Урок на тему фізика елементарних частинок. Методична розробка уроку "три етапи у розвитку фізики елементарних частинок". Атомна та ядерна фізика

Каптелова Н.В., вчитель фізики МОУ "Гімназія № 79" м. Барнаула Алтайського краю

11 клас

Урок на тему «Елементарні частинки» (2 години).

Рівень – базовий

Профіль класу – гуманітарний

Використовуваний текст - § 64 "Елементарні частинки" (Мансуров А.М., Мансуров Н.А., підручник "Фізика-10-11" для гуманітарних шкіл)

Технологія «Розвиток Критичного Мислення через Читання та Лист» (РКМПП)

Тип уроку: робота з інформаційним текстом

Цілі:

дидактична – через опосередковане вивчення тексту сформувати в учнів систему наукових знаньпро елементарних частиноках

розвиваюча – виробити у школярів прийоми ефективної переробки навчальної інформації, продовжити формування способу самостійного навчання, пізнавальних та комунікативних компетентностей

виховна – продовжити формування в учнів впевненості у своїх власних пізнавальних можливостях, діалектико-матеріалістичного світогляду

методична – створити умови для освоєння учнями способу самостійного навчання на основі технології РКМПП

Очікуваний результат:

засвоєння учнями системи наукових знань про елементарні частинки та подання її у вигляді кластера;

отримання та осмислення кожним учнем власного досвіду самостійної пізнавальної діяльності на основі роботи з текстом через індивідуальну, парну, групову, колективну форми роботи (технологія РКМПП).

Примітка: Кластер - графічний спосіб, що дозволяє подати інформацію у структурованому та систематизованому вигляді, виявити ключові слова теми. Кластер є графічною схемою, що складається з овалів. У центрі кластера, у головному овалі – основна проблема, тема, ідея. У овалах наступного рівня – класифікуючі ознаки чи підстави систематизації, в овалах третього рівня – подальша деталізація тощо. Кластери можуть бути дуже розгалуженими, тому завжди потрібно вибрати рівень деталізації, на якому можна зупинитися. За допомогою кластерів можна в систематизованому вигляді подати великі обсяги інформації.

Кластер містить ключові слова, ключові ідеїіз зазначенням логічних зв'язків між текстовими суб'єктами. Зв'язки надають картині цілісність та наочність.

Кластер (як і всі графічні схеми) є моделлю теми, що вивчається, дозволяє побачити тему цілком, «з висоти пташиного польоту». Підвищується мотивація, т.к. Легше сприймаються ідеї теми. Людині завжди потрібні графічні образи. Мозок запам'ятовує моделі. Подання інформації учнями як кластера сприяє її творчої переробці, тому забезпечує засвоєння інформації лише на рівні розуміння. Кластери (як і інші схеми) дозволяють «розгойдувати» своє мислення, зробити його гнучкішим, позбутися стереотипів, догматичне мислення перетворити на критичне.

Важливо й те, що побудова кластерів дозволяє виявити систему ключових слів, які можуть бути використані для пошуку в Інтернеті, а також визначення основних напрямів досліджень учнів, вибору тем навчальних проектів.

Домашнє завдання(позакласна робота):

1. § 65 (самостійно за технологією РКМПП)

2. Кластери, виконані за допомогою ІКТ

(2 та 3 за бажанням)

Сценарій уроку.

Дзвінок.

Цілі етапу:

Заохочування до роботи з новою інформацією, пробудження інтересу до теми

- виклик «на поверхню» наявних знань на тему

- безконфліктний обмін думками

«Навідні питання»

«Кластер»

2. Учням пропонуються питання для обмірковування та обговорення:

Вихід на логічний ланцюжок: природа-тіло-речовина-молекула-атом-ядро-нуклони (протон, нейтрон)-електрон.

Згадайте які елементарні частинки вам відомі? Подайте у вигляді кластера.

(протон, нейтрон, електрон, фотон, π-мезон)

Учні працюють індивідуально у зошитах, потім у парахЗа їхніми пропозиціями вчитель на дошці оформляє кластер. Один із запропонованих учнями кластер:

Чи може така їх кількість претендувати на роль «первоцегликів Всесвіту», істинно елементарних частинок?

Осмислення

Цілі етапу:

Отримання нових знань

Освоєння різних типівчитання: ознайомлювального, вивчаючого, засвоюючого, пошукового, прийомів осмислення інформаційного тексту

Розвиток аналітичних, дискусійних, комунікативних навичок

«Система І.М.С.Е.Р.Т.»

«Кластер»

«Думай самостійно/у парі/ у групі»

Самостійна робота з текстом

Сприйняття інформації. На цьому етапі учень працює індивідуально(«Думай самостійно»). Ознайомче читання, здобуття загального уявленняна тему тексту.

Читання, що вивчає. Індивідуальнаробота («Думай самостійно»). Операції смислового сприйняття елементів тексту, розуміння слів, речень, абзаців, вичленування текстових суб'єктів (основних понять, ключових слів, ідей), виявлення зв'язків (логічних, причинно-наслідкових, просторових, тимчасових тощо) текстових суб'єктів. Розуміння зв'язку змісту даного тексту із змістом інших вивчених текстів, інтерпретація цього тексту з урахуванням цього зв'язку. Допомагає осмислити зміст застосування маркування тексту І.Н.С.Е.Р.Т.: (I.N.S.E.R.T. - "Interactive Notation System for Enhanced Reading and Thinking")

- «відомо»

- - «суперечить уявленням»

+ - «цікаве та несподіване»

? - «дізнатися детальніше»

! - «важливо»

Засвоююче читання. Перевірка розуміння тексту. Учні у парах(«Думай у парі») промовляють своїми словамиодна одній відповіді питання до тексту.

Переробки інформації. Індивідуальнаробота («Думай самостійно»). Розбиття інформації на пов'язані частини. Виділення підстав для систематизації та класифікації отриманої інформації.

Синтез переробленої інформації. Індивідуальнаробота («Думай самостійно»). Угруповання, комбінування інформації, складання кластера. Переклад отриманої інформації «іншою мовою»: з мови слів на мову схем, з вербальної мови на графічну.

