Ученики на Учителя.com


План-конспект урока "Понятие об элементарных частицах" 11 класс

План-конспект урока
по теме
«Понятие
об элементарных частицах»
(11 класс)
Учитель физики
Черпита Валерий Николаевич
ГБОУ Школа 2051
города Москвы
Понятие об элементарных частицах.
Классификация элементарных частиц.
Задачи урока: ознакомить учащихся с элементарными частицами как
единственными представителями материи на уровне меньших 10¯¹⁵ м
пространственных размеров и расстояний; раскрыть общие свойства
элементарных частиц, дать их классификацию.
План урока
Этапы урока
Время,
мин
Методы и приемы
I. Введение: постановка
учебных проблем урока
3 – 5
Рассказ и формулировка
учителя
II. Изучение нового
материала: понятие об
элементарных частицах,
классификация частиц, кварки
и др.
30 – 35
Рассказ учителя с
использованием элементов
беседы. Работа с учебником.
Хрестоматийный материал.
Таблица. Записи в тетради
III. Подведение итогов,
выделение главного.
Домашнее задание
5 – 7
Беседа по вопросам.
Формулировка выводов
1. На протяжении курса физики учащиеся не раз встречались с
элементарными частицами. Уже на первой ступени изучались электроны;
далее понятие электрона использовалось во многих случаях. В квантовой
физике учащиеся узнали о протоне и нейтроне.
Заключительные уроки могут быть проведены в форме школьных
лекций, включающих элементы беседы, краткие выступления учащихся по
отдельным вопросам. Для поддержания познавательной активности
учащихся на уроке нужно обеспечить смену их деятельности, сочетать
информационный материал (рассказ, сообщение) с репродуктивным (ответы
на вопросы, самостоятельная работа с учебником) и проблемным (постановка
проблемы, выдвижение гипотез и т.д.). При подготовке уроков следует
позаботиться о средствах наглядности, подготовить таблицы, фотографии
треков и т.д. Для многократного применения вводимых понятий времени в
курсе уже нет, поэтому следует возможно больше связывать новое с раннее
изученным.
2. Изложение нового материала. По мере углубления в строение
вещества наука открыла молекулы, атомы, выяснила, что атом состоит из
ядра и электронов, наконец, установила сложное строение ядра, в которое
входят протоны и нейтроны.
Если мы будем рассматривать строение вещества с учетом этих
сведений, то в микромире на уровне малых расстояний, порядка 10¯¹⁴– 10¯¹⁵
м, можно заключить, что вещество состоит из протонов, нейтронов и
электронов. Но материя представлена в природе не только веществом, но и
электромагнитным полем. Электромагнитное поле также состоит из
микрочастиц – фотонов.
Микрочастица – фотоны, электроны, протоны, нейтроны – называются
элементарными частицами. Слово «элементарная» означает простейшая,
лежащая в основе материи: все материальные объекты – тела, поля – состоят
из этих частиц. При введении этого термина предполагалось, что внутренняя
структура у элементарных частиц отсутствует, т.е. они более не из ничего не
состоят. Сейчас понятие об элементарности уточнено, о чем будет сказано
ниже.
В настоящее время открыто более 400 микрочастиц, по размерам, массе,
электрическому заряду (и некоторым другим свойствам) близких к
перечисленным выше. Все они также называются элементарными.
Характерная особенность большинства элементарных частиц – их
нестабильность. Все частицы, кроме фотонов в пустоте, электронов,
протонов, нейтронов (в ядре) и частиц нейтрино, самопроизвольно
распадаются, превращаясь в конце концов в стабильные. Эти процессы
подобны радиоактивному распаду ядер. Среднее время жизни нестабильных
элементарных частиц чрезвычайно мало долгоживущими или относительно
стабильными считаются частицы, время жизни которых 10¯⁶– 10¯¹⁴с, а
имеются и частицы, живущие всего 10¯²²– 10¯²³с.
Нейтрон вне ядра также неустойчив: среднее время жизни его 16 мин,
но по сравнению с временем жизни короткоживущих частиц это очень
большой срок.
