kopilkaurokov.ru - сайт для учителей

Создайте Ваш сайт учителя Курсы ПК и ППК Видеоуроки Олимпиады Вебинары для учителей

Физика 11 класс "Фундаментальные элементарные частицы"

Нажмите, чтобы узнать подробности

Презентация к уроку физики в 11 классе (углубленный уровень) по теме "фундаментальные элементарные частицы"

Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Наладить дисциплину на своих уроках.
Получить возможность работать творчески.

Просмотр содержимого документа
«Физика 11 класс "Фундаментальные элементарные частицы"»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение  «Лицей № 7» г. Бердск Фундаментальные элементарные частицы Физика 11 класс Учитель физики И.В.Торопчина Лицей №7 г. Бердск

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Лицей № 7» г. Бердск

Фундаментальные элементарные частицы

Физика 11 класс

Учитель физики И.В.Торопчина

Лицей №7

г. Бердск

Фундаментальное взаимодействие Все бесконечное многообразие взаимодействий можно свести к четырём фундаментальным: гравитационному; слабому; электромагнитному; сильному. Фундаментальные взаимодействия имеют различную природу и силу.

Фундаментальное взаимодействие

Все бесконечное многообразие взаимодействий можно свести к четырём фундаментальным:

  • гравитационному;
  • слабому;
  • электромагнитному;
  • сильному.

Фундаментальные взаимодействия имеют различную природу и силу.

Свойства четырёх типов фундаментального взаимодействия Виды взаимодействия Время взаимодействия, с Гравитационное  Слабое  Радиус взаимодействия, м 10 16  10 -9  Частица ∞  Электромагнитное Гравитоны (не обнаружены) 10 -18  10 -21  Сильное (ядерное) W + , W - , Z 0  10 -23  ∞  Фотоны 10 -15 π-мезоны (глюоны)

Свойства четырёх типов фундаментального взаимодействия

Виды взаимодействия

Время взаимодействия, с

Гравитационное

Слабое

Радиус взаимодействия, м

10 16

10 -9

Частица

Электромагнитное

Гравитоны (не обнаружены)

10 -18

10 -21

Сильное (ядерное)

W + , W - , Z 0

10 -23

Фотоны

10 -15

π-мезоны (глюоны)

В 1916 году Альберт Эйнштейн создал общую теорию относительности (ОТО), в которой объясняется гравитационное взаимодействие. Слабое взаимодействие объясняет теория электрослабого взаимодействия (ТЭВ), созданная в 1967 году физиками Саламом, Глэшоу и Вайнбергом на основе квантовой электродинамики. В 1927-1940-е годы Дираком, Паули, Фейнманом, Швингером создана квантовая электродинамика (КЭД), которая объясняет суть электромагнитного взаимодействия. В 1973 году была предложена теория сильного взаимодействия – квантовая хромодинамика (КХД), созданная объединенными усилиями многих физиков.
  • В 1916 году Альберт Эйнштейн создал общую теорию относительности (ОТО), в которой объясняется гравитационное взаимодействие.
  • Слабое взаимодействие объясняет теория электрослабого взаимодействия (ТЭВ), созданная в 1967 году физиками Саламом, Глэшоу и Вайнбергом на основе квантовой электродинамики.
  • В 1927-1940-е годы Дираком, Паули, Фейнманом, Швингером создана квантовая электродинамика (КЭД), которая объясняет суть электромагнитного взаимодействия.
  • В 1973 году была предложена теория сильного взаимодействия – квантовая хромодинамика (КХД), созданная объединенными усилиями многих физиков.
На основе этих двух последних теорий была создана Стандартная модель , все предсказания которой подтвердились, включая бозон Хиггса. Стандартная модель – это теория в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Стандартная модель не включает в себя теорию гравитации. Согласно этой теории, материя состоит из 24 частиц – 6 видов кварков и 6 видов лептонов , при этом каждой частице соответствует античастица (всего 12 античастиц).
  • На основе этих двух последних теорий была создана Стандартная модель , все предсказания которой подтвердились, включая бозон Хиггса.
  • Стандартная модель – это теория в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Стандартная модель не включает в себя теорию гравитации.
  • Согласно этой теории, материя состоит из 24 частиц – 6 видов кварков и 6 видов лептонов , при этом каждой частице соответствует античастица (всего 12 античастиц).
Фундаментальные  (бесструктурные) частицы  Лептоны Кварки Калибровочные бозоны  -фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;  -восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;  -три промежуточных векторных бозона W + , W − и Z 0 , переносящие  слабое взаимодействие;  -гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное  взаимодействие.  Существование гравитонов, хотя пока не доказано  экспериментально в связи со слабостью гравитационного  взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.

