Schița lecției
pe această temă
"Conceptul
despre particulele elementare"
(Clasa a 11a)
Profesor de fizică
Cherpita Valeri Nikolaevici
Scoala GBOU 2051
Orașele Moscovei
Conceptul de particule elementare.
Clasificarea particulelor elementare.
/data/files/u1514922328.pptx (Prezentare pentru lecția cu tema „Conceptul de particule de element”)
Obiectivele lecției: pentru a familiariza elevii cu particulele elementare ca unici reprezentanți ai materiei la un nivel mai mic de 10¯ ¹⁵ m dimensiuni spațiale și distanțe; dezvăluie proprietățile generale ale particulelor elementare, dați clasificarea lor.
Planul lecției
| Pașii lecției | Timp, min | Metode și tehnici |
| Introducere: stabilirea problemelor educaționale pentru lecție | 3 - 5 | Povestea și formularea profesorului |
| Studierea materialelor noi: conceptul de particule elementare, clasificarea particulelor, quarcilor etc. | 30 - 35 | Povestea profesorului folosind elemente de conversație. Lucrul cu manualul. Material manual. Masa. Înregistrări în caiet |
| Rezumând, subliniind principalul lucru. Teme pentru acasă | 5 - 7 | Conversație pe probleme. Formularea concluziilor |
1. Pe parcursul cursului de fizică, studenții au întâlnit particule elementare de mai multe ori. Deja în prima etapă au fost studiați electronii; în continuare conceptul de electron a fost folosit în multe cazuri. În fizica cuantică, studenții au învățat despre proton și neutron.
Lecțiile finale pot fi desfășurate sub formă de prelegeri școlare, inclusiv elemente de conversație și scurte prezentări ale elevilor pe probleme individuale. Pentru a menține activitatea cognitivă a elevilor la lecție, este necesar să se asigure o schimbare a activității lor, să se combine materialul informațional (poveste, mesaj) cu cel reproductiv (răspuns la întrebări, lucru independent cu un manual) și problematic (punerea unei probleme, formularea de ipoteze etc.). Când pregătiți lecțiile, ar trebui să aveți grijă de ajutoare vizuale, să pregătiți tabele, fotografii ale pistelor etc. Nu mai este timp în curs pentru aplicarea repetată a conceptelor introduse, așa că este necesar să conectăm cât mai mult noul cu cel învățat anterior.
2. Prezentarea noului material.Pe măsură ce știința a aprofundat în structura materiei, a descoperit molecule, atomi, a descoperit că un atom este format dintr-un nucleu și electroni și, în cele din urmă, a stabilit structura complexă a nucleului, care include protoni și neutroni.
Dacă luăm în considerare structura materiei ținând cont de această informație, atunci în microcosmos la nivelul distanțelor mici, aproximativ 10¯¹⁴ - 10¯¹⁵ m, putem concluziona că materia este formată din protoni, neutroni și electroni. Dar materia este reprezentată în natură nu numai de materie, ci și de un câmp electromagnetic. Câmpul electromagnetic este, de asemenea, format din microparticule - fotoni.
Microparticulele - fotoni, electroni, protoni, neutroni - se numesc particule elementare. Cuvântul „elementar” înseamnă cel mai simplu element care stă la baza materiei: toate obiectele materiale - corpuri, câmpuri - constau din aceste particule. Când a fost introdus acest termen, s-a presupus că particulele elementare nu aveau structură internă, adică. nu mai constau din nimic. Acum conceptul de elementaritate a fost clarificat, așa cum va fi discutat mai jos.
În prezent, au fost descoperite peste 400 de microparticule, similare ca mărime, masă, sarcină electrică (și alte proprietăți) celor enumerate mai sus. Toate sunt numite și elementare.
O trăsătură caracteristică a majorității particulelor elementare este lorinstabilitate. Toate particulele, cu excepția fotonilor din vid, electronii, protonii, neutronii (din nucleu) și particulele de neutrino, se dezintegrează spontan, devenind în cele din urmă stabile. Aceste procese sunt similare cu descompunerea radioactivă a nucleelor. Durata medie de viață a particulelor elementare instabile; particulele a căror durată de viață este extrem de scurtă sau relativ stabilă sunt considerate a fi10 ¯ ⁶ - 10 ¯ ¹⁴ s, aexistă și particule care trăiesc numai10 ¯ ²² - 10 ¯ ²³ Cu.
