Hodina fyziky časticová fyzika. Predmet
\ Pre učiteľa fyzikyPri použití materiálov z tejto stránky - a umiestnenie banneru je POVINNÉ!!!
Materiály zaslané: Khasan Aliyev Mestská vzdelávacia inštitúcia stredná škola v obci Karasu, okres Chereksky, KBR S. Karasu
Hlavné historické etapy vývoja časticovej fyziky: prvý - od elektrónu po pozitrón, druhý - od pozitrónu po kvarky, tretí - od hypotézy kvarku po súčasnosť. Pojem elementárnych častíc. Ich vzájomné premeny.
Ciele:
- „Zhrnúť a systematizovať materiál na túto tému.
- „Rozvíjať abstraktné, ekologické a vedecké myslenie študentov na základe predstáv o elementárnych časticiach a ich interakciách.
Typ lekcie:, systematizácia a zovšeobecňovanie.
Forma lekcie: prednáška s prvkami rozhovoru a samostatnej práce.
Vyučovacia metóda: dialogický, podnetný.
POČAS VYUČOVANIA
- I. Organizačný moment.
- Plán lekcie:
- 1) Historický exkurz.
- 2) Samostatnou prácou žiakov identifikovať 3 etapy vývoja názorov na elementárne častice
- 3) Úloha elementárnych častíc v našom živote
- II. Prednáška.
Teraz ti položím otázku. Koľko písmen je v ruskej abecede? Správne - 33 písmen, ale vieme z nich poskladať slová, zo slov - viet, z viet - príbehov. Tie. Slovo je základom našej komunikácie, a tak som naše stretnutie začal pesničkou. Ale teraz hovorím o niečom inom, pretože sme na hodine fyziky, nie literatúry a konkrétne časticovej fyziky. Ako to súvisí, pýtate sa? A je to veľmi jednoduché! Pozrime sa na periodickú tabuľku. Koľko prvkov je tam?
Áno. Len 92. Ako? Je toho viac? To je pravda, ale všetko ostatné je umelo získané, v prírode sa nevyskytujú. Kto by ich teraz mohol vymenovať? Je to škoda. V jednom z programov „Zlatá horúčka“ dostal hráč za tieto znalosti 1 kg zlata!
Takže - 92 atómov. Môžete z nich vyrobiť aj slová: molekuly, t.j. látky! Ako slová! Príklad - 2 atómy vodíka, 1 atóm kyslíka! Čo to je? Voda. Ale skutočnosť, že všetky látky pozostávajú z atómov, uviedol Democritus (400 pred Kr.). Bol veľkým cestovateľom a jeho obľúbený výrok bol: „Nič neexistuje okrem atómov a čistého priestoru, všetko ostatné je pohľad.“
Takže: ATÓM – DEMOKRITUJE(stavebný kameň vesmíru).
O necelých 2000 rokov neskôr preberá štafetu Thomson.
THOMSON - ELEKTRON. Začiatok 20. storočia.
RUTHERFORD - PROTON
CHADWICK - NEUTRON
História fyziky elementárnych častíc sa bežne počíta od objavu elektrónu. Potom bola objasnená štruktúra atómového jadra - objavený protón (E. Rutherford, 1910) a neutrón (J. Chadwick, 1932). Prvá etapa vývoja časticovej fyziky bola konvenčne ukončená v polovici 30. rokov 20. storočia. V tom čase bol zoznam elementárnych častíc malý: tri častice - elektrón e-, protón p a neutrón n - sú súčasťou všetkých atómov; zúčastňuje sa fotón g (kvantum elektromagnetického poľa).
interakcia nabitých častíc a procesy emisie a absorpcie svetla. Najdôležitejším teoretickým objavom bola predpoveď v roku 1929 P. Diraca o existencii antičastíc (častice s rovnakou hmotnosťou a spinom, ale opačnými hodnotami nábojov všetkých typov; pozri nižšie). V roku 1932 bola objavená prvá antičastica – pozitrón e+. Napokon pri štúdiu vlastností b-rozpadu jadier W. Pauli v roku 1930 predpovedal existenciu ďalšej častice – n neutrína. Pauliho argumenty boli také presvedčivé, že hoci detekcia neutrín bola v skutočnosti možná až v roku 1956, nikto nepochyboval o existencii tejto častice bezprostredne po tom, čo Pauli vyslovil svoju hypotézu.
Na stoloch máte tabuľku elementárnych častíc. Poďme nájsť tieto častice a charakterizovať ich.
1928- Dirac a Anderson objavili pozitrón, antičasticu elektrónu. A potom sa veľký Einstein rozhodol pomôcť a ponúkol „svoj“ fotón.
1931- Pauli objavuje neutrína a antineutrína. Do roku 1935 sa vytvoril viac-menej koherentný systém. Pri objavovaní elementárnych častíc nastal útlm. Ale to tam nebolo!
1935- Yukawa objaví prvý mezón.
„...myslel som, že som siahol dnu...ale zdola sa ozvalo zaklopanie...“ S. Lemm
Druhá etapa vývoja časticovej fyziky sa začala po druhej svetovej vojne objavením mezónu p v kozmickom žiarení v roku 1947. Od tohto roku bolo objavených viac ako sto elementárnych častíc.
V priebehu asi pätnástich rokov (do začiatku 60. rokov 20. storočia) bolo vďaka pokroku vo vytváraní urýchľovačov a prístrojov na detekciu častíc objavených niekoľko stoviek nových elementárnych častíc s hmotnosťou od 140 MeV do 2 GeV.
Všetky tieto častice boli nestabilné, t.j. sa rozpadli na častice s nižšou hmotnosťou, z ktorých sa nakoniec stali stabilné protóny, elektróny, fotóny a neutrína (a ich antičastice). Všetky sa zdali rovnako elementárne, pretože v rôznych experimentoch bolo možné generovať ľubovoľnú z otvorených častíc
proces zrážky iných častíc. Teoretickí fyzici čelili najťažšej úlohe usporiadať celú objavenú „zoo“ častíc a pokúsiť sa znížiť počet základných častíc na minimum, čím sa dokázalo, že ostatné častice pozostávajú zo základných častíc.