Фундаментальные (бесструктурные) частицы

  • Лептоны
  • Кварки
  • Калибровочные бозоны

-фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие; -восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие; -три промежуточных векторных бозона W + , W и Z 0 , переносящие слабое взаимодействие; -гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие.

Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.

Лепто́ны   — фундаментальные частицы с полуцелым спином, не участвующие в сильном взаимодействии. К лептонам относятся: электрон, электронное нейтрино, мюон, мюонное нейтрино, τ-лептон, τ-нейтрино. Лептоны участвуют в слабом взаимодействии. Между заряженными частицами, относящимися к этому классу частиц, происходит ещё и электромагнитное взаимодействие.
  • Лепто́ны   — фундаментальные частицы с полуцелым спином, не участвующие в сильном взаимодействии.
  • К лептонам относятся: электрон, электронное нейтрино, мюон, мюонное нейтрино, τ-лептон, τ-нейтрино.
  • Лептоны участвуют в слабом взаимодействии.
  • Между заряженными частицами, относящимися к этому классу частиц, происходит ещё и электромагнитное взаимодействие.
Кварк Кварк – это фундаментальная частица в Стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e /3  и не обнаруженная в свободном состоянии.

Кварк

  • Кварк – это фундаментальная частица в Стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e /3

и не обнаруженная в свободном состоянии.

  • Кварки являются бесструктурными, точечными частицами; это проверено вплоть до масштаба примерно 10 −16  см, что примерно в 20 тысяч раз меньше размера протона.
  • Кварки были обнаружены внутри протонов и нейтронов при наблюдении рассеяния электронов и нейтрино больших энергий на нуклонах.
Кварк Кварковая модель элементарных частиц была независимо постулирована в 1964 году американскими физиками Марри Гел-Манном и Джорджем Цвейгом.

Кварк

  • Кварковая модель элементарных частиц была независимо постулирована в 1964 году американскими физиками Марри Гел-Манном и Джорджем Цвейгом.

  • В 1969 г. экспериментальное подтверждение кварковой структуры адронов пришло из Стэнфорда.
  • В настоящее время считается, что существует 6 сортов (чаще говорят: ароматов) кварков: u, d, s, c, b, t.
Некоторые свойства кварков Обозначение Название d Нижний Электрический заряд u s  Масса  (-1/3)e Верхний Странный ~ 5 МэВ/с 2 c  (+2/3)e ~ 3 МэВ/с 2  (-1/3)e Очарованный b 95 ± 25 МэВ/с 2 Прелестный t  (+2/3)e Истинный 1,8 ГэВ/с 2  (-1/3)e 4,5 ГэВ/с 2  (+2/3)e 171 ГэВ/с 2

Некоторые свойства кварков

Обозначение

Название

d

Нижний

Электрический заряд

u

s

Масса

(-1/3)e

Верхний

Странный

~ 5 МэВ/с 2

c

(+2/3)e

~ 3 МэВ/с 2

(-1/3)e

Очарованный

b

95 ± 25 МэВ/с 2

Прелестный

t

(+2/3)e

Истинный

1,8 ГэВ/с 2

(-1/3)e

4,5 ГэВ/с 2

(+2/3)e

171 ГэВ/с 2

Адро́ны  — класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию.  В Стандартной модели предполагается, что все адроны теоретически можно построить из кварков трех типов: u, d и s. Это самый обширный класс частиц. Адронов несколько сотен. Адроны имеют размер около 10 -13  см и состоят из кварков. Адроны, состоящие из трёх кварков, называются барионами, состоящие из кварка и антикварка – мезонами. Наиболее известные адроны, относящиеся к группе барионов, - протон и нейтрон. В класс адронов входят также гипероны Λ, Σ + , Σ 0 , Σ - , π-мезоны, K-мезоны и другие частицы.
  • Адро́ны  — класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию. 
  • В Стандартной модели предполагается, что все адроны теоретически можно построить из кварков трех типов: u, d и s.
  • Это самый обширный класс частиц. Адронов несколько сотен.
  • Адроны имеют размер около 10 -13  см и состоят из кварков.
  • Адроны, состоящие из трёх кварков, называются барионами, состоящие из кварка и антикварка – мезонами.
  • Наиболее известные адроны, относящиеся к группе барионов, - протон и нейтрон.
  • В класс адронов входят также гипероны Λ, Σ + , Σ 0 , Σ - , π-мезоны, K-мезоны и другие частицы.
Строение барионов