Подання та захист індивідуальних кластерів у парах(«Думай у парі»), потім у групах(«Думай разом»).

"Зворотний переклад" інформації: з мови схем на мову слів, з графічної мови на вербальну, причому інформація повідомляється своїми словами. Обмін ідеями у дискусії чи полеміці. Аргументація, конструктивна критика, уточнення, спільнадоопрацювання кластера.

Рефлексія

Обміркувати зміст пройденого;

Подивитися на зміст уроку у світлі власного життєвого досвіду

«Повернення до кластера»

"Вихідна карта"

Подання та захист кількох варіантів групових кластерів перед класом, колективнеобговорення.

Передбачуваний варіант підсумкового кластера:

2. Завдання: Порівняйте цей кластер із кластером, запропонованим на початку уроку. (!!!)

Знайдіть місце на ньому для електрона, протона, нейтрону, фотону, π-мезону.

Зробіть висновок. ( Значне збільшення знань про елементарні частинки!)

3. (Підбиття підсумків та мотивація на подальшу пізнавальну діяльність). Повернемося до питань, з яких розпочали урок. Чи знайшли на них відповіді? Які питання залишились без відповіді? Які з'явилися нові? Де шукати відповіді?

З чого складається світ довкола себе?

Чи нагадує структура речовини нескінченну низку вкладених один в одного матрьошок або процес поділу переривається, коли виявляється неподільна елементарна частка?

Що являють собою первинні фундаментальні частинки, з яких складаються всі інші?

Чи існує в природі такий рівень організації матерії, глибше за який нічого немає?

Чи може така кількість (понад 400) претендувати на роль «первоцегликів Всесвіту», істинно елементарних частинок?

Як орієнтуватися у такому достатку елементарних частинок?

Які частки є істинно «елементарними»?

(Думай самостійно/у парі/групі). Обговорення.

Індивідуальна письмова робота(10 хв) «Вихідна карта» - 1) найважливіша думка уроку; 2) одне питання на тему уроку 3) загальний коментар щодо матеріалу уроку

Зробіть самооцінку своєї роботи на уроці (задоволений собою, не дуже, незадоволений, чому?).

IV. Домашнє завдання (позакласна робота)

дати можливість учням вести самостійну роботу з поглиблення знань, отриманих під час уроку;

Відпрацьовувати навички самостійної навчальної діяльності;

Розвивати творчі здібностішколярів

1. Вивчити § 65 (самостійно за технологією РКМПП)

2. Кластери до § 65, виконані за допомогою ІКТ

3. Творча робота з теми, що зацікавила.

(2 та 3 за бажанням)

Спостереження за учнями показують, що побудова кластерів сприймається ними як творча робота , де можлива реалізація власного бачення проблеми, власного підходу, варіативності, як засібсамореалізації, самоствердження.

Можливість індивідуальної, парної, групової та колективної роботи створює психологічний комфорт навчального процесу. Включення кожного учня до трьох видів

діяльності (думаю, пишу, промовляю) забезпечує "внутрішню обробку інформації". Ці фактори сприяють засвоєнню учнями нового матеріалу на рівні розуміння, осмислення та розвитку у них навчально-пізнавальної мотивації та активності (особливо у тих школярів, які погано вписуються в систему традиційного, ілюстративно-пояснювального навчання). І найголовніше – вони практичноосвоюють спосіб самостійного набуття нового знання, вони формується функціональна грамотність.

Вищеописана технологія навчання на основі творчої переробки тексту дозволяє навчати цікаво, швидко, якісноі дає учням почуття задоволення.

Приклади виконання кластерів на теми « Фундаментальні взаємодії» та «Фундаментальні частинки»:

Мета: Розповісти учням про елементарні частинки, їх основні властивості та класифікації

Хід уроку

Новий матеріал (дається лекційно)

Дослідження будови атома та атомного ядра показали, що до складу атома входять електрони, протони, нейтрони. Було прийнято називати ці частки елементарними. Фотон(), позитрон (е +)і нейтрино (v), що мають безпосереднє відношення до атома і ядра, також стали називати елементарними частинками.

За первісним задумом Елементарні частинки є найпростішими частинками, з яких побудовано речовину (атоми) існуючого світу.

Елементарні частинки спочатку уявлялося як щось вічне, незмінне, непорушне, і образ елементарної частки зв'язувався з образом піщинки чи безструктурної маленької кульки.

У наші дні немає чіткого критерію елементарності. Поняття "елементарна частка" в наші дні є дуже складним.

Коротко перерахуємо відомі елементарні частки у порядку їхнього історичного відкриття.

Методичні зауваження: Учням у момент подальшого пояснення пропонується заповнювати таку таблицю (Додаток 1)

До якого виду належить	Назва частки	Позначення	Рік відкриття	Заряд q	Маса частки

Електрон було відкрито Дж.Дж.Томсаном в 1897г..Через масу електрона зазвичай виражаються маси інших елементарних частинок.

У 1900р. М.Планком і особливо, 19005г. А.Ейнштейном було показано, що світло складається з окремих порцій – фотонів. Фотон не має заряду, і його маса спокою = 0. Фотон може існувати тільки в процесі руху зі швидкістю світла.

Досліди Резерфорда з розсіювання -часток у 1911р. Привели до відкриття протону. Маса протона = 1836m е

Більшість фізиків були впевнені в тому, що їм вдалося нарешті все різноманіття хімічних елементів і речовин природи звести до двох найпростіших сутностей: до електронів і протонів. Картина, намальована фізиками тих років з питань будови речовини, вселяло почуття наукової краси та витонченості. У період із 1911г. По 1932р. Багато вчених були сповнені почуттям задоволення, що їм удалося здійснити багатовікову мрію наукового пошуку.

Однак у 1928р. П. Дірак, а згодом у 1932р. К.Андерсон були виявлені такі частинки, які отримали назву позитрони(е +)

Позитрон – це перша елементарна частка, передбачена теоретично.