Tretia etapa vývoja časticovej fyziky sa začala v roku 1962, keď M. Gell-Mann a nezávisle na sebe J. Zweig navrhli model štruktúry silne interagujúcich častíc z fundamentálnych častíc – kvarkov. Tento model sa teraz zmenil na koherentnú teóriu všetkých známych typov interakcií častíc.
Môžeme uvažovať, že tretí stupeň sa skončil v roku 1995 objavom posledného z očakávaných, šiesteho kvarku. V súčasnosti nie je známy jediný experiment, ktorý by odporoval existujúcej teórii elementárnych častíc, nazývanej štandardný model, a nenašiel by kvantitatívne vysvetlenie v rámci tejto teórie.
Pozrime sa na tabuľku. Stôl je premietaný na plátno projektorom
Vymenujte 4 hlavné triedy častíc:
- 1. Fotóny
- 2. Leptóny
- 3. Mezóny
- 4. Baryóny
Čo je to elementárna častica? (Elementárne častice sú primárne, ďalej nerozložiteľné častice, z ktorých je postavená všetka hmota)
Teraz prejdime k ďalšej časti lekcie. Pomocou učebnice a sprievodných poznámok jasne rozlíšte 3 štádiá vývoja teórie elementárnych častíc. Pozrite si svoje poznámky a učebnicu.
Asya pracuje v predstavenstve.
III. Ekopauza.
Prečo potrebujeme elementárne častice?
A) Vráťme sa k podpornému zhrnutiu. Vymenujte 4 typy interakcií, ktoré existujú medzi časticami. (Gravitačné (GV), vlastné všetkým časticiam bez výnimky (aj tým, ktoré majú nulovú hmotnosť, pretože vo všeobecnosti gravituje energia, nie hmotnosť!). Silná (SV) , spájajúce kvarky na hadróny - silne interagujúce častice, ktoré sa delia do dvoch skupín: baryóny - častice s polocelým spinom, zložené z troch kvarkov (B ~ qqq), a mezóny - častice s celočíselným spinom, zložené z kvarku a an. antikvark (M ~ `qq) .Elektromagnetický (EMW), zodpovedný za všetky procesy zahŕňajúce fotóny (štruktúra atómov, emisia a absorpcia svetla atómami, atómová štruktúra a vlastnosti hmoty atď., až po také makroskopické prejavy ako trecia sila prejavuje sa v procesoch zahŕňajúcich neutrína a v procesoch rozpadu niektorých hadrónov.)
Najkrajší vzorec vo fyzike!!!
E = mc2
Hmotnosť je energia! Čo sa stane? Môžete urýchliť fotón a získať hmotu!
Môžete získať hmotu z energie! Ukážte to - snažte sa.
(Povedzte jednu zo zaujímavých príhod zo života Einsteina).
B) Vy a ja žijeme na mieste, kde je 1 neutrínový teleskop z 2 existujúcich na zemeguli. Neutrino je častica, ktorá neinteraguje alebo interaguje veľmi slabo s inými časticami. Objavil sa v momente zrodu Vesmíru a nesie množstvo informácií. Zachytávajú sa pomocou teleskopov. 1 s.k. = 5 neutrín.
IN) Existuje také zariadenie - pozitrónový tomograf. Osoba vdýchne alebo vstrekne do krvi rádioaktívny prvok, ktorý vyžaruje pozitróny, ktoré reagujú s elektrónmi tela. Anihilujú a vyžarujú gama lúče, ktoré zachytia detektory.
Povedzte mi pomocou učebnice, čo je to anihilácia?
G) A teraz o nebezpečenstvách, ktoré predstavujú elementárne častice. Veľmi rýchle elektróny alebo gama kvantá (ktoré sa objavia počas anihilácie) môžu v tele vytvoriť až 5 miliárd iónov. Tieto nabité ióny sú zlé pre náš nervový systém. Ak by sme mohli „počúvať“ náš nervový systém, počuli by sme presne ten istý praskavý zvuk, ktorý je počuť, keď do rádiového prijímača prichádza rušenie. Ale v malých, primeraných dávkach je expozícia elementárnym časticiam prospešná.
D) Pozrime sa na 2. bod v podpornom zhrnutí. Tento bod sa týka antičastíc. Existuje hmota – existuje antihmota. Keby sme len našli spôsob, ako ich spojiť! Mohli by sme potom zničiť akúkoľvek špinu zo Zeme a dokonca získať najčistejšiu energiu vo forme gama kvánt. Tu je ďalšia oblasť, v ktorej môžete uplatniť svoje znalosti. Slepý uhol vedy – choďte do toho!
IV. Zhrnutie lekcie.
Použité knihy: Fyzika11 Myakishev, Bukhovtsev - Drop., Otvorená fyzika na CD disku, Fyzika v obrazoch., Kurz o histórii fyziky
Hodina fyziky na tému: Etapy vývoja fyziky elementárnych častíc. Fyzika elementárnych častíc.
Páčilo sa? Prosím, poďakujte nám! Je to pre vás zadarmo a je to pre nás veľká pomoc! Pridajte si našu webovú stránku do svojej sociálnej siete:
Hodina fyziky v 11. ročníku
"SVET ELEMENTÁRNYCH ČASTÍC"
Učiteľ fyziky
GBOU stredná škola č.603
St. Petersburg
Dubilyas Natalya Yurievna
(Snímka č. 1) Téma: Elementárne častice. Základné interakcie.
Cieľ: Pokračovať vo formovaní vedecko-materialistického svetonázoru a holistického Obrazu sveta na základe moderných predstáv o štruktúre hmoty.