Строение барионов

Протоны и нейтроны состоят из трёх кварков – u, d и s . Протон как структура из двух u-кварков и одного d-кварка  Нейтрон как структура из двух d-кварков и одного u-кварка

Протоны и нейтроны состоят из трёх кварков – u, d и s .

Протон как структура из двух u-кварков и одного d-кварка

Нейтрон как структура из

двух d-кварков

и одного u-кварка

Строение протона и антипротона

Строение протона и антипротона

Строение мезонов

Строение мезонов

Кварки

Кварки

  • Вскоре после возникновения модели кварков было выдвинуто предположение, что кварки обладают свойством (или качеством), которое получило название цвет .
  • Различие между шестью кварками u , d , s , c , b , t стали называть аромат .
  • Согласно существующим представлениям, каждый из ароматов кварка может иметь три цвета, обычно обозначаемых как КРАСНЫЙ ( R ), ЗЕЛЁНЫЙ (G) и СИНИЙ (B) .
  • Непривычные свойства - цвет и аромат кварков
Цвет кварков

Цвет кварков

  • Так как существует 6 кварков и 6 антикварков, каждый из которых может иметь 3 цвета, то полное число кварков равно 36. Антикварки имеют цвета дополнительные к кваркам: желтый, пурпурный и сине-зеленый.
  • Кварк одного цвета может перейти в кварк другого цвета, испустив цветной глюон – частицу, являющуюся переносчиком сильного взаимодействия.
  • Кварки в адронах находятся в таких цветовых состояниях, что суммарный цветовой заряд адрона равен нулю. Говорят, что адроны бесцветные или белые.
Квантовая хромодинамика

Квантовая хромодинамика

  • Цвет кварков непрерывно меняется. Кварки внутри адронов взаимодействуют друг с другом сильным взаимодействием посредством обмена частицами – глюонами («клей»). Непрерывный обмен глюонами приводит к тому, что кварки в адронах меняют свой цвет, оставляя адрон во все моменты времени бесцветным.
  • Теория взаимодействия между кварками называется квантовой хромодинамикой .
Непривычное свойство - пленение кварков

Непривычное свойство - пленение кварков

  • Межкварковые силы в отличие от всех других сил в природе при увеличении расстояния возрастают.
  • При удалении кварка из частицы потенциальная энергия достигает достаточно высокого уровня и за счет этой энергии произойдет рождение пары кварк-антикварк. Полученный кварк останется и восстановит частицу, а антикварк объединится с удаляемым кварком и произойдет рождение мезона.
  • Кварки существуют только в сочетаниях по два или по три.
Глюоны

Глюоны

  • Глюоны не имеют заряда и массы.
  • Существует восемь глюонов, но их невозможно обнаружить в свободном состоянии.
  • Глюоны взаимодействуют друг с другом и могут превратиться в пару кварк-антикварк, т.е. виртуальный мезон, который осуществляет связь между протонами и нейтронами в ядре.
  • Сильное взаимодействие глюонов друг с другом и кварками приводит к удержанию кварков внутри адрона.
Физика высоких энергий находится в постоянном поиске и развитии. На данном этапе истинно элементарными (то есть не имеющими структуры) считаются кварки, лептоны, кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны, гравитоны) и частица Хиггса. Для того чтобы понять сложные законы микромира применяют ускорители заряженных частиц. Ускоритель заряженных частиц – класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий. Принцип работы всех ускорителей – заряженные частицы ускоряются под действием электрического поля, магнитное же поле, создавая силу Лоренца, отклоняет частицу, не изменяя ее энергии, и задает орбиту, по которой движутся частицы.
  • Физика высоких энергий находится в постоянном поиске и развитии. На данном этапе истинно элементарными (то есть не имеющими структуры) считаются кварки, лептоны, кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны, гравитоны) и частица Хиггса.
  • Для того чтобы понять сложные законы микромира применяют ускорители заряженных частиц.
  • Ускоритель заряженных частиц – класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий.
  • Принцип работы всех ускорителей – заряженные частицы ускоряются под действием электрического поля, магнитное же поле, создавая силу Лоренца, отклоняет частицу, не изменяя ее энергии, и задает орбиту, по которой движутся частицы.
Ускорители элементарных  частиц