У 1932р. Д.Чедвіг був відкритий нейтрон з масою = 1838 m е

Нейтрон у вільному стані, на відміну від протона, є нестабільним і розпадається на протон та електрон з періодом напіврозпаду Т=1,01 10 3 с. Всередині ядра нейтрон може існувати невизначено довго.

У 1931-1933гг. В.Паулі аналізуючи -розпад припустив, що з розпаду, крім протона і електрона, випускається ще одна нейтральна частка з масою спокою =0. Цю частку назвали нейтрино ()

Тільки 1956г. К.Коуен із співробітниками виявив антинейтрино(), що утворюється в ядерному реакторі. Воно було "впіймано" при дослідженні реакції: р+ v n+е+, нейтрино викликає реакцію n+р+е-.

У 1937р. К.Андерсон і С.Неддерман виявили заряджені частинки з масою 206,7m е, ці частинки були названі -мезонами (+ і -), що мають заряд +е і -е. Нині ці частки називають -частинками чи -мюонами.

У 1947р. Англійські вчені С.Поуель, Г.Окіаліні та ін. відкрили -мезони (-мезон - первинний мезон, який, розпадаючись, дає мюони)

Мезон мають заряд +е і -е, а маси 273,2 m е. Дещо пізніше 1950 р. Було відкрито нейтральний -мезон(о), з масою 264,2 m е. В даний час відомо три сорти -мезон: - , про, + , вони інтенсивно взаємодіють із нуклонами, легко народжуються при зіткненні нуклонів із ядрами, тобто. є ядерно-активними. В даний час вважається, що мезони є квантами ядерного поля, відповідальними за основну частину ядерних сил.

З 1949-1950рр. почалося буквально "нашестя" елементарних частинок, їх кількість стрімко зростала.

Частки, що знову з'явилися, можна розділити на дві групи:

Перша група включає частинки з масами близько 966 m е і 974 m е, в даний час їх називають К-мезонами. Відомі К + і К - мезони з масами приблизно 966,3 m і електричними зарядами +е і -е. Відомі нейтральні К-мезони (К і К) з масами 974,5 m е.

Друга група часток одержала назву гіперонів. В даний час відомі такі гіперони:

У 1955р. Відкритий антипротон, а 1956 р.- антинейтрон.

За Останніми рокамибули відкриті нові квазичастинки (резонансних станів) з надзвичайно малим часом життям, порядку 10 -22 - 10 -23 сек. розпаду.

Останніми роками відкрито другий сорт нейтрино, так зване нейтрино(антинейтрино) мюонное і , яке випускається наприклад, при розпаді -мезонів;

ІІІ група- важкі частки, або баріони

До цієї групи входять:

Нуклони та їх античастинки
Гіперони та їх античастинки

Застосування термоядерної енергії на прикладі установки Токамак

Учням пропонується відповісти на запитання:

Яку ядерну реакцію називають термоядерною? (усно)
Як можна здійснити термоядерну реакцію?
Поясніть принцип дії установки "Токамак". (письменно використовуючи дод. літературу)
Поясніть принцип дії лазерної установки для термоядерного синтезу" (письменно використовуючи додаткову літературу)

План-конспект уроку

по темі

«Поняття

про елементарні частинки»

(11 клас)

Вчитель фізики

Черпіта Валерій Миколайович

ДБОУ Школа 2051

міста Москви

Поняття про елементарні частинки.

Класифікація елементарних частинок.

/data/files/u1514922328.pptx (Презентація до уроку на тему "Поняття про елемент частинок")

Завдання уроку: ознайомити учнів із елементарними частинками як єдиними представниками матерії на рівні менших 10¯ ¹⁵ м просторових розмірів та відстаней; розкрити загальні властивостіелементарних частинок, дати їх класифікацію.

План уроку

Етапи уроку	Час, хв	Методи та прийоми
Вступ: постановка навчальних проблем уроку	3 - 5	Розповідь та формулювання вчителя
Вивчення нового матеріалу: поняття про елементарні частинки, класифікація частинок, кварки та ін.	30 - 35	Розповідь вчителя з використанням елементів розмови. Робота із підручником. Хрестоматійний матеріал. Таблиця. Записи у зошити
Підбиття підсумків, виділення головного. Домашнє завдання	5 - 7	Розмова з питань. Формулювання висновків

1. Протягом курсу фізики учні неодноразово зустрічалися з елементарними частинками. Вже першому ступені вивчалися електрони; далі поняття електрона використовувалося у часто. У квантовій фізиці учні дізналися про протон і нейтрон.

Заключні уроки можна провести у вигляді шкільних лекцій, які включають елементи розмови, короткі виступи учнів з питань. Для підтримки пізнавальної активності учнів на уроці необхідно забезпечити зміну їх діяльності, поєднувати інформаційний матеріал (оповідання, повідомлення) з репродуктивним (відповіді на питання, самостійна роботаз підручником) та проблемним (постановка проблеми, висування гіпотез тощо). Під час підготовки уроків слід подбати про засоби наочності, підготувати таблиці, фотографії треків тощо. Для багаторазового застосування понять часу, що вводяться, в курсі вже немає, тому слід якомога більше пов'язувати нове з раніше вивченим.

2. Викладення нового матеріалу.У міру поглиблення в будову речовини наука відкрила молекули, атоми, з'ясувала, що атом складається з ядра та електронів, нарешті встановила складна будоваядра, до якого входять протони та нейтрони.

Якщо ми розглядатимемо будову речовини з урахуванням цих відомостей, то в мікросвіті на рівні малих відстаней, близько 10?⁴ - 10¯¹⁵ м, можна зробити висновок, що речовина складається з протонів, нейтронів і електронів. Але матерія представлена у природі як речовиною, а й електромагнітним полем. Електромагнітне поле також складається з мікрочастинок – фотонів.

Мікрочастинка – фотони, електрони, протони, нейтрони – називаються елементарними частинками. Слово «елементарна» означає найпростіша, що лежить в основі матерії: всі матеріальні об'єкти – тіла, поля – складаються з цих частинок. При введенні цього терміна передбачалося, що внутрішня структура елементарних частинок відсутня, тобто. вони більше не з нічого не складаються. Наразі поняття про елементарність уточнено, про що буде сказано нижче.

