nem redukálhatók más, egyszerűbb típusú kölcsönhatásokra: erős, elektromágneses, gyenge és gravitációs. Az ilyen típusú kölcsönhatásokat alapvetőnek nevezik.
Az erős (vagy nukleáris) kölcsönhatások a legintenzívebbek. Rendkívül erős kötést biztosítanak a protonok és a neutronok között az atommagokban. Csak nehéz részecskék - hadronok (mezonok és barionok) vehetnek részt erős kölcsönhatásban. Az erős kölcsönhatás 10-15 m-es vagy annál kisebb távolságban nyilvánul meg, ezért rövid hatótávolságnak nevezzük.
Elektromágneses kölcsönhatás. Bármilyen elektromosan töltött részecske részt vehet az ilyen típusú kölcsönhatásban, valamint a fotonok - az elektromágneses mező kvantumai. Az elektromágneses kölcsönhatás felelős különösen az atomok és molekulák létezéséért. Meghatározza a szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú anyagok sok tulajdonságát. A protonok Coulomb -taszítása nagy tömegszámú magok instabilitásához vezet. Az elektromágneses kölcsönhatás határozza meg a fotonok atomok és anyagmolekulák általi abszorpciós és emissziós folyamatait, valamint a mikro- és a makrovilág fizikájának számos más folyamatát.
A gyenge interakció a mikrovilág összes interakciója közül a leglassabb. Bármilyen elemi részecske részt vehet benne, kivéve a fotonokat. A gyenge kölcsönhatás felelős a neutrínókat vagy antineutrinokat magában foglaló folyamatok lefolyásáért, például a neutron β-bomlásáért
És a részecskék hosszú élettartamú (τ ≥ 10–10 s) bomlási neutrínómentes folyamatai is.
A gravitációs kölcsönhatás kivétel nélkül minden részecskében rejlik, azonban az elemi részecskék kis tömege miatt a gravitációs kölcsönhatások közöttük elhanyagolhatóak, és szerepük a mikrovilág folyamataiban jelentéktelen. A gravitációs erők döntő szerepet játszanak az űreszközök (csillagok, bolygók stb.) És hatalmas tömegeik kölcsönhatásában.
Század harmincas éveiben felmerült egy hipotézis, miszerint az elemi részecskék világában a kölcsönhatások bármely mező kvantumcseréjén keresztül valósulnak meg. Ezt a hipotézist eredetileg honfitársaink, I. Ye. Tamm és D. D. Ivanenko vetették fel. Azt sugallták, hogy az alapvető kölcsönhatások a részecskék cseréjéből fakadnak, ahogy az atomok kovalens kémiai kötése a valenciaelektronok cseréjéből származik, amelyek üres elektronhéjakon egyesülnek.
A részecskék cseréjével végrehajtott kölcsönhatás a fizikában a csere interakció nevet kapta. Így például a töltött részecskék közötti elektromágneses kölcsönhatás a fotonok - az elektromágneses mező kvantumainak - cseréjéből ered.
A csere -kölcsönhatás elmélete azután nyert elismerést, hogy 1935 -ben H. Yukawa japán fizikus elméletileg kimutatta, hogy az atommagok nukleonjai közötti erős kölcsönhatás megmagyarázható, ha feltételezzük, hogy a nukleonok hipotézis szerinti részecskéket cserélnek mesonoknak. Yukawa kiszámította ezeknek a részecskéknek a tömegét, amely körülbelül 300 elektrontömegnek felelt meg. Később ténylegesen felfedezték az ilyen tömegű részecskéket. Ezeket a részecskéket π-mezonoknak (pionoknak) nevezik. Jelenleg háromféle pion ismert: π +, π– és π0 (lásd a 9.9.1. Táblázatot).
1957-ben elméletileg megjósolták a nehéz részecskék, az úgynevezett W +, W– és Z0 vektorbozonok létezését, amelyek meghatározzák a gyenge kölcsönhatás cseremechanizmusát. Ezeket a részecskéket 1983-ban fedezték fel gyorsító kísérletekben, nagy energiájú ütköző proton- és antiprotonnyalábokkal. A vektorbozonok felfedezése nagyon fontos eredmény volt az elemi részecskefizikában. Ez a felfedezés egy olyan elmélet sikerét jelezte, amely az elektromágneses és gyenge kölcsönhatásokat egyetlen, úgynevezett elektromosan gyenge kölcsönhatássá egyesítette. Ez az új elmélet az elektromágneses mezőt és a gyenge kölcsönhatási mezőt ugyanazon mező különböző összetevőinek tekinti, amelyben az elektromágneses mező kvantumával együtt vektorbozonok vesznek részt.