Un neutron din afara nucleului este, de asemenea, instabil: durata sa medie de viață este de 16 minute, dar, în comparație cu durata de viață a particulelor cu viață scurtă, aceasta este o perioadă foarte lungă.
Este clar că dacă Universul ar fi apărut odată, atunci în timpul existenței sale până în zilele noastre toate particulele elementare instabile s-ar fi degradat, s-ar fi transformat în unele stabile sau ar fi dispărut, cedându-și energia mișcării termice a particulelor stabile de materie. De unde provin particulele cu viață scurtă? Au fost descoperite și obținute atât în reacții nucleare, cât și în diverse reacții cu particule elementare stabile. O reacție are loc atunci când o particulă elementară se ciocnește de alta sau se dezintegrează spontan. Ca rezultat al reacției, se formează noi particule și are loc transformarea reciprocă a particulelor.
Ca exemplu de reacție de descompunere, dăm următoarea reacție:
n → p + e¯+ ṽ ,
unde un neutron se descompune într-un proton, electron și antineutrin.
Antineutrinii și neutrinii sunt particule cu o masă de repaus foarte mică, de mii de ori mai mică decât cea mai ușoară particulă - electronul. Sunt neutre din punct de vedere electric. Neutrino este o particulă stabilă. Multă vreme, după predicția teoretică, acțiunile neutrinilor nu au putut fi înregistrate experimental. În cele din urmă, în 1956, reacția a avut loc
p + ṽ → n + e˖
în care s-au format un neutron și un electron încărcat pozitiv – un pozitron.
Un pozitron este descoperit în experiență atunci când întâlnește un electron; el „dispare” odată cu electronul:
e˖ + e¯ → 2y
Reacția se numeșteanihilarepereche electron-pozitiv; Ca urmare, se formează doi fotoni, care sunt înregistrați de contoare speciale.
Convertibilitate reciprocăelementarparticulele în timpul interacțiunilor este a doua lor caracteristică.
A treia caracteristică inerentă tuturor particulelor elementare esteFiecare particulă are un geamăn - o antiparticulă.Dacă o particulă este încărcată electric, atunci antiparticulă poartă o sarcină de semn opus. Dar particulele neîncărcate au și antiparticule. Când se întâlnesc, interacțiunea dintre o particulă și o antiparticulă duce la anihilarea lor, adică. la dispariție, la transformare în fotoni sau alte particule. În prezent, au fost descoperite antiparticule pentru aproape toate particulele cunoscute, inclusiv pentru antiproton și antineutron. S-a obtinut chiar si un atom format din antiparticule, antiheliu, asa ca in principiu se poate vorbi despre posibilitatea existentei antimateriei. Combinația materiei cu antimaterie ar trebui să conducă la tranziția materiei într-un câmp, la anihilarea materiei în cadrul legilor conservării energiei, impulsului și sarcinii electrice; aceasta eliberează energie echivalentă cu masa în repausmc². Dar acum se știe că Universul este format doar din materie și nu există antimaterie în el, la fel cum nu există sau foarte puține antiparticule stabile.
În continuare ar trebui să daiclasificarea particulelor elementarecu împărțirea tuturor particulelor după masă în clase: leptoni, mezoni, barioni. Când luăm în considerare și analizăm tabelul particulelor elementare, acordăm atenție caracteristicilor acestora: mase, sarcini, durata de viață. Vă informăm că tabelul conține particulele principale - stabile și relativ stabile. Multe particule instabile - mezoni și barioni, numiterezonanțe, - nu sunt incluse în tabel.
Să discutăm despre dimensiunile particulelor. Conform datelor moderne, fotonii și leptonii nu prezintă extensie sau structură internă în experimente. În acest sens, ele pot fi clasificate ca particule cu adevărat elementare (primare). Mezonii și barionii au dimensiuni de ordinul a 10¯ ¹⁵ m. Experimentele privind împrăștierea electronilor de foarte mare energie de către aceștia, similare experimentelor lui Rutherford, duc la concluzia despre prezența unei structuri interne de mezoni și barioni. Putem spune că nu sunt elementare, ci constau din particule subelementare numitequarcuri.
Când studiem particulele elementare, nu atingem al doilea câmp macroscopic care există în natură - câmpul gravitațional. S-a stabilit teoretic că la micronivel este format din cuante de câmp numitegravitonii. Acestea, ca și fotonii, sunt particule fără masă și sarcină în repaus. Cu toate acestea, gravitonul nu a fost detectat experimental.