Úlohy:
Vzdelávacie :
Uistite sa, že študenti ovládajú vedomosti na tému „Elementárne častice. Základné interakcie“, dávajú pojem „elementárna častica“ a ukazujú históriu vývoja teórie elementárnych častíc; oboznámiť študentov so základmi klasifikácie elementárnych častíc; zovšeobecňovať a upevňovať poznatky o základných interakciách.
Vzdelávacie:
Zlepšenie schopnosti analyzovať vzdelávací materiál; samostatne formulovať závery, rozvíjať myslenie, kognitívnu činnosť a samostatnosť.
Pedagógovia:
Pestovanie záujmu o predmet prostredníctvom zábavného materiálu, kultúrou vzdelávacích aktivít, vytváraním priaznivého psychologického prostredia v triede, vzbudzovaním rešpektu k výdobytkom modernej vedy.
Typ lekcie: lekciu štúdia a spočiatku upevňovania nových vedomostí.
Formát lekcie: prednáška s prvkami rozhovoru a samostatnej práce.
Vyučovacie metódy: slovná, vizuálna, samostatná práca na vyplnení testu.
Forma študentskej aktivity: frontálne, kolektívne, individuálne.
Vybavenie: PC, multimediálny projektor, štandardné vybavenie fyzikálnej miestnosti, podklady (tabuľky)
Plán lekcie:
Organizačná fáza.
Aktualizácia základných vedomostí.
Učenie sa nového materiálu.
Domáca úloha.
Zhrnutie lekcie a reflexie.
Počas tried:
Organizačná fáza.
Pozdrav, kontrola pripravenosti žiakov na vyučovaciu hodinu.
(Snímka č. 2) Pushkin má úžasnú báseň:
Epigraf:
O! koľko úžasných objavov máme
Pripravte ducha osvietenia
A skúsenosť, syn ťažkých chýb,
A génius, priateľ paradoxov,
A náhoda, Boh vynálezca...
A.S. Puškin
Tieto riadky ohromujú hĺbkou myslenia. Obsahujú poetické vyjadrenie princípov modernej fyziky. Je tu náznak metódy postupných aproximácií (skúsenosť, syn ťažkých chýb), vývoja prostredníctvom riešenia paradoxov, ktoré si vyžadujú brilantné nápady (génius, priateľ paradoxov), myšlienky výberu informácií. od hluku (náhodou je Boh vynálezca). Môžeme povedať, že tieto riadky vyjadrujú princípy moderného poznania (princíp cyklickosti). Dnes bude naša lekcia venovaná najpokročilejšej hranici vedy - časticovej fyzike.
Aktualizácia základných vedomostí. (Snímka č. 3)
Úloha žiakov: odpovedaťotázky:
1) Z čoho pozostáva svet okolo nás?
2) Z čoho sú vyrobené telá?
3) Aká je najmenšia častica hmoty?
4) Z čoho sú vyrobené molekuly?
5) Atóm v preklade z gréčtiny znamená „nedeliteľný“. Je to naozaj?
6) Čo vieme o štruktúre atómu?
7) Aké elementárne častice poznáte? Možno ich z pohľadu modernej fyziky nazvať elementárnymi?
(fotón, protón, elektrón, neutrón, neutríno)
Učenie sa nového materiálu.
(Snímka č. 4) Na tabuli sa objavil diagram:
Príroda -
telo -
látka -
molekula -
atóm -
jadro -
nukleóny – protón, neutrón
elektrón.
(Snímka č. 4) Takto vznikol nový odbor fyziky - fyzika elementárnych častíc, ktorá študuje javy vyskytujúce sa na ultramalých (R = 10 -15 t = 10 -8 1 GeV).
Uvažujme o hlavných charakteristikách elementárnych častíc, ktoré sú nám už známe
(prilepte tabuľku do poznámkového bloku)
Častice
Symbol
Oddychová hmota
Nabite
Život
Electron
Proton
Neutrón
Neutrino
Fotón
e –
p
n
ν
γ
m e
1836 ,1 m e
1838,6 m e
10 – 4 m e
0
-1
+1
0
0
0
Stabilný
Stabilný
1000 s
Stabilný
Stabilný
Fyzika stála pred určitými otázkami: (Aké otázky by ste si mohli položiť?)
Aké sú ich vlastnosti?
Budú otvorené nové? (snímka číslo 5)
(Snímka č. 6) V histórii vývoja fyziky elementárnych častíc je zvykom rozlišovať 3 etapy:
Fáza 1 – od atómov Demokrita do roku 1932.
Transformácie pozorované vo svete sú jednoduchým preskupením atómov. Atómy sú nemenné.
Etapa 2 – od roku 1932 do roku 1964.
1932 sa do dejín vedy zapísal ako „rok zázrakov“. Prvým zázrakom bol objav neutrónu, ktorý mal revolučný význam, pretože v skutočnosti znamenal kolaps elektromagnetického konceptu vo fyzike. Predtým bol FCM postavený na dvoch základných interakciách: elektromagnetickej a gravitačnej a vystačil si iba s tromi „stavebnými kameňmi vesmíru“: elektrónom, protónom a fotónom. S príchodom neutrónu sa vo fyzike objavila ďalšia základná interakcia, ktorá sa začala nazývať jadrová alebo silná. Okamžite bol navrhnutý protón-neutrónový model jadra, podľa ktorého sa jadro skladá z protónov a neutrónov viazaných silnou interakciou.
Pri ďalšom výskume sa ukázalo, že na rozdiel od už známych častíc je neutrón nestabilný - spontánne sa mení na iné častice, jednou z nich je neutríno, častica, ktorá bola objavená neskôr, v roku 1955, hoci jej existenciu predpovedal P. Dirac v roku 1931.
(Snímka č. 7) Táto transformácia neutrónov je spôsobená inou interakciou – slabou. Toto je štvrtá zo základných interakcií.