A modern fizika e felfedezése után jelentősen megnőtt a bizalom abban, hogy minden típusú kölcsönhatás szorosan összefügg, és lényegében egy bizonyos egységes terület különböző megnyilvánulásai. Az összes kölcsönhatás egyesítése azonban még mindig csak vonzó tudományos hipotézis.
Az elméleti fizikusok jelentős erőfeszítéseket tesznek annak érdekében, hogy egységes alapon vizsgálják nemcsak az elektromágneses és gyenge, hanem az erős kölcsönhatást is. Ezt az elméletet Nagy Egyesülésnek hívják. A tudósok azt sugallják, hogy a gravitációs kölcsönhatásnak saját hordozóval kell rendelkeznie - egy hipotetikus graviton részecskével. Ezt a részecskét azonban még nem találták meg.
Jelenleg bizonyítottnak tekintik, hogy egyetlen mező, amely minden típusú kölcsönhatást egyesít, csak rendkívül nagy részecskeenergiák mellett létezhet, amelyek a modern gyorsítókban nem érhetők el. A részecskéknek csak a világegyetem létezésének legkorábbi szakaszaiban lehetett ekkora energiájuk, ami az úgynevezett ősrobbanás következtében keletkezett. A kozmológia - az univerzum evolúciójának tudománya - azt sugallja, hogy az ősrobbanás 18 milliárd évvel ezelőtt történt. Az Univerzum evolúciójának standard modelljében feltételezzük, hogy a robbanást követő első időszakban a hőmérséklet elérheti az 1032 K -t, az E = kT részecskeenergia pedig az 1019 GeV -t. Ebben az időszakban az anyag kvarkok és neutrínók formájában létezett, miközben minden típusú kölcsönhatás egyetlen erőmezővé egyesült. Fokozatosan, a Világegyetem tágulásával a részecskék energiája csökkent, és a kölcsönhatások egységes mezőjéből először a gravitációs kölcsönhatás szabadult fel (a részecskék energiájánál ≤ 1019 GeV), majd az erős kölcsönhatást elválasztották az elektromos gyengétől ( 1014 GeV nagyságú energiáknál). A 103 GeV nagyságrendű energiáknál az alapvető kölcsönhatások mind a négy típusát elkülönítették. Ezekkel a folyamatokkal párhuzamosan bonyolultabb anyagformák - nukleonok, könnyű magok, ionok, atomok stb. - keletkeztek. A kozmológia modelljében megpróbálja nyomon követni az Univerzum fejlődését a fejlődés különböző szakaszaiban, az ősrobbanástól napjainkig nap, az elemi részecskefizika, valamint az atom- és atomfizika törvényeire támaszkodva.
Vissza előre
Figyelem! A dia előnézetek csak tájékoztató jellegűek, és nem feltétlenül jelentik az összes bemutatási lehetőséget. Ha érdekli ez a munka, töltse le a teljes verziót.
A leckét a 11. osztályban tartják, és 2 akadémiai órára tervezték, és több blokkra oszlik:
- az elektron állapotát egy atomban leíró jellemzők;
E blokkok mindegyike egyénileg és együttesen is figyelembe vehető. Tehát az "Elemi részecskefizika fejlődésének szakaszai" (1-5. Dia) blokk a 9. osztályban tekinthető, amikor a vonatkozó témát bevezető szinten tanulmányozzuk. Szintén a 9. osztályban használhatja az "Elemi részecskék regisztrálásának módszerei" (29-31. Dia) blokkot, amikor megszervezi a tanulók munkáját a tankönyvvel. Az "Interakció típusai és tulajdonságai" blokk (11-15. Dia) a 10. évfolyam első óráiban használható.
Mielőtt a témát a 11. évfolyamon (egy héten) tanulnák, a diákokat arra kérjük, hogy készítsenek üzeneteket a következő területeken:
- az elemi részecskefizika fejlődési szakaszai;
- az interakciók típusai és tulajdonságaik;
- az elemi részecskék regisztrálásának módszerei.
Ezeket a témákat már korábban is tanulmányozták (9-10. Évfolyam), így az előkészítés nem sok időt vesz igénybe, és általában nem vet fel kérdéseket. A lecke során a tanulók üzenetek és prezentációs diák alapján jegyzeteket készítenek a munkafüzetekben. Az "Atomok elektronállapotát leíró jellemzők" blokk előadásnak minősül. Az előadás során a diákok csak a jellemzők nevét írják le.