В даний час відкрито більше 400 мікрочастинок, за розмірами, масою, електричним зарядом (і деяким іншим властивостям) близьких до перерахованих вище. Усі вони також називаються елементарними.

Характерна рисабільшості елементарних частинок - їхнестабільність. Всі частинки, крім фотонів у порожнечі, електронів, протонів, нейтронів (в ядрі) та частинок нейтрино, мимоволі розпадаються, перетворюючись нарешті на стабільні. Ці процеси подібні до радіоактивного розпаду ядер. Середній час життя нестабільних елементарних частинок надзвичайно мало довготривалими або відносно стабільними вважаються частки, час життя яких10 ¯ ⁶ - 10 ¯ ¹⁴ с, ає і частинки, що живуть за все10 ¯ ²² - 10 ¯ ²³ с.

Нейтрон поза ядром також нестійкий: середній час життя його 16 хв, але порівняно з часом життя короткоживучих частинок це дуже великий термін.

Зрозуміло, що якби Всесвіт колись виник, то за час його існування до наших днів усі нестабільні елементарні частинки розпалися б, перетворилися б на стабільні або зникли б, віддавши свою енергію тепловому руху стабільних частинок речовини. Звідки ж беруться короткоживучі частки? Їх відкрили та отримують як у ядерних реакціях, так і в різних реакціяхіз стабільними елементарними частинками. Реакція відбувається, коли одна елементарна частка стикається з іншою або мимоволі розпадається. В результаті реакції утворюються нові частинки, відбувається взаємне перетворення частинок.

Як приклад реакції розпаду наведемо таку реакцію:

n → p + e¯+ ṽ ,

де нейтрон розпадається на протон, електрон та антинейтрино.

Антинейтрино і нейтрино - це частинки з дуже малою масою спокою, у тисячі разів меншою за найлегшу частинку - електрона. Вони електронейтральні. Нейтрино – стабільна частка. Довгий час, Пост теоретичного передбачення, дії нейтрино не вдавалося зафіксувати на досвіді. Нарешті 1956 року було здійснено реакцію

p + ṽ → n + e˖

у якій утворився нейтрон і позитивно заряджений електрон – позитрон.

Позитрон виявляється у досвіді, зустрічаючись з електроном, - він «зникає» разом із електроном:

e˖ + e¯ → 2y

Реакція називаєтьсяанігіляцієюелектронно-позитивної пари; в результаті утворюються два фотони, які фіксуються спеціальними лічильниками.

Взаємна перетворюваністьелементарнихчастинок при взаємодіях - друга їхня особливість.

Третя, властива всім елементарним частинкам особливість -наявність у кожної частки двійника – античастки.Якщо частка електрично заряджена, то античастка несе протилежний за знаком заряд. Але існують античастинки і в незаряджених частинок. Під час зустрічі взаємодія частки і античастинки призводить до їх анігіляції, тобто. до зникнення, до перетворення на фотони чи інші частки. Нині античастинки виявлено майже всім відомих частинок, зокрема отримано антипротон, антинейтрон. Отримано навіть атом, що складається з античасток, - антигелій, так що в принципі можна говорити про можливість існування антиречовини. Сполука речовини з антиречовиною повинна призвести до переходу речовини в поле, до анігіляції речовини в рамках законів збереження енергії, імпульсу, електричного заряду; при цьому виділяється енергія, еквівалентна масі спокоюmc². Але в даний час відомо, що Всесвіт складається тільки з речовини, а антиречовини в ній немає, як немає або дуже мало стабільних античасток.

Далі слід датикласифікацію елементарних частинокз підрозділом всіх частинок масою на класи: лептони, мезони, баріони. При розгляді та аналізі таблиці елементарних частинок звертаємо увагу на їх властивості: маси, заряди, час життя. Повідомляємо, що в таблицю поміщені основні частинки – стабільні та відносно стабільні. Безліч нестабільних частинок - мезонів та баріонів, званихрезонансами, - У таблицю не вміщено.

Обговорюємо розміри частинок. За сучасними даними, фотони та лептони не виявляють у дослідах протяжності та внутрішньої структури. У цьому плані їх можна зарахувати до істинно елементарним (первинним) часткам. Мезони та баріони мають розміри порядку 10¯ ¹⁵ м. Досліди щодо розсіювання на них електронів дуже високої енергії, подібні до досвідів Резерфорда, призводять до висновку про наявність внутрішньої структури мезонів та баріонів. Можна сказати, що вони не елементарні, а складаються з субелементарних частинок, які отримали назвукварки.

Ми не торкаємося при вивченні елементарних частинок другого макроскопічного поля, що існує в природі, - гравітаційне. Теоретично встановлено, що на мікрорівні воно складається з квантів поля, які називаютьсягравітонами. Це, як і фотони, часточки без маси спокою і заряду. Проте гравітон експериментально не виявлено.

3. Підбиття підсумків. Рефлексія

Домашнє завдання

Світ елементарних частинок

Урок у 11 класі

Мета уроку:

Освітні:

Ознайомити учнів зі структурою елементарних частинок, з особливостями зусиль і взаємодії всередині ядра; навчити узагальнювати та аналізувати отримані знання, правильно викладати свої думки; сприяти розвитку мислення, уміння структурувати інформацію; виховувати емоційно-ціннісні стосунки до світу

Розвиваючі:

Продовжити розвиток мислення, вміння аналізувати, порівнювати, робити логічні висновки.

Розвивати допитливість, вміння застосовувати знання та досвід у різних ситуаціях.

Виховні:

Розвиток навичок інтелектуальної колективної роботи; виховання основ моральної самосвідомості (ідея: відповідальність вченого, першовідкривача за плоди своїх відкриттів);

Пробудити в учнів інтерес до науково – популярної літератури, вивчення передумов відкриття конкретних явищ.