Interakcia
Interagujúce častice
Maximálny dosah
Relatívne interakčné sily
Médiá interakcie
Gravitačné
Všetky častice
10 -39
Gravitóny
Elektromagnetické
Častice s elektrickým nábojom
10 -2
Fotóny
Silný
Nukleóny
Kvarky
10 -15
Mesons
Gluóny
slabý
Leptóny
Kvarky
10 -17
10 -3
Medziľahlé bozóny
Ale! Rok zázrakov sa ešte neskončil. Americký fyzik K.D. Anderson objavil prvú antičasticu – pozitrón, ktorej existenciu teoreticky predpovedal v roku 1928 P. Dirac.
(Snímka č. 8) Z gama kvanta s vysokou energiou vzniká pozitrón: γ → e - + e + (elektrón - pozitrónový pár).
Tu je potrebné spomenúť ešte jeden dôležitý bod:
S objavom pozitrónu sa zrútila priečka medzi hmotou a poľom. Ukazuje sa, že pole sa môže zmeniť na hmotu a hmota na pole.
Anihilačná reakcia: e - + e + → γ + γ
Teraz sa zistilo, že každá častica má antičasticu. Pochopenie vedcov o „elementárnej“ povahe častíc sa zmenilo, keď boli objavené antičastice.
Ak boli začiatkom roku 1932 známe 4 elementárne častice: elektrón, protón, neutrón, fotón, potom sa v polovici 20. storočia objavili v arzenáli experimentálnej fyziky silné urýchľovače a počet elementárnych častíc objavených pomocou novej technológie sa výrazne zvýšil. , ich počet sa začal merať stovky (dodnes bolo objavených asi 400 častíc). Medzi nimi sú mezóny, bozóny, hyperóny a iné.
Takmer všetky sa ukázali ako nestabilné. Častica s najdlhšou životnosťou je neutrón (15 minút).
(Snímka č. 9) Navyše sa ukázalo, že všetky častice môžu zažívať rôzne premeny (samovoľné alebo pri zrážkach s inými časticami) a to je ich charakteristická vlastnosť. (zapíšte si)
V roku 1964 americký fyzik M. Gell-Mann a nezávisle J. Zweig predložili hypotézu, že silne interagujúce častice sú postavené z troch častíc nazývaných kvarky. Od tohto momentu sa začala časticová fyzika
3. fáza, ktorá trvá dodnes. Experimentálne metódy sa tiež stali zložitejšími.
(Snímka č.) V roku 2008 bol spustený Veľký hadrónový urýchľovač, ktorý sa nachádza vo Švajčiarsku a vo Francúzsku. Pre svoju veľkosť sa nazýva veľký: priemer prstenca je 27 km. Vybudovanie LHC trvalo 8 miliárd dolárov a 20 rokov. Na zaznamenávanie informácií z tisícok detektorov bolo vytvorené jedno z najväčších úložísk súborov na planéte. LHC umožní vykonávať experimenty, ktoré boli predtým nemožné.
Primárne pochopenie a upevnenie vedomostí.
(Snímka č.) Takže,
V modernej fyzike sú elementárne častice najmenšie častice hmoty, ktoré nie sú atómami alebo atómovými jadrami.
2) Pokúsme sa spoločne zdôrazniť hlavné vlastnosti elementárnych častíc:
Hmotnosť;
Nabíjanie;
Život;
vzájomná konvertibilita;
Účasť na základných interakciách;
A ďalšie, ktorých názvy sú našim ušiam úplne neznáme
Baryónový náboj;
Zvláštnosť, šarm,...
3) Časticová fyzika študuje javy vyskytujúce sa pri ultra malých (R = 10 -15 m) vzdialenosti, pre veľmi krátke (t = 10 -8 c) časové obdobia a pri ultra vysokých energiách (E 1 GeV).
4) Vzájomná konvertibilita je charakteristická vlastnosť všetkých elementárnych častíc.
5) Existencia antičastíc;
6) Premena poľa na hmotu a hmoty na pole (anihilácia častíc a antičastíc);
7) Počet ES presiahol 400, preto je potrebné ich klasifikovať.
8) Na klasifikáciu elementárnych častíc si môžete vybrať niektoré všeobecné vlastnosti, ale jeden z najúspešnejších spôsobov klasifikácie EC je založený na interakciách častíc.
(Tabuľka 2) (Č. snímky)
Na upevnenie získaných vedomostí navrhujem absolvovať test. (študenti absolvujú test s ďalším autotestom)
Test.
Ktoré z nasledujúcich žiarení nie je v magnetickom poli vychýlené?
Alfa – častice;
tok protónov;
beta častice;
Gama žiarenie.
Ktorá predstava o štruktúre atómu je správna? Väčšina atómu je koncentrovaná...
V jadre je náboj elektrónu kladný;
V jadre je jadrový náboj záporný;
V elektrónoch je náboj elektrónov záporný;
V jadre majú elektróny záporný náboj.
Jadro pozostáva z...
Neutróny a elektróny;
Protóny a neutróny;
Protóny a elektróny;
Neutróny.
Aké jadrové procesy produkujú neutrína?
S rozpadom alfa;
Počas beta rozpadu;
Pri vyžarovaní gama kvánt;
Počas akýchkoľvek jadrových transformácií;
Počas anihilácie elektrónu a pozitrónu:
Energia sa uvoľňuje žiarením;
Zrodí sa nový elektrón-pozitrónový pár;
Energia sa absorbuje;
Atóm prechádza do excitovaného stavu.
(Č. snímky) Výsledky testu:
Otázka
Odpoveď
(Č. snímky) Domáca úloha: Kapitola 14, 114, 115, článok o kvarkoch, Internet - zdroje pre tých, ktorí sa chcú dozvedieť viac.