Használt könyvek:
- Elemi fizika tankönyv, szerk. akad. G.S. Landsberg. 3. kötet. M.: "Tudomány", 1975
- B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf Fizika tanfolyam. 3. kötet M.: "Gimnázium", 1971
- B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf Fizika: középiskolásoknak és egyetemekre lépőknek. M .: "Túzok", 2000
- Az oktatód. Fizika. Interaktív előadások. Disc 1. LLC "Multimédiás technológiák és távoktatás", 2003
- L. Ja. Borevsky A 21. századi fizika tanfolyam. M .: "MediaHouse", 2003
Az óra témája:"Elemi részecskék és tulajdonságaik"
A lecke célja:
Nevelési: olyan hallgatók megszerzése, akik elsajátították a következő ismereteket:
- a mikrovilágban három szintet különböztetnek meg, amelyek jellegzetes skálák és energiák (molekuláris-atomi, nukleáris, elemi részecskék szintje) tekintetében különböznek egymástól;
- a természetben körülbelül 400 különböző elemi részecske található (az antirészecskékkel együtt);
- 4 alapvető kölcsönhatás létezik (erős, elektromágneses, gyenge, gravitációs)
- erős kölcsönhatás jellemző a nehéz részecskékre; csak elektromosan töltött részecskék vesznek részt közvetlenül az elektromágneses mezőben; gyenge kölcsönhatás minden részecskére jellemző, kivéve a fotonokat; a gravitációs kölcsönhatás az Univerzum minden testében rejlik, és az egyetemes gravitációs erők formájában nyilvánul meg;
- az alapvető kölcsönhatások eltérőek az intenzitás, a hatáskör, a jellemző idők, valamint a velük kapcsolatos természetvédelmi törvények tekintetében;
- minden elemi részecske leptonokra (alapvető) és hadronokra (kompozit) oszlik;
- a hadronokat mezonokra és barionokra osztják;
- Fejlesztés: olyan tanulókat szerezzen be, akik megtanulták a következő tevékenységeket:
- felismerni az alapvető kölcsönhatások különböző típusait jellemzőik alapján;
- elvégzi az elemi részecskék osztályozását;
- felírni az elemi részecskék átalakulásának reakcióit, figyelembe véve a megőrzési törvényeket;
- írja le az elemi részecskék regisztrálására szolgáló eszközök készülékét és működési elvét;
- Nevelési: győzze meg a diákokat, hogy:
- minden elemi részecske átalakul egymásba, és ezek a kölcsönös átalakulások létezésük legfőbb tényei;
- minden alapvető kölcsönhatás közös (csere) mechanizmusának azonosítása reményt ad a világképet megmagyarázó egységes elmélet felépítésének lehetőségére;
- az anyag alkotórészei a következők: 6 típusú kvark és 6 lepton, amelyek közötti kölcsönhatás a kölcsönhatások megfelelő hordozóinak (foton, 8 gluon, 3 köztes bozon és graviton) cseréjével valósul meg
Az óra típusa: kombinált.
Felszerelés: médiaprojektor, képernyő, számítógép, "Részecske -regisztrációs módszerek" táblázat, "Alapvető interakciók" táblázat, szóróanyagok ( 1. melléklet , 2. függelék )
Tanterv:
I. A tudás bővítése
A tanár bevezető megjegyzései a világ tudományos képének megértéséről.
II. Ismeretek megszerzése
1) Diáküzenet "Az elemi részecskefizika fejlődésének szakaszai" (1-5. Dia)
2) Előadás "Elektron állapota az atomban" (6-10. Dia)
3) "Interakciók típusai" üzenet (11-15. Dia)
4) Előadás "Az elemi részecskék jellemzői" (16-28. Dia)
5) Hallgatói üzenet "Az elemi részecskék regisztrálásának módszerei" (29-31. Dia)
3) Magyarázza el a bemutatott reakciók lehetőségét a töltésmegmaradás törvényei szempontjából (a reakciókat a tanár döntése szerint választja ki). Táblázatadatok használata ( 1. melléklet )
4) A töltésmegőrzési törvény alkalmazásával, 2. táblázat ( 1. melléklet ) és 2. melléklet , magyarázza el néhány hadron kvarkösszetételét (a tanár belátása szerint)
IV. Tudásellenőrzés
1. Feladat.
A javasolt tulajdonságok alapján határozza meg, hogy milyen típusú interakciók vannak.
| Interakció típusa | Intenzitás | Jellemző idő, s |
| 1/137 | ~10-20 | |
| ~1 | ~ 10-23 | |
| ~ 10-38 | ? | |
| ~ 10-10 | ~ |
2. feladat.