Мета уроку:

Створити умови для розвитку інтелектуальної та комунікативної компетентностей, у яких учень зможе:

- назвати основні види елементарних частинок;

Осмислити багатозначність сучасної стандартної моделі світу;

Сформулювати уявлення про історію розвитку елементарних частинок;

Проаналізувати роль розвитку елементарної фізики;

Класифікувати елементарні частинки за складом;

Замислитись про необхідність мати власну позицію, толерантно ставитися до іншої точки зору;

Виявляти безконфліктне спілкування під час роботи у групі.

Тип уроку:Вивчення нового матеріалу.

Форма уроку:комбінований урок.

Методи уроку:словесні, наочні, практичні.

Обладнання:комп'ютерна презентація, мультимедійний проектор, робочий зошитучня, персональний комп'ютер.

Етапи уроку	Час, хв.	Методи та прийоми
1. Організаційне введення. Постановка навчальної проблеми.		Запис теми уроку. Розповідь вчителя.
2. Актуалізація знань (презентація учня)		Розповідь учня про наявні знання, передумови вивчення нового.
3. Вивчення нового матеріалу (презентація вчителя)		Розповідь вчителя з використанням слайдів. Спостереження. Розмова. Розповідь учня з використанням слайдів.
4. Відпрацювання вивченого матеріалу. Закріплення.		Закріплення по опорному конспекту та робота з підручником. Відповіді контрольні питання.
5. Підбиття підсумків. Домашнє завдання		Виділення головного вчителем, учнями.

Хід уроку

Організаційний моментуроку(Привітання, перевірка готовності учнів до уроку)

Сьогодні на уроці ми з вами розглянемо різні погляди на будову світу, з яких саме частинок складається все те, що нас оточує. Урок буде схожий на лекцію, і від вас, в основному, потрібна увага.

На початку уроку я хочу запропонувати вашій увазі історію виникнення вчення про частинки.

2. Актуалізація знань. (Презентація Алексахіної В. «Історія розвитку знань про частинки»)

Слайд 2. Античний атомізм- Це уявлення про будову світу вченими античності. За уявленнями Демокріта, атоми були вічними, незмінними, неподільними, різними за формою та розмірами частинками, які, з'єднуючись і роз'єднуючись, утворювали різні тіла.

Слайд 3.Завдяки відкриттю вченими Діраком, Галілеєм та Ньютоном принципу відносності, законів динаміки, законів збереження, закону всесвітнього тяжіння, в 17 столітті атомістика древніх зазнала значних змін і у науці утвердилася механічна картина світу, в основі якої лежала гравітаційна взаємодія – йому схильні всі тіла та частки, незалежно від заряду.

Слайд 4.Знання, накопичені щодо електричних, магнітних і оптичних явищ, призвели до необхідності доповнення та розвитку картини світу. Таким чином, у 19 столітті і до початку 20 століття почала панувати електродинамічна картина світу. У ній розглядалося вже два типи взаємодії – гравітаційне та електромагнітне. Але їм не вдалося пояснити лише теплове випромінювання, стійкість атома, радіоактивність, фотоефект, лінійний спектр.

Слайд 5.На початку 20 століття з'явилася ідея квантування енергії, яку підтримували Планк, Ейнштейн, Бор, Столет, а також корпускулярно-хвильовий дуалізм Луї де Бройля. Ці відкриття ознаменували появу квантово-польової картини світу, В якій додалася ще й сильна взаємодія. Почалося активне розвиток фізики елементарних частинок.

3. Вивчення нового матеріалу

До тридцятих років 20 століття влаштування світу представлялося вченим у самому простому вигляді. Вони вважали, що «повний набір» частинок, у тому числі складається вся речовина – це протон, нейтрон і електрон. Тож їх назвали елементарними. До цих частинок відносять і фотон – переносник електромагнітних взаємодій.

Слайд 6.Сучасна стандартна модель світу:

Матерія складається з кварків, лептонів та частинок – переносників взаємодії.

Для всіх елементарних частинок є можливість виявити античастинки.

Корпускулярно-хвильовий дуалізм. Принципи невизначеності та квантування.

Сильні, електромагнітні та слабкі взаємодії описуються теоріями великого об'єднання. Залишається необ'єднана гравітація.

Слайд 7.Ядро атома складається з адронів, що складаються з кварків. Адрони – частки, що у сильному взаємодії.

Класифікація адронів: Мезони складаються з одного кварку та одного антикварка Баріони складаються з трьох кварків – нуклонів (протони та нейтрони) та

гіперонів.

Слайд 8.Кварки - фундаментальні частинки, з яких складаються адрони. В даний час відомо 6 різних сортів (частіше кажуть – ароматів) кварків. Кварки утримує сильну взаємодію, беруть участь у сильних, слабких та електромагнітних. Обмінюються між собою глюонами, частинками з нульовою масою та нульовим зарядом. Для всіх кварків існують антикварки . Вони не можуть спостерігатися у вільному вигляді. Мають дробовий електричний заряд: +2/3е – називаються U-кварками (верх) та -1/3е – d-кварк (низ).

Кварковий склад електрона - ud, кварковий склад протона - udd

Слайд 9.Частинки, що не входять до складу ядра, – лептон. Лептони – фундаментальні частки, які беруть участь у сильній взаємодії. На сьогодні відомо 6 лептонів та 6 їх античасток.

Всі частки мають антицастиці. Лептони та їх античастинки: електрон та позитрон з ними електронне нейтрино та антинейтрино. Мюон та антимюон з ними мюонне нейтрино та антинейтрино. Таон та антитаон - таонне нейтрино та антинейтрино.

Слайд 10.Усі взаємодії у природі є проявами чотирьох видів фундаментальних взаємодійміж фундаментальними частинками – лептонами та кварками.

Сильній взаємодіїсхильні кварки, а глюони є його переносниками. Воно пов'язує їх разом, утворюючи протони, нейтрони та інші частки. Побічно воно впливає зв'язок протонів в атомних ядрах.

Електромагнітної взаємодіїсхильні до заряджених частинок. У цьому під впливом електромагнітних сил самі частки не змінюються, лише набувають властивість відштовхуватися у разі однойменних зарядів.