Zhrnutie a reflexia lekcie. (Č. snímky)
Dnes sme sa teda v lekcii zoznámili so zaujímavým svetom elementárnych častíc, no moderný obraz sveta elementárnych častíc nie je konečný. Vpredu nás čakajú vzrušujúce teoretické a experimentálne objavy, ktoré rozšíria a prehĺbia naše chápanie sveta, v ktorom žijeme, a dajú nám nové technológie a príležitosti. Ale nezabúdajme, že Svet je zložitejší, ako si myslíme.
Vráťme sa k otázkam na začiatku hodiny (Snímka č.)
Existujú ďalšie častice?
Aké sú ich vlastnosti?
Čo je charakteristické pre elementárne častice?
Koľko častíc môže byť?
Budú otvorené nové?
Na pripomenutie si nášho stretnutia som pre vás pripravil záložky.
Na vašich stoloch sú obálky s žetónmi a na tabuli je model vesmíru, ktorý ešte nie je naplnený časticami. Ak sa vám lekcia páčila a naučili ste sa niečo nové, pripojte červený čip - protón; ak sa vám to nepáčilo - zelený elektrón; ak ste zostali ľahostajní k tomu, čo sa deje - modrý neutrón.
Ďakujem za vašu prácu, prajem veľa úspechov pri štúdiu fyziky!
Príklady javov, ktoré spochybňujú nemennosť atómov Elektrifikácia telies Čiarové spektrá emisie a absorpcie atómov Rádioaktivita Elektrolýza Fotoelektrický jav Termiónová emisia Elektrický výboj v plynoch Záver: atómy majú zložitú vnútornú štruktúru a nie sú to najjednoduchšie nezničiteľné a nemenné častice
Elementárne častice (z lat. elementarius - pôvodný, najjednoduchší, základný) Častice, z ktorých sú postavené atómy, sa považovali za neschopné akýchkoľvek premien.Elektróny, protóny a neutróny sa začali považovať za elementárne.Neskôr sa do počtu elementárnych častíc započítavali aj fotóny Zistilo sa, že voľný neutrón je nestabilný a žije v priemere 15 minút Nedá sa však povedať, že neutrón pozostáva z týchto častíc, tie sa rodia v momente rozpadu
Elementárne častice sú častice, ktoré na súčasnej úrovni vývoja fyziky nemožno považovať za kombináciu iných, „jednoduchších“ častíc, ktoré existujú vo voľnom stave. Elementárna častica v procese interakcie s inými časticami alebo poľami, sa musia správať ako jeden celok.Všetky elementárne častice sa navzájom premieňajú a tieto vzájomné premeny sú hlavným faktom ich existencie.Nedeliteľnosť elementárnych častíc neznamená, že im chýba vnútorná štruktúra
ANTI-ČASTICE V roku 1928 Paul Dirac vyvinul teóriu pohybu elektrónov v atóme, berúc do úvahy relativistické efekty. Z rovnice vyplynulo, že elektrón musí mať „dvojník“ – časticu rovnakej hmotnosti, ale s kladným elementárnym nábojom.V roku 1932 K. Anderson experimentálne objavil pozitróny v kozmickom žiarení
ANTIČASTICE Všetky elementárne častice majú antičastice Nabité častice existujú v pároch V roku 1955 bol objavený antiprotón V roku 1956 antineutrón Existujú skutočne neutrálne častice - fotón, mezón pi-nula, etamezón. Úplne sa zhodujú s ich antičasticami
ANIHILATION Ukázalo sa, že antičastice sú schopné zvláštneho typu interakcie (dokázané experimentom F. Joliot-Curie z roku 1933). Dve antičastice pri stretnutí anihilujú (z Lat nihil - nič), pričom sa menia na dva, zriedkavo tri fotóny
Elementárne častice sú rozdelené do skupín podľa ich schopností pre rôzne typy fundamentálnych interakcií 1. Gravitačná interakcia - - je opísaná zákonom univerzálnej gravitácie - - pôsobí medzi ľubovoľnými telesami Vesmíru - - hrá hlavnú úlohu len pre makroskopické telesá veľké hmoty - - nosiče - gravitóny?
2. Elektromagnetická interakcia – pôsobí medzi akýmikoľvek elektricky nabitými časticami a telesami, ako aj fotónmi – kvantá elektromagnetického poľa – poskytuje možnosť existencie atómov, molekúl; určuje vlastnosti pevných látok, kvapalín, plynov a plazmy – spôsobuje štiepenie ťažkých jadier; emisia a absorpcia fotónov hmotou - nosiče - fotóny
3. Silná interakcia - ide o interakciu medzi nukleónmi a inými ťažkými časticami - prejavuje sa na veľmi krátkych vzdialenostiach ~ m - príkladom je interakcia nukleónov s jadrovými silami - častice schopné tejto interakcie sa nazývajú hadróny - nosiče - gluóny a mezóny
4. Slabá interakcia - zúčastňujú sa na nej akékoľvek elementárne častice okrem fotónov - prejavuje sa len vo veľmi malých vzdialenostiach ~ m - príkladom slabej interakcie je proces beta rozpadu neutrónu, rozpad nabitého piónu - nosiče - intermediárne bozóny
KVARKY Hlavnou myšlienkou, ktorú prvýkrát vyjadrili M. Gell-Mann a J. Zweig, je, že všetky častice zúčastňujúce sa silných interakcií sú postavené zo základných častíc – kvarkov. Okrem leptónov, fotónov a intermediárnych bozónov sú všetky už objavené častice zložené. Kvarky v dnešnom vesmíre existujú iba vo viazaných stavoch – iba ako súčasť hadrónov. Napríklad protón je uud, neutrón je udd.