Ускорители элементарных частиц

Ускорители элементарных частиц

Ускорители элементарных частиц

Понятием «фундаментальная частица» физики заменили понятие «элементарная частица» в надежде на то, что теперь, наконец, они добрались до «самых первоначал» материи. Простой подсчет показывает, что фундаментальных частиц много: 6 лептонов и 6 антилептонов, 18 кварков (6 кварков трех цветов) и 18 антикварков. Всего получается 48 фундаментальных частиц . К «истинно элементарным» частицам относят также 13 частиц - переносчиков различных видов взаимодействий. Итого - по современным представлениям, в основе мироздания лежит 61 вид частиц . Многие физики считают, что они еще «в пути», то есть поиск истинных первоначал материи не завершен.
  • Понятием «фундаментальная частица» физики заменили понятие «элементарная частица» в надежде на то, что теперь, наконец, они добрались до «самых первоначал» материи.
  • Простой подсчет показывает, что фундаментальных частиц много: 6 лептонов и 6 антилептонов, 18 кварков (6 кварков трех цветов) и 18 антикварков. Всего получается 48 фундаментальных частиц .
  • К «истинно элементарным» частицам относят также 13 частиц - переносчиков различных видов взаимодействий.
  • Итого - по современным представлениям, в основе мироздания лежит 61 вид частиц . Многие физики считают, что они еще «в пути», то есть поиск истинных первоначал материи не завершен.
Спасибо за внимание!

Спасибо за внимание!


Получите в подарок сайт учителя

Предмет: Физика

Категория: Уроки

Целевая аудитория: 11 класс.
Урок соответствует ФГОС

Скачать
Физика 11 класс "Фундаментальные элементарные частицы"

Автор: И.В.Торопчина

Дата: 20.04.2022

Номер свидетельства: 605284

Похожие файлы

object(ArrayObject)#871 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(92) "Элементарные частицы 11 класс (профильный уровень) "
    ["seo_title"] => string(53) "eliemientarnyie-chastitsy-11-klass-profil-nyi-urovien"
    ["file_id"] => string(6) "114093"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(11) "presentacii"
    ["date"] => string(10) "1411295086"
  }
}
object(ArrayObject)#893 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(52) "Цивилизация и физика XXI века "
    ["seo_title"] => string(33) "tsivilizatsiia-i-fizika-xxi-vieka"
    ["file_id"] => string(6) "109924"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(12) "meropriyatia"
    ["date"] => string(10) "1405238556"
  }
}
object(ArrayObject)#871 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(55) "РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по физике 10 "
    ["seo_title"] => string(33) "rabochaia-programma-po-fizikie-10"
    ["file_id"] => string(6) "127869"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(12) "planirovanie"
    ["date"] => string(10) "1415382708"
  }
}
object(ArrayObject)#893 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(55) "РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по физике 11 "
    ["seo_title"] => string(33) "rabochaia-programma-po-fizikie-11"
    ["file_id"] => string(6) "127872"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(12) "planirovanie"
    ["date"] => string(10) "1415382838"
  }
}
object(ArrayObject)#871 (1) {
  ["storage":"ArrayObject":private] => array(6) {
    ["title"] => string(109) "Элементарные частицы? Презентация к уроку физики в 11 классе"
    ["seo_title"] => string(66) "eliemientarnyiechastitsydwaegpriezientatsiiakurokufizikiv11klassie"
    ["file_id"] => string(6) "262538"
    ["category_seo"] => string(6) "fizika"
    ["subcategory_seo"] => string(11) "presentacii"
    ["date"] => string(10) "1449356055"
  }
}


Получите в подарок сайт учителя

Видеоуроки для учителей

Курсы для учителей

ПОЛУЧИТЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО МГНОВЕННО

Добавить свою работу

* Свидетельство о публикации выдается БЕСПЛАТНО, СРАЗУ же после добавления Вами Вашей работы на сайт

Удобный поиск материалов для учителей

Ваш личный кабинет
Проверка свидетельства