Milyen típusú interakciót szállít:
- Gluonok
- Közepes bozonok
- Fotonok
- Gravitons
3. feladat.
Mekkora az egyes interakciók tartománya?
V. Házi feladat
115. §, 116. §, a 14. fejezet összefoglalása
Az elemi részecskék tulajdonságainak és viselkedésének megmagyarázásához a tömegen, az elektromos töltésen és a típuson kívül számos további jellegzetes mennyiséggel (kvantumszámmal) kell felruházni őket, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk.
Az elemi részecskéket általában több részre osztják négy osztály ... Ezen osztályokon kívül még egy részecskeosztály létezését feltételezzük - gravitonok (a gravitációs mező kvantumai). Ezeket a részecskéket kísérletileg még nem találták meg.
Írjuk le röviden az elemi részecskék négy osztályát.
Csak egy részecske tartozik az egyikhez - foton .
Fotonok (az elektromágneses mező kvantumai) részt vesznek az elektromágneses kölcsönhatásokban, de nincsenek erős és gyenge kölcsönhatásaik.
A második osztályt az alkotja leptonok , harmadik - hadronok és végül a negyedik - mérő bozonok (2. lap)
2. táblázat
| Elemi részecskék |
|||
| Leptonok |
Nyomtáv bozonok |
Hadronok |
|
|
|
|||
| n, o, hiperonok Baryonic rezonanciák |
Mezonikus rezonanciák |
||
Leptonok (Görög " leptók" - könnyű) - részecskék,részt vesz az elektromágneses és gyenge kölcsönhatásokban... Ide tartoznak azok a részecskék, amelyeknek nincs erős kölcsönhatásuk: elektronok (), muonok (), taonok (), valamint elektronneutrínók (), muonikus neutrínók () és tau neutrínók (). Minden lepton 1/2 -es pörgetéssel rendelkezik, és így van fermionok ... Minden leptonnak gyenge kölcsönhatása van. Azok, akik elektromos töltéssel rendelkeznek (azaz muonok és elektronok), szintén elektromágneses kölcsönhatással rendelkeznek. A neutrínók csak gyenge kölcsönhatásokban vesznek részt.
Hadronok (Görög " adros"- nagy, masszív) - részecskék,részt vesz az erős,elektromágneses és gyenge kölcsönhatások. Napjainkban több mint száz hadron ismert, és fel vannak osztva barionok és mesonok .
Baryons - hadronok,három kvarkból áll (qqq) és rendelkezik B -számú barionnal = 1.
A barionok osztálya egyesíti a nukleonokat ( o, n) és instabil részecskék, amelyek tömege nagyobb, mint a nukleonok tömege, ún hiperonok (). Minden hiperon erős kölcsönhatásban van, ezért aktívan kölcsönhatásba lép az atommagokkal. Az összes barion spinje 1/2, tehát a barionok fermionok ... A proton kivételével minden barion instabil. Amikor egy barion bomlik, más részecskékkel együtt szükségszerűen barion képződik. Ez a minta az egyik a barion töltés megőrzésének törvényének megnyilvánulásai.
Mesonok - hadronok,kvarkból és antikarkból áll () és bárionszáma van B = 0.
A mezonok erősen kölcsönhatásba lépő instabil részecskék, amelyek nem hordozzák az úgynevezett baryonikus töltést. Ide tartoznak a -mezonok vagy pionok (), a K -mezonok vagy a kaonok ( 
), és -mesons. A tömegek és a mezonok megegyeznek, és egyenlőek 273,1, 264,1 élettartammal és s. A K-mezonok tömege 970. A K-mezonok élettartama s nagyságrendű. Az eta-mezonok tömege 1074, az élettartama s nagyságrendű. A leponokkal ellentétben a mezonoknak nemcsak gyenge (és ha feltöltött, elektromágneses), hanem erős kölcsönhatásuk is van, amely az egymással való kölcsönhatásukban, valamint a mezonok és a barionok kölcsönhatásában nyilvánul meg. Minden mezon spinje nulla, tehát azok bozonok.
Mérőbozonok - részecskék,kölcsönhatásba lép az alapvető fermionokkal(kvarkok és leptonok). Ezek részecskék W + , W – , Z 0 és nyolcféle gluon g. Ide tartozik a γ foton is.