Kvarkové zloženie elementárnych častíc Všetky častice sú rozdelené do dvoch tried: Fermióny, ktoré tvoria hmotu; Bosóny, prostredníctvom ktorých dochádza k interakcii. Fermióny sa delia na leptóny a kvarky. V súčasnosti sa 6 leptónov a 6 kvarkov vyhlasuje za skutočné elementárne častice
Zhrnutie Počas štúdia atómov a elementárnych častíc boli objavené javy, ktoré sa vôbec neriadili zákonmi klasickej fyziky a to viedlo k vytvoreniu kvantovej fyziky ako fyziky javov mikrosveta. Aký je vzťah medzi klasickou a kvantovou fyzikou? Existujú ako dve nezávislé teórie alebo kvantová fyzika vyvrátila a zrušila tú klasickú?
Zhrnutie Ani prvé, ani druhé sa nestalo. Zákony kvantovej fyziky sa ukázali ako univerzálne zákony platné nielen pre systémy elementárnych častíc, ale aj pre akékoľvek telesá makrokozmu. Klasická fyzika sa v súlade s princípom korešpondencie ukázala ako špeciálny prípad kvantovej fyziky, použiteľný len v obmedzenom rozsahu vzdialeností a veľkostí telies v makrosvete.
Lekcia č.67.
Téma lekcie: Problémy elementárnych častíc
Ciele lekcie:
Vzdelávacie: oboznámiť študentov s pojmom elementárna častica, s klasifikáciou elementárnych častíc, zovšeobecniť a upevniť poznatky o základných typoch interakcií, formovať vedecký svetonázor.
Vzdelávacie: formovať kognitívny záujem o fyziku, vzbudzovať lásku a úctu k výdobytkom vedy.
Vzdelávacie: rozvoj zvedavosti, schopnosti analyzovať, samostatne formulovať závery, rozvíjať reč a myslenie.
Vybavenie: interaktívna tabuľa (alebo projektor s plátnom).
Typ lekcie: učenie sa nového materiálu.
Typ lekcie: prednáška
Počas tried:
Organizačná fáza
Štúdium novej témy.
V prírode existujú 4 typy základných (základných) interakcií: gravitačná, elektromagnetická, silná a slabá. Podľa moderných predstáv sa interakcia medzi telami uskutočňuje prostredníctvom polí obklopujúcich tieto telá. Samotné pole sa v kvantovej teórii chápe ako súbor kvánt. Každý typ interakcie má svoje vlastné nosiče interakcie a vedie k absorpcii a emisii zodpovedajúcich svetelných kvánt časticami.
Interakcie môžu byť na veľké vzdialenosti (prejavujú sa na veľmi dlhé vzdialenosti) a na krátke vzdialenosti (prejavujú sa na veľmi krátke vzdialenosti).
Gravitačná interakcia prebieha výmenou gravitónov. Experimentálne neboli zistené. Podľa zákona objaveného v roku 1687 veľkým anglickým vedcom Isaacom Newtonom sa všetky telesá bez ohľadu na tvar a veľkosť navzájom priťahujú silou priamo úmernou ich hmotnosti a nepriamo úmernou druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi. Gravitačná interakcia vždy vedie k príťažlivosti telies.
Elektromagnetická interakcia má veľký dosah. Na rozdiel od gravitačnej interakcie môže elektromagnetická interakcia viesť k príťažlivosti aj odpudzovaniu. Nositeľmi elektromagnetickej interakcie sú kvantá elektromagnetického poľa – fotóny. V dôsledku výmeny týchto častíc vzniká medzi nabitými telesami elektromagnetická interakcia.
Silná interakcia je najsilnejšia zo všetkých interakcií. Je to krátky dosah, zodpovedajúce sily veľmi rýchlo klesajú so zväčšujúcou sa vzdialenosťou medzi nimi. Akčný rádius jadrových síl je 10 -13 cm
Slabá interakcia sa vyskytuje na veľmi krátkych vzdialenostiach. Rozsah pôsobenia je približne 1000-krát menší ako dosah jadrových síl.
Objav rádioaktivity a výsledky Rutherfordových experimentov presvedčivo ukázali, že atómy sú zložené z častíc. Zistilo sa, že pozostávajú z elektrónov, protónov a neutrónov. Najprv sa častice, z ktorých sú postavené atómy, považovali za nedeliteľné. Preto sa nazývali elementárne častice. Myšlienka „jednoduchej“ štruktúry sveta bola zničená, keď bola v roku 1932 objavená antičastica elektrónu - častica, ktorá mala rovnakú hmotnosť ako elektrón, ale líšila sa od neho znakom elektrického náboja. Táto kladne nabitá častica sa nazývala pozitrón... podľa moderných koncepcií má každá častica antičasticu. Častica a antičastica majú rovnakú hmotnosť, ale opačné znamienka všetkých nábojov. Ak sa antičastica zhoduje so samotnou časticou, potom sa takéto častice nazývajú skutočne neutrálne, ich náboj je 0. Napríklad fotón. Keď sa častica a antičastica zrazia, anihilujú, to znamená, že zmiznú a premenia sa na iné častice (často sú tieto častice fotón).
Všetky elementárne častice (ktoré sa nedajú rozdeliť na zložky) sú rozdelené do 2 skupín: fundamentálne (bezštruktúrne častice, všetky základné častice sa v tomto štádiu vývoja fyziky považujú za bezštruktúrne, to znamená, že sa neskladajú z iných častíc) a hadróny ( častice so zložitou štruktúrou).
Fundamentálne častice sa zase delia na leptóny, kvarky a nosiče interakcií. Hadróny sa delia na baryóny a mezóny. Leptóny zahŕňajú elektrón, pozitrón, mión, taón a tri typy neutrín.
Kvarky sú častice, ktoré tvoria všetky hadróny. Zúčastnite sa silných interakcií.