Слабкій взаємодіїсхильні кварки та лептони. Найвідоміший ефект слабкої взаємодії – перетворення нижнього кварку у верхній, що у свою чергу змушує нейтрон розпастися на протон, електрон та антинейтрино.

Одним з найістотніших різновидів слабкої взаємодії є взаємодія Хіггса. Згідно з припущеннями, поле Хіггса (сірий фон) заповнює весь простір рідину, обмежуючи дальність слабких взаємодій. Також бозон Хіггса взаємодіє з кварками та лептонами, забезпечуючи існування їхньої маси.

Гравітаційна взаємодія.Є найбільш слабким із відомих. У ньому беруть участь усі без винятку частки та переносники всіх видів взаємодії. Здійснюється завдяки обміну гравітонами – єдиними, ще відкритими на досвіді частками. Гравітаційна взаємодія завжди є тяжінням.

Слайд 11.Багато фізиків сподіваються на те, що подібно до того, як вдалося об'єднати електромагнітну і слабку взаємодії в електрослабку, згодом вдасться побудувати теорію, що об'єднує все відомі видивзаємодій, назва якої "Велике об'єднання".

4 . Закріплення знань.

Первинне закріплення(Презентація Гордієнка Ж. «Великий адронний колайдер». Сучасні вчені намагаються вдосконалити процес вивчення частинок, з метою добитися нових відкриттів для науково-технічного прогресу. Для цього будуються грандіозні дослідні центрита прискорювачі. Однією з таких грандіозних будов є Великий адронний колайдер.

Підсумкове закріплення(Робота в групах: відповіді на запитання за підручником)

Ви поділені на дві групи: 1 ряд та 2 ряд. У вас є завдання на листках: вам необхідно відповісти на запитання, а відповіді ви знайдете у підручнику у параграфі 28 (стор. 196 – 198).

Завдання першої групи:

Скільки всього фундаментальних частинок? (48)

Кварковий склад електрона? (uud)

Перерахуйте дві найсильніші взаємодії (сильна та електромагнітна)

Повна кількість глюонів? (8)

Завдання другої групи:

Скільки частинок лежить в основі світобудови? (61)

Кварковий склад протону? (udd)

Перерахуйте дві найслабші взаємодії (слабка та гравітаційна)

Які частки здійснюють електромагнітну взаємодію? (Фотон)

Озвучування керівниками груп відповіді питання та обмін картками.

Підсумок уроку.

Ви познайомились із деякими аспектами розвитку сучасної фізики і тепер маєте елементарні уявленняпро те, в якому напрямі розвивається наша наука і для чого це нам потрібно.

6. Домашнє завдання. Параграф 28.

Завдання першої групи:

1. Скільки всього фундаментальних частинок? ______________

2. Кварковий склад електрона? ____________

3. Перерахуйте дві найсильніші взаємодії ______

4. Повна кількість глюонів? _______

___________________________________________________________________

Завдання другої групи:

1. Скільки частинок лежить в основі світобудови? ________

2. Кварковий склад протону? ___________

___________________________________________________________________

Завдання першої групи:

1. Скільки всього фундаментальних частинок? __________

2. Кварковий склад електрона? __________

3. Перерахуйте дві найсильніші взаємодії __________________________________________________________________________

4. Повна кількість глюонів? _________

___________________________________________________________________

Завдання другої групи:

1. Скільки частинок лежить в основі світобудови? ____________

2. Кварковий склад протону? _____________

3. Перерахуйте дві найслабші взаємодії ______________________

4. Які частки здійснюють електромагнітну взаємодію? ______

___________________________________________________________________

Завдання першої групи:

1. Скільки всього фундаментальних частинок? _____________

2. Кварковий склад електрона? ______________

3. Перерахуйте дві найсильніші взаємодії ________________________________________________________________________

4. Повна кількість глюонів? _____

___________________________________________________________________

Завдання другої групи:

1. Скільки частинок лежить в основі світобудови? ______

2. Кварковий склад протону? _________

3. Перерахуйте дві найслабші взаємодії _______________________

4. Які частки здійснюють електромагнітну взаємодію? _______

Муніципальне бюджетне загальноосвітня установа –

середня загальноосвітня школа№ 7 м. Білгорода

Відкритий урокпо фізиці

11 клас

«Елементарні частинки»

Підготувала та провела:

вчитель фізики

Польщикова О.М.

Білгород 2015

Тема: Елементарні частки.

Тип уроку: урок вивчення та первинного закріплення нових знань

Метод навчання:лекція

Форма діяльності учнів: фронтальна, колективна, індивідуальна

Мета уроку: розширити уявлення учнів про будову речовини; розглянути основні етапи розвитку фізики елементарних частинок; дати поняття про елементарні частинки та їх властивості.

Завдання уроку:

Освітня : познайомити учнів із поняттям - елементарна частка, з типологією елементарних частинок, а як і з методами дослідження властивостей елементарних частинок;

Розвиваюча: розвивати пізнавальний інтерес учнів, забезпечуючи посильне залучення в активну пізнавальну діяльність;

Виховна: виховання загальнолюдських якостей - усвідомленості сприйняття наукових досягненьв світі; розвитку допитливості, витримки.

Обладнання для уроку:

Дидактичні матеріали: матеріал підручника, картки з тестами та з таблицями

Наочні посібники: презентація

Хід уроку

(Презентація)

1. Організація початку уроку.

Діяльність вчителя: взаємні вітання вчителя та учнів, фіксація учнів, перевірка готовності учнів до уроку. Організація уваги та включення учнів у діловий ритм роботи.

Прогнозована діяльність учня: організація уваги та включення до ділового ритму роботи.

2. Підготовка до основного етапу заняття.

Діяльність вчителя: сьогодні ми приступимо до вивчення нового розділу Квантова фізика" - "Елементарні частинки". У цьому розділі мова йтиме про первинні, нерозкладні далі частинках, з яких побудована вся матерія, про елементарні частинки.

Існування елементарних частинок фізики виявили щодо ядерних процесів, тому до середини ХХ століття фізика елементарних частинок була розділом ядерної фізики. В даний час фізика елементарних частинок та ядерна фізикає близькими, але самостійними розділами фізики, об'єднаними спільністю багатьох проблем і застосовуваними методами дослідження.

Головне завдання фізики елементарних частинок – це дослідження природи, властивостей та взаємних перетворень елементарних частинок.

Вона буде і нашим головним завданням щодо фізики елементарних частинок.

3. Засвоєння нових знань та способів дій.

Діяльність вчителя: Тема уроку: "Етапи розвитку фізики елементарних частинок". На уроці ми розглянемо такі питання:

Історія розвитку уявлень у тому, що складається з елементарних частинок

Що таке елементарні частинки?

Яким чином можна отримати відокремлену елементарну частинку і чи це можливо?

Типологія часток.

Уявлення про те, що світ складається із фундаментальних частинок, має довгу історію. На сьогоднішній день виділяють три етапи розвитку фізики елементарних частинок.

Відкриємо підручник. Ознайомимося з назвами етапів та тимчасовими рамками.

Етап 1. Від електрона до позитрону: 1897 – 1932 гг.

Етап 2. Від позитрона до кварків: 1932 – 1964 гг.

Етап 3. Від гіпотези про кварки (1964 р.) до наших днів.

Діяльність вчителя:

Етап 1.

Елементарний, тобто. найпростіший, неподільний далі, так уявляв атом відомий давньогрецький вчений Демокріт. Нагадаю, що слово "атом" у перекладі означає "неподільний". Вперше думка про існування найдрібніших, невидимих частинок, з яких складаються всі навколишні предмети, була висловлена Демокрітом за 400 років до нашої ери. Наука почала використовувати уявлення про атоми тільки в початку XIXстоліття, коли на цій основі вдалося пояснити цілу низку хімічних явищ. І наприкінці цього століття було відкрито складну будову атома. В 1911 було відкрито атомне ядро (Е. Резерфорд) і остаточно було доведено, що атоми мають складну будову.

Згадаймо хлопці: які частки входять до складу атома і коротко охарактеризуємо їх?

Прогнозована діяльність учня:

Діяльність вчителя: хлопці, а можливо, хтось пам'ятає з вас: ким і в які роки були відкриті електрон, протон та нейтрон?

Прогнозована діяльність учня:

Електрон.У 1898 р. Дж. Томсон довів дійсність існування електронів. У 1909 р. Р. Міллікен вперше виміряв заряд електрона.

Протон. У 1919 р. е. резерфорд при бомбардуванні азоту - частинками виявив частинку, заряд якої дорівнює заряду електрона, а маса в 1836 разів більше маси електрона. Назвали частинку протону.

нейтрон. Резерфорд також висловив припущення про існування частки, що не має заряду, маса якої дорівнює масі протона.

У 1932 р. Д. Чедвік відкрив частинку, яку припускав Резерфорд, і назвав її нейтроном.

Діяльність вчителя: після відкриття протона і нейтрона стало ясно, що ядра атомів, як і самі атоми, мають складну будову. Виникла протон-нейтронна теорія будови ядер (Д. Д. Іваненко та В. Гейзенберг).

У 30-ті роки ХІХ століття теорії електролізу, розвиненої М. Фарадеєм, з'явилося поняття -іона і було виконано вимір елементарного заряду. Кінець ХІХ століття - крім відкриття електрона, ознаменувався відкриттям явища радіоактивності (А. Беккерель, 1896). У 1905 році у фізиці виникло уявлення про кванти електромагнітного поля- фотонах (А. Ейнштейн).

Згадаймо: що називається фотоном?

Прогнозована діяльність учня: Фотон (або квант електромагнітного випромінювання) - елементарна світлова частка, електрично нейтральна, позбавлена маси спокою, але має енергію та імпульс.

Діяльність вчителя: відкриті частинки вважали неподільними та незмінними початковими сутностями, основними цеглинами світобудови. Однак така думка проіснувала недовго.

Етап 2.

У 30-ті роки було виявлено та досліджено взаємні перетворення протонів і нейтронів, і стало ясно, що ці частинки також не є незмінними елементарними "цеглинами" природи.

В даний час відомо близько 400 суб'ядерних частинок (частки з яких складаються атоми, які називають елементарними). Переважна більшість цих частинок є нестабільними (елементарні частинки перетворюються одна на одну).

Виняток становлять лише фотон, електрон, протон та нейтрино.

Фотон, електрон, протон і нейтрино є стабільними частинками (частки, які можуть існувати у вільному стані необмежений час), але кожна з них при взаємодії з іншими частинками може перетворюватися на інші частки.

Решта частинок через певні проміжки часу відчувають мимовільні перетворення на інші частки і це головний фактїхнє існування.

Я згадала про ще одну частинку - нейтрино. Які основні характеристики цієї частки? Ким і коли її було відкрито?

Прогнозована діяльність учня: Нейтрино - частка, позбавлена електричного заряду і маса спокою його дорівнює 0. Про існування цієї частки передбачив 1931 р. У. Паулі, а 1955 р., частка експериментально зареєстрована. Виявляється внаслідок розпаду нейтрону:

Діяльність вчителя: нестабільні елементарні частинки сильно відрізняються один від одного за часом життя.

Найбільш довгоживучою частинкою є нейтрон. Час життя нейтрону близько 15 хв.

Інші частки "живуть" набагато менший час.

Існує кілька десятків частинок з часом життя, що перевищує 10 -17 с. За масштабами мікросвіту це значний час. Такі частки називаютьщодо стабільними .

Більшість короткоживучих елементарних частинок мають часи життя близько 10-22 -10 -23 с.

Здатність до взаємних перетворень - це найважливіша властивість всіх елементарних частинок.

Елементарні частинки здатні народжуватися та знищуватися (випускатися та поглинатися). Це відноситься також і до стабільних частинок з тією різницею, що перетворення стабільних частинок відбуваються не мимовільно, а при взаємодії з іншими частинками.

Прикладом може бутианігіляція (Тобто. зникнення ) електрона та позитрона, що супроводжується народженням фотонів великої енергії.