Az elemi részecskék tulajdonságai
Minden részecskét fizikai mennyiségek halmaza ír le - kvantumszámok, amelyek meghatározzák tulajdonságait. A leggyakrabban használt részecske -jellemzők a következők.
Részecske tömege , m... A részecskék tömege nagymértékben változik 0 (foton) és 90 GeV ( Z-bozon). Z-a boszon az ismert legnehezebb részecske. Azonban előfordulhatnak nehezebb részecskék. A hadronok tömege függ a kvarkjaik típusától, valamint a spin állapotuktól.
Élettartam , τ. Az élettartamtól függően a részecskéket felosztjuk stabil részecskék viszonylag hosszú élettartamú, és instabil.
NAK NEK stabil részecskék részecskéket tartalmaznak, amelyek gyenge vagy elektromágneses kölcsönhatás hatására bomlanak. A részecskék stabil és instabil felosztása tetszőleges. Ezért a stabil részecskék közé tartoznak az olyan részecskék, mint egy elektron, egy proton, amelynek bomlását jelenleg nem észlelték, és a π 0 mezon, amelynek élettartama τ = 0,8 × 10 - 16 s.
NAK NEK instabil részecskék részecskéket tartalmaznak, amelyek az erős kölcsönhatás következtében bomlanak. Általában hívják rezonanciák ... A rezonanciák jellemző élettartama 10 - 23 - 10 - 24 s.
Spin J... A centrifugálást mértékegységekben mérik ħ és 0, fél egész és egész értékeket vehet fel. Például a π-, K-mezon spinje 0. Az elektron, a müon spinje 1/2. A foton spinje 1. Vannak nagy spinű részecskék. A fél egész pörgésű részecskék engedelmeskednek a Fermi-Dirac statisztikáknak, egész pörgetéssel-Bose-Einstein.
Elektromos töltés q... Az elektromos töltés egész többszöröse e= 1,6 × 10 - 19 C, elemi elektromos töltésnek nevezzük. A részecskék töltése 0, ± 1, ± 2 lehet.
Belső paritás R. Kvantumszám R jellemzi a hullámfüggvény szimmetria tulajdonságát a térbeli visszaverődések tekintetében. Kvantumszám Rértéke +1, -1.
Az összes részecskére jellemző tulajdonságokkal együtt használják kvantumszámok, amelyeket csak bizonyos részecskecsoportokhoz rendelnek hozzá.
Kvantumszámok : baryon szám V, Furcsaság s, a varázsa (báj) val vel, a szépség (alsóság vagy szépség) b, felső (fenség) t, izotóp spin én csak az erősen kölcsönhatásban lévő részecskéknek tulajdonítják - hadronok.
Lepton számok
L e, L μ , Lτ. A Lepton -számokat olyan részecskékhez rendelik, amelyek leptoncsoportot alkotnak. Leptonok e, μ és τ csak elektromágneses és gyenge kölcsönhatásokban vesznek részt. Leptons ν e, n μ és n τ csak gyenge kölcsönhatásokban vesznek részt. A Lepton számok számítanak L e, L μ , Lτ = 0, +1, -1. Például e -, elektron neutrino n e van L e= + l; van L e= - l. Minden hadronnak van 
.
Baryon szám V... A barion szám számít V= 0, +1, -1. Barionok pl. n, R, Λ, Σ, a nukleonrezonanciáknak barionszáma van V= +1. Mesonoknak, meson rezonanciáknak van V= 0, az antialionok rendelkeznek V = -1.
Furcsaság s... Az s kvantumszám -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 értékeket vehet fel, és a hadronok kvarkösszetétele határozza meg. Például a Λ, Σ hiperonok rendelkeznek s= -l; K + - , K- - mesonoknak van s= + l.
Báj val vel... Kvantumszám val vel val vel= 0, +1 és -1. Például a ary + baryon rendelkezik val vel = +1.
Alsó b... Kvantumszám b-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 értékeket vehet fel. Jelenleg olyan részecskéket fedeztek fel, amelyek b= 0, +1, -1. Például, V+ -fia van b = +1.
Topness t... Kvantumszám t-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 értékeket vehet fel. Jelenleg csak egy feltételt fedeztek fel t = +1.
Isospin én... Az erősen kölcsönhatásba lépő részecskék hasonló tulajdonságú részecskék csoportjaira oszthatók (ugyanaz a spinérték, paritás, barionszám, furcsaság és más, erős kölcsönhatásokban megőrzött kvantumszám) - izotóp multiplettjei... Isospin én meghatározza az egy izotóp multiplettben lévő részecskék számát, nés R izotóp dublettet alkot én= 1/2; Σ +, Σ -, Σ 0, része izotóp triplett én= 1, Λ - izotóp szingulett én= 0, az egy részecskék száma izotóp multiplett, 2én + 1.