Podľa moderných koncepcií každá z interakcií vzniká ako výsledok výmeny častíc, nazývaných nosiče tejto interakcie: fotón (častica, ktorá nesie elektromagnetickú interakciu), osem gluónov (častice, ktoré nesú silnú interakciu), tri medziprodukty vektorové bozóny W + , W− a Z 0, nesúci slabú interakciu, gravitón (nositeľ gravitačnej interakcie). Existencia gravitónov zatiaľ nebola experimentálne dokázaná.
Hadróny sa zúčastňujú všetkých typov základných interakcií. Pozostávajú z kvarkov a delia sa na: baryóny pozostávajúce z troch kvarkov a mezóny, ktoré pozostávajú z dvoch kvarkov, z ktorých jeden je antikvark.
Najsilnejšia interakcia je interakcia medzi kvarkami. Protón pozostáva z 2 kvarkov u, jedného kvarku d, neutrón pozostáva z jedného kvarku u a 2 d kvarkov. Ukázalo sa, že na veľmi krátke vzdialenosti si žiadny z kvarkov svojich susedov nevšíma a správajú sa ako voľné častice, ktoré medzi sebou neinteragujú. Keď sa kvarky od seba vzďaľujú, vzniká medzi nimi príťažlivosť, ktorá sa zväčšuje s narastajúcou vzdialenosťou. Rozdelenie hadrónov na jednotlivé izolované kvarky by vyžadovalo veľa energie. Keďže takáto energia neexistuje, kvarky sa stanú večnými väzňami a navždy zostanú uzamknuté vo vnútri hadrónu. Kvarky sú držané vo vnútri hadrónu gluónovým poľom.
III. Konsolidácia
Možnosť 1.
Možnosť 2.
3.. Ako dlho žije neutrón mimo atómového jadra? A. 12 min B. 15 min
Zhrnutie lekcie. Na hodine sme sa zoznámili s časticami mikrosveta a zistili, ktoré častice sa nazývajú elementárne.
D/z§ 9.3
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
III. Konsolidácia
Vymenujte hlavné interakcie, ktoré existujú v prírode
Aký je rozdiel medzi časticou a antičasticou? Čo majú spoločné?
Ktoré častice sa podieľajú na gravitačných, elektromagnetických, silných a slabých interakciách?
Možnosť 1.
1. Jednou z vlastností elementárnych častíc je schopnosť……… A. premieňať sa jedna na druhú B. samovoľne sa meniť
2. Častice, ktoré môžu existovať vo voľnom stave neobmedzený čas, sa nazývajú..... A. nestabilné B. stabilné.
3. Ktorá častica je stabilná? A. protón B. mezón
4. Častica s dlhou životnosťou. A. neutríno B. neutrón
5. Neutrína vznikajú ako výsledok rozpadu..... A. elektrónu B. neutrónu
Možnosť 2.
Čo je hlavným faktorom existencie elementárnych častíc?
A. ich vzájomné prenikanie B. ich vzájomná premena.
2. Ktorá z elementárnych častíc nie je izolovaná na voľnú časticu. A. pion B. kvarky
3. Ako dlho žije neutrón mimo atómového jadra? A. 12 min B. 15 min
Ktorá častica nie je stabilná? A. fotón B. leptón
Existujú v prírode nemenné častice? A. áno B. nie
Molyanova Nadezhda Mikhailovna ID 011
Téma: Pôvod časticovej fyziky. Klasifikácia elementárnych častíc.Hlavný obsah vzdelávacieho materiálu:
- Historické etapy vývoja elementárnych častíc.
- Pojem elementárnych častíc a ich klasifikácia, vzájomné premeny.
- Typy interakcií elementárnych častíc.
- Elementárne častice v našom živote.
Typ lekcie: zovšeobecňovanie a systematizácia.
Formát lekcie: Prednáška s prvkami konverzácie a samostatnej práce študentov s učebnicou a tabuľkami (Tabuľky sú na študentských stoloch a počas hodiny sa premietajú na plátno)
Účel lekcie:
- Rozšíriť vedomosti študentov o štruktúre hmoty, uviesť klasifikáciu elementárnych častíc, ich všeobecné vlastnosti a oboznámiť ich s hlavnými štádiami vývoja.
- Rozvíjať vedecké myslenie študentov na základe predstáv o elementárnych časticiach a ich interakciách
Počas tried:
1. Organizačný moment (1 min.)
2. Učenie sa nového materiálu (30 min.)
3. Upevnenie naučených vedomostí (6 min.)
4. Zhrnutie (2 min.)
5. D/Z (1 min.)
1. Dnes v lekcii budeme hovoriť o primárnych, nerozložiteľných časticiach, ktoré tvoria všetku hmotu. Elektrón, fotón, protón a neutrón už viac-menej poznáte. Čo je však elementárna častica?
2. Historické etapy vývoja elementárnych častíc možno prezentovať formou tabuľky.
Na začiatku 20. storočia sa zistilo, že všetky atómy sú postavené z neutrónov, protónov a elektrónov. Boli objavené pozitróny, neutrína, fotóny (gama kvantá).
Základné charakteristiky najbežnejších elementárnych častíc.
Elementárne častice v presnom zmysle slova sú primárne, ďalej nerozložiteľné častice, z ktorých sa skladajú všetky látky.
V súčasnosti sa tento výraz používa pre veľkú skupinu mikročastíc, ktoré NIE SÚ atómami alebo jadrami, s výnimkou protónu, ktorý je elementárnou časticou aj jadrom ľahkého atómu vodíka.
Elementárne častice sú charakterizované nasledujúcimi parametrami: pokojová hmotnosť častice, hodnota spinu, hodnota elektrického náboja, životnosť."
Spin elementárnej častice sa rovná pomeru Planckovej konštanty k 2 n 
Nazývajú sa častice so spinom atď bozóny ; s rotáciou pol celého čísla - fermióny , teda všetky elementárne častice sú rozdelené na častice a antičastice. Majú rovnakú hmotnosť, rotáciu, životnosť a elektrické náboje rovnakej veľkosti.
Pozitron bol objavený v oblačnej komore v roku 1928. Táto častica je elektrón, ale s kladným nábojom bol pozitrón objavený v kozmickom žiarení. Neskôr pri interakcii gama kvánt s hmotou a pri reakcii premeny protónu na neutrón. 
Proces interakcie elementárnej častice s antičasticou, v dôsledku ktorej sa menia na iné častice alebo kvantá elektromagnetického poľa, sa nazýva zničenie
(zmiznutie). Anihilačná reakcia:
Obrátený proces anihilácie sa nazýva narodenie páru
.
otázka: Zamyslite sa nad tým, akú štruktúru bude mať antideutérium?
odpoveď: pozostáva z elektrónu a jadra (protón a neutrón). Atóm antideutéria sa bude skladať z antinuklea (antiprotón a antineutrón) a jedného pozitrónu pohybujúceho sa okolo antijadra.
Elementárne častice sa zúčastňujú štyroch známych základných typov interakcie:
silné, elektromagnetické, slabé a gravitačné. (pozri tabuľku 3) 
Energie základných interakcií sú približne nasledovné:
Pozrime sa na tabuľku 4
otázka: Vymenujte hlavné triedy elementárnych častíc. 
odpoveď: fotóny, leptóny, mezóny, baryóny.
otázka: Vymenujte hlavné charakteristiky elementárnych častíc.
odpoveď: Hmotnosť, nabíjanie, rotácia, životnosť.
otázka: Ako sa líšia častice a antičastice?
odpoveď: Znaky elektrických nábojov častice a antičastice sú opačné.
Fotóny– častice zúčastňujúce sa elektromagnetických a gravitačných interakcií.
Leptóny– častice, ktoré sa nezúčastňujú silných interakcií, ale sú schopné ostatných troch.
Hadróny– častice zúčastňujúce sa všetkých typov základných interakcií. Táto trieda zahŕňa baryóny a mezóny. Baryóny majú polovičné celočíselné rotácie a mezóny majú celočíselné rotácie. Príslušnosť k baryónu je označená priradením baryónového náboja - číslo rovné +1 pre časticu a -1 pre antičasticu. Hadróny zahŕňajú iba časť mezónov (P-mezón). Nukleóny sú klasifikované ako baryóny. Baryóny, ktorých hmotnosť je väčšia ako hmotnosť nukleónu, sa nazývajú hyperóny.
Príslušnosť k leptónom je označená priradením leptónového náboja každej častici: +1 pre častice, -1 pre antičastice.
Zistilo sa, že hadróny pozostávajú z kvarky– šesť častíc s čiastkovým elementárnym elektrickým nábojom. Kvarky neboli pozorované vo voľnom stave, nachádzajú sa iba v samom strede nukleónu ako nezávislé častice.
Na preniknutie hlbšie do mikrosveta je potrebné použiť častice stále vyšších energií.
Ukazuje sa, že pri obrovskej energii existujúcej pri teplote sa slabé a elektromagnetické interakcie spájajú do elektroslabej interakcie. Keď sa spoja všetky štyri interakcie, je možné transformovať častice fyzickej hmoty (fermióny) na častice, ktoré sú nositeľmi interakcie (bozóny).
Prečo sú informácie o elementárnych časticiach také potrebné?
Najdôležitejšou vecou pre časticovú fyziku je záver o vzťahu medzi hmotnosťou a energiou. Energia telesa alebo sústavy tém sa rovná hmotnosti vynásobenej druhou mocninou rýchlosti.
Niečo na zamyslenie!
Neutríno je častica, ktorá sa objavila v momente zrodu vesmíru a nesie množstvo informácií, takže neutrínové teleskopy „chytajú“ častice a vedci ich skúmajú. K dispozícii je pozitrónový tomograf. Do krvi živého organizmu sa zavádza rádioaktívny prvok, ktorý vyžaruje pozitróny, ktoré reagujú s elektrónmi tela, anihilujú a vyžarujú gama lúče, ktoré sú detekované detektorom.
V malých dávkach má gama žiarenie určitý prínos pre živé organizmy. Oblasť použitia: medicína, veda, technika.
3.
Pomocou podporných poznámok, učebnice, tabuliek odpovedzte na otázky. 
4. Všetky elementárne častice sa navzájom premieňajú, t.j. tieto vzájomné premeny sú hlavným faktorom ich existencie. Medzi vlastnosťami elementárnych častíc možno rozlíšiť: nestabilita, vzájomná konvertibilita a interakcia, prítomnosť antičastice v každej častici, zložitá štruktúra, klasifikácia.
Svet pozostáva zo základných častíc. Každé hmotné telo má hmotnosť. čo je hmotnosť? LHC je urýchľovač častíc, ktorý fyzikom umožňuje preniknúť hlbšie do hmoty ako kedykoľvek predtým.
Vytvorenie LHC znamená začiatok budúceho pokročilého výskumu. Výskumníci dúfajú v nové fyzikálne javy, ako sú nepolapiteľné Higgsove častice alebo tie, ktoré tvoria temnú hmotu, ktorá tvorí väčšinu hmoty vo vesmíre. Nie je možné presne predpovedať výsledky nadchádzajúcich experimentov, ale určite budú mať veľký vplyv nielen na časticovú fyziku! Vytvorením LHC sa však nekončí jedna stránka v histórii fyziky, ale skôr začiatok budúceho sľubného výskumu.
5.
domáca úloha (na tabuli)
odseky 115, 116; referenčný sumár
vypracovať správu o postupe výskumných prác na LHC.
Použité knihy:
Fyzika 11 G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovcev. drop.
Kurz fyziky. Zväzok 3 K.A. Putilov, V.A. Fabrikant.
Atómová a jadrová fyzika. OK. Costco.
Vývoj lekcií vo fyzike. 11. ročník V.A.Volkov.
Uroki. Net