Понятно, что если Вселенная когда-то возникла, то за время ее
существования до наших дней все нестабильные элементарные частицы
распались бы, превратились бы в стабильные или исчезли бы, отдав свою
энергию тепловому движению стабильных частиц вещества. Откуда же
берутся короткоживущие частицы? Их открыли и получают как в ядерных
реакциях, так и в различных реакциях со стабильными элементарными
частицами. Реакция происходит, когда одна элементарная частица
сталкивается с другой или самопроизвольно распадается. В результате
реакции образуются новые частицы, происходит взаимное превращение
частиц.
В качестве примера реакции распада приведем следующую реакцию:
n → p + e¯+ ṽ,
где нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино.
Антинейтрино и нейтрино – это частицы с очень малой массой покоя, в
тысячи раз меньшей самой легкой частицы – электрона. Они
электронейтральны. Нейтрино – стабильная частица. Долгое время, посте
теоретического предсказания, действия нейтрино не удавалось
зафиксировать на опыте. Наконец в 1956 году была осуществлена реакция
p + ṽ → n + e˖
в которой образовался нейтрон и положительно заряженный электрон –
позитрон.
Позитрон обнаруживается в опыте, встречаясь с электроном, – он
«исчезает» вместе с электроном:
e˖ + e¯ → 2y
Реакция называется аннигиляцией электронно-позитивной пары; в
результате образуются два фотона, которые фиксируются специальными
счетчиками.
Взаимная превращаемость элементарных частиц при взаимодействиях
– вторая их особенность.
Третья, присущая всем элементарным частицам особенность – наличие у
каждой частицы двойника – античастицы. Если частица электрически
заряжена, то античастица несет противоположный по знаку заряд. Но
существуют античастицы и у незаряженных частиц. При встрече
взаимодействие частицы и античастицы приводит к их аннигиляции, т.е. к
исчезновению, к превращению в фотоны или другие частицы. В настоящее
время античастицы обнаружены почти для всех известных частиц, в том
числе получен антипротон, антинейтрон. Получен даже атом, состоящий из
античастиц, - антигелий, так что в принципе можно говорить о возможности
существования антивещества. Соединение вещества с антивеществом должно
привести к переходу вещества в поле, к аннигиляции вещества в рамках
законов сохранения энергии, импульса, электрического заряда; при этом
выделяется энергия, эквивалентная массе покоя mc². Но в настоящее время
известно, что Вселенная состоит только из вещества, а антивещества в ней
нет, как нет или очень мало стабильных античастиц.
Далее следует дать классификацию элементарных частиц с
подразделением всех частиц по массе на классы: лептоны, мезоны, барионы.
При рассмотрении и анализе таблицы элементарных частиц обращаем
внимание на их характеристики: массы, заряды, время жизни. Сообщаем, что
в таблицу помещены основные частицы – стабильные и относительно
стабильные. Множество нестабильных частиц – мезонов и барионов,
называемых резонансами, – в таблицу не помещено.
Обсуждаем размеры частиц. По современным данным, фотоны и
лептоны не обнаруживают в опытах протяженности и внутренней
структуры. В этом отношении их можно отнести к истинно
элементарным (первичным) частицам. Мезоны и барионы имеют
размеры порядка 10¯¹⁵м. Опыты по рассеянию на них электронов очень
высокой энергии, подобные опытам Резерфорда, приводят к выводу о
наличии внутренней структуры мезонов и барионов. Можно сказать, что они
не элементарны, а состоят из субэлементарных частиц, получивших название
кварки.
Мы не затрагиваем при изучении элементарных частиц второе
макроскопическое поле, существующее в природе,– гравитационное.
Теоретически установлено, что на микроуровне оно состоит из квантов поля,
называемых гравитонами. Это, как и фотоны, частицы без массы покоя я
заряда. Однако гравитон экспериментально не обнаружен.
3. Подведение итогов. Рефлексия
Домашнее задание
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: