Мир элементарных частиц

Мир элементарных частиц

Урок в 11 классе

Цель урока:

Образовательные:

• познакомить учащихся со структурой элементарных частиц, с особенностями сил и взаимодействия внутри ядра; научить обобщать и анализировать полученные знания, правильно излагать свои мысли; способствовать развитию мышления, умению структурировать информацию; воспитывать эмоционально-ценностные отношения к миру

Развивающие:

• продолжить развитие мышления, умения анализировать, сравнивать, делать логические выводы.

• развивать любознательность, умения применять знания и опыт в различных ситуациях.

Воспитательные:

• развитие навыков интеллектуальной коллективной работы; воспитание основ нравственного самосознания (мысль: ответственность ученого, первооткрывателя за плоды своих открытий);

• пробудить у учащихся интерес к научно – популярной литературе, к изучению предпосылок открытия конкретных явлений.

Цель урока:

Создать условия для развития интеллектуальной и коммуникативной компетентностей, в которых ученик сможет:

- назвать основные виды элементарных частиц;

- осмыслить многозначность современной стандартной модели мира;

- сформулировать свои представления об истории развития элементарных частиц;

- проанализировать роль развития элементарной физики;

- классифицировать элементарные частицы по их составу;

- задуматься о необходимости иметь собственную позицию, толерантно относиться к иной точке зрения;

- проявлять бесконфликтное общение при работе в группе.

Тип урока: изучение нового материала.

Форма урока: комбинированный урок.

Методы урока: словесные, наглядные, практические.

Оборудование: компьютерная презентация, мультимедийный проектор, рабочая тетрадь ученика, персональный компьютер.

Ход урока

1. Организационный момент урока (приветствие, проверка готовности обучающихся к уроку)

Сегодня на уроке мы с вами рассмотрим различные взгляды на устройство мира, из каких именно частиц состоит всё то, что нас окружает. Урок будет похож на лекцию, и от вас, в основном, требуется внимание.

В начале урока я хочу предложить вашему вниманию историю возникновения учения о частицах.

2. Актуализация знаний.(Презентация Алексахиной В. «История развития знаний о частицах»)

Слайд 2. Античный атомизм – это представления о строении мира учеными античности. По представлениям Демокрита, атомы были вечными, неизменными, неделимыми, отличающимися по форме и размерам частицами, которые, соединяясь и разъединяясь, образовывали различные тела.

Слайд 3. Благодаря открытию учеными Дираком, Галилеем и Ньютоном принципа относительности, законов динамики, законов сохранения, закона всемирного тяготения, в 17 веке атомистика древних претерпела значительные изменения и в науке утвердилась механическая картина мира, в основе которой лежало гравитационное взаимодействие – ему подвержены все тела и частицы, не зависимо от заряда.

Слайд 4. Знания, накопленные при изучении электрических, магнитных и оптических явлений, привели к необходимости дополнения и развития картины мира. Таким образом, в 19 веке и до начала 20 века стала господствовать электродинамическая картина мира. В ней рассматривалось уже два типа взаимодействия – гравитационное и электромагнитное. Но им не удалось объяснить только тепловое излучение, устойчивость атома, радиоактивность, фотоэффект, линейчатый спектр.

Слайд 5. В начале 20 века появилась идея квантования энергии, которую поддерживали Планк, Эйнштейн, Бор, Столетов, а также корпускулярно-волновой дуализм Луи де Бройля. Эти открытия ознаменовали появление квантово-полевой картины мира, в которой добавилось ещё и сильное взаимодействие. Началось активное развитие физики элементарных частиц.

3. Изучение нового материала

До тридцатых годов 20 века устройство мира представлялось ученым в самом простом виде. Они считали, что «полный набор» частиц, из которых состоит все вещество – это протон, нейтрон и электрон. Поэтому их назвали элементарными. К этим частицам относят и фотон – переносчик электромагнитных взаимодействий.

Слайд 6. Современная стандартная модель мира:

- Материя состоит из кварков, лептонов и частиц – переносчиков взаимодействия.

- Для всех элементарных частиц есть вероятность обнаружить античастицы.

- Корпускулярно-волновой дуализм. Принципы неопределённости и квантования.

- Сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия описываются теориями великого объединения. Остается необъединенная гравитация.

Слайд 7. Ядро атома состоит из адронов, которые состоят из кварков. Адроны – частицы, участвующие в сильном взаимодействии.

Классификация адронов: Мезоны состоят из одного кварка и одного антикварка Барионы состоят из трёх кварков – нуклонов (протоны и нейтроны) и

гиперонов.

Слайд 8. Ква́рки — фундаментальные частицы, из которых состоят адроны. В настоящее время известно 6 разных сортов (чаще говорят — ароматов) кварков. Кварки удерживает сильное взаимодействие, участвуют в сильных, слабых и электромагнитных. Обмениваются между собой глюонами, частицами с нулевой массой и нулевым зарядом. Для всех кварков существуют антикварки. Они не могут наблюдаться в свободном виде. Имеют дробный электрический заряд: +2/3е – называются U-кварками (верх) и -1/3е – d-кварк (низ).

Кварковый состав электрона - uud, кварковый состав протона - udd

Слайд 9. Частицы, не входящие в состав ядра, – лептоны. Лептоны – фундаментальные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии. На сегодня известно 6 лептонов и 6 их античастиц.

У всех частиц есть антицастицы. Лептоны и их античастицы: электрон и позитрон с ними электронное нейтрино и антинейтрино. Мюон и антимюон с ними мюонное нейтрино и антинейтрино. Таон и антитаон - таонное нейтрино и антинейтрино.

Слайд 10. Все взаимодействия в природе являются проявлениями четырех видов фундаментальных взаимодействий между фундаментальными частицами – лептонами и кварками.

Сильному взаимодействию подвержены кварки, а глюоны являются его переносчиками. Оно связывает их вместе, образуя протоны, нейтроны и другие частицы. Косвенно оно влияет на связь протонов в атомных ядрах.

Электромагнитному взаимодействию подвержены заряженные частицы. При этом под воздействием электромагнитных сил сами частицы не изменяются, а лишь приобретают свойство отталкиваться в случае одноименных зарядов.

Слабому взаимодействию подвержены кварки и лептоны. Самый известный эффект слабого взаимодействия – превращение нижнего кварка в верхний, что в свою очередь заставляет нейтрон распасться на протон, электрон и антинейтрино.

Одной из самых существенных разновидностей слабого взаимодействия является взаимодействие Хиггса. Согласно предположениям, поле Хиггса (серый фон) заполняет все пространство жидкость, ограничивая дальность слабых взаимодействий. Также бозон Хиггса взаимодействует с кварками и лептонами, обеспечивая существование их массы.

Гравитационное взаимодействие. Является наиболее слабым из известных. В нем участвуют все без исключения частицы и переносчики всех видов взаимодействия. Осуществляется благодаря обмену гравитонами – единственными, еще не открытыми на опыте частицами. Гравитационное взаимодействие всегда является притяжением.

Слайд 11. Многие физики надеются на то, что подобно тому, как удалось объединить электромагнитное и слабое взаимодействия в электрослабое, со временем удастся построить теорию, объединяющую все известные виды взаимодействий, название которой «Великое объединение».

4. Закрепление знаний.

Первичное закрепление (Презентация Гордиенко Ж. «Большой адронный коллайдер». Современные ученые стараются усовершенствовать процесс изучения частиц, с целью добиться новых открытий для научно-технического прогресса. Для этого строятся грандиозные исследовательские центры и ускорители. Одним из таких грандиозных строений является Большой адронный коллайдер.

Итоговое закрепление (работа в группах: ответы на вопросы по учебнику)

Вы разделены на две группы: 1 ряд и 2 ряд. У вас есть задание на листиках: вам необходимо ответить на вопросы, а ответы вы найдете в учебнике в параграфе 28 (стр. 196 – 198).

Задания первой группы:

1. Сколько всего фундаментальных частиц? (48)

2. Кварковый состав электрона? (uud)

3. Перечислите два самых сильных взаимодействия (сильное и электромагнитное)

4. Полное число глюонов? (8)

Задания второй группы:

1. Сколько частиц лежит в основе мироздания? (61)

2. Кварковый состав протона? (udd)

3. Перечислите два самых слабых взаимодействия (слабое и гравитационное)

4. Какие частицы осуществляют электромагнитное взаимодействие? (фотон)

Озвучивание руководителями групп ответов на вопросы и обмен карточками.

1. Итог урока.

Вы познакомились с некоторыми аспектами развития современной физики и теперь имеете элементарные представления о том, в каком направлении развивается наша наука и для чего нам это нужно.

6. Домашнее задание. Параграф 28.

Задания первой группы:

1. Сколько всего фундаментальных частиц? ______________

2. Кварковый состав электрона? ____________

3. Перечислите два самых сильных взаимодействия _________________________________________________________________________

4. Полное число глюонов? _______

___________________________________________________________________

Задания второй группы:

1. Сколько частиц лежит в основе мироздания? ________

2. Кварковый состав протона? ___________

3. Перечислите два самых слабых взаимодействия _______________________

4. Какие частицы осуществляют электромагнитное взаимодействие? _______

___________________________________________________________________

Задания первой группы:

1. Сколько всего фундаментальных частиц? __________

2. Кварковый состав электрона? __________

3. Перечислите два самых сильных взаимодействия __________________________________________________________________________

4. Полное число глюонов? _________

___________________________________________________________________

Задания второй группы:

1. Сколько частиц лежит в основе мироздания? ____________

2. Кварковый состав протона? _____________

3. Перечислите два самых слабых взаимодействия ______________________

4. Какие частицы осуществляют электромагнитное взаимодействие? ______

___________________________________________________________________

Задания первой группы:

1. Сколько всего фундаментальных частиц? _____________

2. Кварковый состав электрона? ______________

3. Перечислите два самых сильных взаимодействия ________________________________________________________________________

4. Полное число глюонов? _____

___________________________________________________________________

Задания второй группы:

1. Сколько частиц лежит в основе мироздания? ______

2. Кварковый состав протона? _________

3. Перечислите два самых слабых взаимодействия _______________________

4. Какие частицы осуществляют электромагнитное взаимодействие? _______