G - paritás a szimmetriának megfelelő kvantumszám az egyidejű töltéskonjugációs művelet tekintetében val velés a harmadik komponens jelének megváltoztatása én izospin. G- a paritás csak erős kölcsönhatásban marad meg.
Az elemi részecskék világa
Lecke a 11. osztályban
A lecke célja:
Nevelési:
Megismertetni a tanulókat az elemi részecskék szerkezetével, az erők és a magon belüli kölcsönhatások sajátosságaival; tanítsd meg a megszerzett ismeretek általánosítását és elemzését, gondolataid helyes kifejezését; elősegítse a gondolkodás fejlődését, az információszerkesztési képességet; hogy ápoljon egy érzelmi-érték kapcsolatot a világgal
Fejlesztés:
Folytassa a gondolkodás fejlesztését, az elemzés, összehasonlítás, logikus következtetések levonásának képességét.
Fejlessze a kíváncsiságot, az ismeretek és tapasztalatok különböző helyzetekben történő alkalmazásának képességét.
Nevelési:
Szellemi csapatmunka készségek fejlesztése; az erkölcsi öntudatosság alapjainak oktatása (gondolat: tudós, felfedező felelőssége felfedezéseinek gyümölcseiért);
Ébressze fel a hallgatók érdeklődését a populáris tudományos irodalom iránt, a konkrét jelenségek felfedezésének előfeltételeinek tanulmányozásában.
A lecke célja:
Hozzon létre feltételeket az intellektuális és kommunikációs kompetenciák fejlesztéséhez, amelyekben a hallgató képes lesz:
Nevezze meg az elemi részecskék fő típusait;
Megérteni a világ modern szabványmodelljének kétértelműségét;
Fogalmazza meg elképzeléseit az elemi részecskék fejlődésének történetéről;
Elemezze az elemi fizika fejlődésének szerepét;
Osztályozza az elemi részecskéket összetételük szerint;
Gondolj arra, hogy szükség van saját álláspontodra, tűrj egy másik nézőpontot;
Konfliktusmentes kommunikációt mutasson, amikor csoportban dolgozik.
Az óra típusa:új anyag tanulása.
A lecke formája: kombinált lecke.
Az óra módszerei: verbális, vizuális, praktikus.
Felszerelés: számítógépes bemutató, multimédiás kivetítő, diák munkafüzete, személyi számítógép.
| Tanulmányi lépések | Idő, min. | Módszerek és technikák |
| 1. Szervezeti bemutatkozás. Nyilatkozat az oktatási problémáról. | Az óra témájának rögzítése. A tanár története. |
|
| 2. A tudás aktualizálása (hallgatói prezentáció) | A tanuló története a meglévő ismeretekről, az új dolgok elsajátításának előfeltételeiről. |
|
| 3. Új anyag elsajátítása (tanári prezentáció) | Tanár története diák segítségével. Megfigyelés. Beszélgetés. Diák történetmesélés diák segítségével. |
|
| 4. A vizsgált anyag fejlesztése. Lehorgonyzás. | Konszolidáció referencia jegyzetekkel és dolgozz a tankönyvvel. Válaszok biztonsági kérdésekre. |
|
| 5. Összefoglalás. Házi feladat | A fő tanár, a diákok kiosztása. |
Az órák alatt
Az óra szervezési pillanata(üdvözlés, a tanulók felkészültségének ellenőrzése az órára)
Ma a leckében megvizsgáljuk a világ felépítésével kapcsolatos különféle nézeteket, amelyek részecskékből áll minden, ami körülvesz minket. Az óra olyan lesz, mint egy előadás, és a legtöbb figyelmet tőled kell elvégezni.
A lecke elején szeretném a figyelmébe ajánlani a részecskék tanításának történetét.
2. Ismeretfrissítés. (V. Aleksakhina előadása "A részecskékkel kapcsolatos ismeretek fejlődésének története")
2. dia. Antik atomizmus- ez a világ szerkezetének koncepciója az ókor tudósai által. Demokritosz elképzelései szerint az atomok örökkévalóak, változatlanok, oszthatatlanok, alakjukban és méretükben eltérő részecskék, amelyek összekötve és elválasztva különféle testeket alkottak.