Позитрон - (античастка електрона) позитивно заряджена частка, що має ту ж масу і той же (за модулем) заряд, що і електрон. Про її характеристики докладніше поговоримо наступного уроці. Скажімо лише, що існування позитрона було передбачено П. Діраком в 1928 році, а відкрив його в 1932 р. космічних променяхК. Андерсон.

У 1937 році в космічних променях були виявлені частинки з масою 207 електронних мас, названімюонами ( -мезонами ). Середній час життя-мезону дорівнює 2,2 * 10-6 с.

Потім у 1947-1950 роках було відкритопівонії (Тобто. -мезони). Середній час життя нейтрального-мезону - 0,87 · 10 -16 с.

У наступні роки число часток, що знову відкриваються, стало швидко зростати. Цьому сприяли дослідження космічних променів, розвиток прискорювальної техніки та вивчення ядерних реакцій.

Сучасні прискорювачі необхідні реалізації процесу народження нових частинок і вивчення властивостей елементарних частинок. Вихідні частки розганяються у прискорювачі до високих енергій " на зустрічних курсах " й у певному місці зіштовхуються друг з одним. Якщо енергія часток велика, то процесі зіткнення народжується безліч нових часток, зазвичай нестабільних. Ці частки, розлітаючись із точки зіткнення, розпадаються більш стійкі частки, які й реєструються детекторами. Для кожного такого акту зіткнення (фізики кажуть: для кожної події) – а вони реєструються тисячами на секунду! -експериментатори в результаті визначають кінематичні змінні: значення імпульсів та енергій "пійманих" частинок, а також їх траєкторії (див. рис. у підручнику). Набравши багато подій одного типу і вивчивши розподіл цих кінематичних величин, фізики відновлюють те, як протікала взаємодія і до якого типу частинок можна віднести отримані частинки.

Етап 3.

Елементарні частинки об'єднуються у три групи: фотони , лептони і адрони (Додаток 2).

Діти перерахуйте мені частинки, які стосуються групи фотони.

Прогнозована діяльність учня: До групи фотонів відноситься єдина частка - фотон

Діяльність вчителя: наступна група складається з легких частиноклептонів .

: до цієї групи входять два сорти нейтрино (електронне та мюонне), електрон та?-мезон

Діяльність вчителя: до лептонів відносяться ще ряд частинок, які не вказані в таблиці.

Третю велику групу складають важкі частки, які називають адронами. Ця група поділяється на дві підгрупи. Більш легкі частки складають підгрупу мезонів .

Прогнозована діяльність учня: найбільш легкі з них - позитивно та негативно заряджені, а також нейтральні -мезони. Півонії є квантами ядерного поля.

Діяльність вчителя: друга підгрупа -баріони - Включає більш важкі частинки. Вона є найбільшою.

Прогнозована діяльність учня: найлегшими з баріонів є нуклони - протони та нейтрони.

Діяльність вчителя: за ними йдуть так звані гіперони. Замикає таблицю омега-мінус-гіперон, відкритий 1964 р.

Велика кількість відкритих і знову відкриваються адронів навела вчених на думку, що всі вони побудовані з якихось інших фундаментальних частинок.

У 1964 р. американським фізиком М. Гелл-Маном було висунуто гіпотеза, підтверджена наступними дослідженнями, що це важкі фундаментальні частинки - адрони - побудовані з найбільш фундаментальних частинок, названихкварками.

Зі структурної точки зору елементарні частинки, з яких складаються атомні ядра(нуклони), і взагалі всі важкі частинки – адрони (баріони та мезони) – складаються із ще більш простих частинок, які прийнято називати фундаментальними. У цьому ролі по-справжньому фундаментальних первинних елементів матерії виступають кварки, електричний заряд яких дорівнює +2/3 чи -1/3 одиничного позитивного заряду протона.

Найпоширеніші і найлегші кварки називають верхнім і нижнім і позначають, відповідно, u (від англійського up) і d (down). Іноді їх називають протонним і нейтронним кварком через те, що протон складається з комбінації uud, а нейтрон - udd. Верхній кварк має заряд +2/3; нижній – негативний заряд -1/3. Оскільки протон складається з двох верхніх та одного нижнього, а нейтрон - з одного верхнього та двох нижніх кварків, ви можете самостійно переконатися, що сумарний заряд протона та нейтрона виходить строго рівним 1 та 0.

Дві інші пари кварків входять до складу екзотичніших частинок. Кварки з другої пари називають зачарованим – c (від charmed) та дивним – s (від strange).

Третю пару становлять істинний - t (від truth, або англ. традиції top) і красивий - b (від beauty, або англ. традиції bottom) кварки.

Практично всі частинки, що складаються з різних комбінацій кварків, відкриті вже експериментально.

З прийняттям гіпотези кварків вдалося створити струнку систему елементарних частинок. Численні пошуки кварків у вільному стані, що проводилися на прискорювачах високих енергій та в космічних променях, виявилися безуспішними. Вчені вважають, що однією з причин не спостерігання вільних кварків є, можливо, їх дуже великі маси. Це перешкоджає народженню кварків за тих енергій, які досягаються на сучасних прискорювачах.

Однак у грудні 2006 року стрічками наукових інформагентств і ЗМІ пройшло дивне повідомлення про відкриття "вільних топ-кварків".

4. Первинна перевірка розуміння.

Діяльність вчителя: Отже, хлопці, ми розглянули з вами:

основні етапи розвитку фізики елементарних частинок

з'ясували, яку частинку називають елементарною

познайомилися із типологією частинок.

На наступному уроці ми розглянемо:

більше докладну класифікаціюелементарних частинок

види взаємодій елементарних частинок

античастинки.

А зараз я пропоную вам виконати тест, щоб пожвавити в пам'яті основні моменти вивченого нами матеріалу (Додаток 3).

5. Підбиття підсумків заняття.

Діяльність вчителя: Виставлення оцінок найактивнішим учням.

6. Домашнє завдання

Діяльність вчителя:

1. § 114 - 115

2. конспект.