3. dia. Dirac, Galilei és Newton tudósok felfedezték a relativitás elvét, a dinamika törvényeit, a természetvédelmi törvényeket, az egyetemes gravitáció törvényét, a 17. században az ősök atomizmusa jelentős változásokon ment keresztül, és szilárdan meghonosodott a tudományban a világ mechanikus képe, amely a gravitációs kölcsönhatáson alapult - minden test és részecske ennek van kitéve, a töltéstől függetlenül.
4. dia. Az elektromos, mágneses és optikai jelenségek tanulmányozása során felhalmozott ismeretek szükségessé tették a világkép kiegészítését és fejlesztését. Így a 19. században és a 20. század elejéig uralkodni kezdett elektrodinamikai kép a világról... Már kétféle interakciót vett figyelembe - gravitációs és elektromágneses. De nem tudták megmagyarázni csak a hősugárzást, az atom stabilitását, a radioaktivitást, a fotoelektromos hatást és a vonalspektrumot.
5. dia. A 20. század elején megjelent az energia kvantálásának gondolata, amelyet Planck, Einstein, Bohr, Stoletov, valamint Louis de Broglie részecske-hullám dualizmusa támogatott. Ezek a felfedezések jelezték a megjelenést a világ kvantumtérképe, amelyhez erős kölcsönhatás is hozzáadódott. Megkezdődött az elemi részecskefizika aktív fejlődése.
3. Új anyag tanulása
Század harmincas éveiig a világ szerkezetét a legegyszerűbb formában mutatták be a tudósoknak. Úgy vélték, hogy a részecskék "teljes halmaza", amely minden anyagot alkot, proton, neutron és elektron. Ezért eleminek nevezték őket. Ezek a részecskék tartalmaznak egy fotont is - az elektromágneses kölcsönhatások hordozóját.
6. dia.A világ modern standard modellje:
Az anyag kvarkokból, leptonokból és részecskékből áll - kölcsönhatás hordozói.
Minden elemi részecske esetében valószínű az antirészecskék kimutatása.
Hullám-korpusz dualizmus. A bizonytalanság és a kvantálás elvei.
Az erős, elektromágneses és gyenge kölcsönhatásokat nagy egyesítési elméletek írják le. Marad az egyesítetlen gravitáció.
7. dia. Az atommag hadronokból áll, amelyek kvarkokból állnak. A hadronok erős kölcsönhatásokban részt vevő részecskék.
A hadronok osztályozása: A mezonok egy kvarkból és egy antikark -barionok három kvarkból állnak - nukleonok (protonok és neutronok) és
hiperonok.
8. dia. A kvarkok a hadronokat alkotó alapvető részecskék. Jelenleg 6 különböző típusú (gyakrabban mondják - ízű) kvark ismert. A kvarkok erős kölcsönhatásban vannak, részt vesznek az erős, gyenge és elektromágneses folyamatokban. Gluonokat, nulla tömegű és nulla töltésű részecskéket cserélnek. Minden kvarkhoz vannak antikvarkok . Nem szabadon megfigyelhetők. Töredékes elektromos töltésük van: + 2 / 3e -U -kvarkoknak (felfelé) és -1 / 3e -d -kvarkoknak (lefelé).
Elektron kvarkösszetétele - uud, proton kvark összetétele - udd
9. dia. A részecskék, amelyek nem része a magnak, leptonok. A leptonok alapvető részecskék, amelyek nem vesznek részt erős kölcsönhatásokban. Ma 6 lepton és 6 antirészecske ismert.
Minden részecske antirészecskével rendelkezik. Leptonok és antirészecskéik: egy elektron és egy pozitron velük, egy elektron -neutrínó és egy antineutrinó. Muon és anti-muon velük muon neutrino és antineutrino. Taon és antitaon - taon neutrino és antineutrino.
10. dia. A természetben minden interakció négy típus megnyilvánulása alapvető kölcsönhatások alapvető részecskék - leptonok és kvarkok - között.
Erős kölcsönhatás a kvarkok érintettek, és a gluonok a hordozói. Összekapcsolja őket, hogy protonokat, neutronokat és más részecskéket képezzen. Közvetve befolyásolja a protonok kötődését az atommagokban.
Elektromágneses kölcsönhatás töltött részecskék érintettek. Ebben az esetben az elektromágneses erők hatására maguk a részecskék nem változnak, hanem csak hasonló töltések esetén szerezik meg a taszító tulajdonságot.
Gyenge interakció a kvarkokat és a leptonokat érinti. A leghíresebb gyenge interakciós hatás a lefelé irányuló kvark felfelé irányuló kvarkká alakulása, ami a neutront proton, elektron és antineutrino bomlássá teszi.
A gyenge interakció egyik legfontosabb típusa Higgs interakció... A feltételezések szerint a Higgs -mező (szürke háttér) kitölti a teljes folyékony teret, korlátozva a gyenge kölcsönhatások körét. Ezenkívül a Higgs -bozon kölcsönhatásba lép a kvarkokkal és a leptonokkal, biztosítva tömegük létezését.
Gravitációs kölcsönhatás. Ez a leggyengébb ismert. Kivétel nélkül minden részecskét és hordozót magában foglal. A gravitonok cseréjének köszönhetően valósul meg - ez az egyetlen részecske, amelyet még nem fedeztek fel kísérletileg. A gravitációs kölcsönhatás mindig vonzerő.
11. dia. Sok fizikus reméli, hogy ahogyan az elektromágneses és gyenge kölcsönhatásokat az elektromos gyengeségbe is lehetett kombinálni, idővel lehetséges lesz egy olyan elméletet felépíteni, amely egyesíti az összes ismert típusú kölcsönhatást, amelynek neve "Nagy Egyesülés".
4 . A tudás megszilárdítása.
Elsődleges rögzítés(J. Gordienko előadása "Nagy hadronütköztető". A modern tudósok megpróbálják javítani a részecskék tanulmányozásának folyamatát, hogy új felfedezéseket érjenek el a tudományos és technológiai fejlődés érdekében. Ehhez grandiózus kutatóközpontokat és gyorsítókat építenek. Az egyik ilyen grandiózus szerkezetek a Nagy Hadronütköztető.
Végső konszolidáció(csoportmunka: válaszok a tankönyvi kérdésekre)
Két csoportra oszlik: az 1. sorra és a 2. sorra. Feladat van a lapokon: válaszolnia kell a kérdésekre, és a válaszokat a tankönyv 28. bekezdésében találja (196–198. O.).
Az első csoport feladatai:
Hány alapvető részecske van? (48)
Az elektron kvark összetétele? (uud)
Sorolja fel a két legerősebb kölcsönhatást (erős és elektromágneses)
A gluonok teljes száma? (nyolc)
A második csoport feladatai:
Hány részecske van az univerzum szívében? (61)
A proton kvark összetétele? (udd)
Sorolja fel a két leggyengébb kölcsönhatást (gyenge és gravitációs)
Milyen részecskék hajtanak végre elektromágneses kölcsönhatást? (foton)
Beszélgetés a csoportvezetők által a kérdésekre adott válaszokról és a kártyák cseréjéről.
Lecke összefoglaló.
Megismerkedett a modern fizika fejlődésének egyes aspektusaival, és most elemi elképzelései vannak arról, hogy milyen irányba fejlődik tudományunk, és miért van rá szükségünk.
6. Házi feladat. 28. záradék.
Az első csoport feladatai:
1. Hány alapvető részecske van összesen? ______________
2. Az elektron kvarkösszetétele? ____________
3. Sorolja fel a két legerősebb kölcsönhatást ______
4. A gluonok teljes száma? _______
___________________________________________________________________
A második csoport feladatai:
1. Hány részecske van az univerzum szívében? ________
2. A proton kvarkösszetétele? ___________
___________________________________________________________________
Az első csoport feladatai:
1. Hány alapvető részecske van összesen? __________
2. Az elektron kvarkösszetétele? __________
3. Sorolja fel a két legerősebb kölcsönhatást __________________________________________________________________________
4. A gluonok teljes száma? _________
___________________________________________________________________
A második csoport feladatai:
1. Hány részecske van az univerzum szívében? ____________
2. A proton kvarkösszetétele? _____________
3. Sorolja fel a két leggyengébb kölcsönhatást ______________________
4. Milyen részecskék hajtanak végre elektromágneses kölcsönhatást? ______
___________________________________________________________________
Az első csoport feladatai:
1. Hány alapvető részecske van összesen? _____________
2. Az elektron kvarkösszetétele? ______________
3. Sorolja fel a két legerősebb kölcsönhatást ________________________________________________________________________
4. A gluonok teljes száma? _____
___________________________________________________________________
A második csoport feladatai:
1. Hány részecske van az univerzum szívében? ______
2. A proton kvarkösszetétele? _________
3. Sorolja fel a két leggyengébb kölcsönhatást _______________________
4. Milyen részecskék hajtanak végre elektromágneses kölcsönhatást? _______
Betöltés ...