3. Rezumând. Reflecţie
Teme pentru acasă
Scop: Să le spună elevilor despre particulele elementare, proprietățile lor de bază și clasificările
În timpul orelor
Material nou (preluare)
Studiile asupra structurii atomului și a nucleului atomic au arătat că compoziția atomului include electroni, protoni și neutroni. Era obișnuit să se numească aceste particule elementare. Fotonul (), pozitronul (e +) și neutrinul (v), care sunt direct legați de atom și nucleu, au început să fie numite și particule elementare.
Conform planului original, particulele elementare sunt cele mai simple particule din care este construită substanța (atomii) lumii existente.
Particulele elementare au fost inițial imaginate ca ceva etern, neschimbabil, indestructibil, iar imaginea unei particule elementare a fost asociată cu imaginea unui grăunte de nisip sau a unei mingi mici fără structură.
În zilele noastre nu există un criteriu clar pentru elementaritate. Conceptul de „particulă elementară” este foarte complex în zilele noastre.
Să enumerăm pe scurt particulele elementare cunoscute în ordinea descoperirii lor istorice.
Note metodologice: Studenții sunt rugați să completeze următorul tabel în momentul explicării ulterioare (Anexa 1)
| Cărui tip aparține? | Numele particulei | Desemnare | Anul deschiderii | Taxa q | Masa particulelor |
Electronul a fost descoperit de J.J. Thomsan în 1897. Masele altor particule elementare sunt de obicei exprimate prin masa electronului.
În 1900 M. Planck și mai ales, în 19005. A. Einstein a arătat că lumina este formată din porțiuni separate - fotoni. Un foton nu are sarcină, iar masa lui în repaus = 0. Un foton poate exista doar în procesul de mișcare cu viteza luminii.
Experimentele lui Rutherford privind împrăștierea particulelor în 1911. A dus la descoperirea protonului. Masa protonilor=1836m e
Majoritatea fizicienilor erau încrezători că au reușit în sfârșit să reducă întreaga diversitate de elemente chimice și substanțe ale naturii la două entități simple: electroni și protoni. Imaginea făcută de fizicienii acelor ani asupra structurii materiei a insuflat un sentiment de frumusețe și grație științifică. În perioada din 1911 Până în 1932 Mulți oameni de știință au fost plini de un sentiment de satisfacție că au fost capabili să-și împlinească visul de secole de cercetare științifică.
Cu toate acestea, în 1928 P. Dirac, iar ulterior în 1932 K. Anderson a descoperit astfel de particule, numite pozitroni (e+)
Pozitronul este prima particulă elementară prezisă teoretic.
În 1932 D. Chadwig a descoperit un neutron cu masa = 1838 m e
Un neutron în stare liberă, spre deosebire de proton, este instabil și se descompune într-un proton și un electron cu un timp de înjumătățire T = 1,01 10 3 s. În interiorul nucleului, un neutron poate exista la infinit.
În 1931-1933. W. Pauli, analizând -decay, a sugerat că în timpul dezintegrarii, pe lângă proton și electron, este emisă o altă particulă neutră cu masa în repaus = 0. Această particulă a fost numită neutrino()
Abia în 1956 K. Cowan și colegii săi au descoperit un antineutrino() produs într-un reactor nuclear. A fost „prins” la studierea reacției: p+ v n+e + , neutrinul provoacă reacția n+p+e - .
În 1937 K. Anderson și S. Nedderman au descoperit particule încărcate cu o masă de 206,7 m e, aceste particule au fost numite -mezoni (+ și -), având sarcina de +e și -e. În prezent, aceste particule sunt numite -particule sau -muoni.
În 1947 Oamenii de știință englezi S. Powell, G. Occhialini și alții au descoperit -mezoni (-mesonul este mezonul primar, care, atunci când se descompune, dă muoni)
Mezonul are o sarcină de +e și -e și o masă de 273,2 m e. Puțin mai târziu de 1950, a fost descoperit un -mezon neutru (o), cu o masă de 264,2 m e. În prezent, trei tipuri de -mezon sunt cunoscute: -, o, + , interacționează intens cu nucleonii și se creează ușor atunci când nucleonii se ciocnesc cu nucleii, adică. sunt active nucleare. În prezent se crede că -mezonii sunt cuante de câmp nuclear responsabile pentru cea mai mare parte a forțelor nucleare.
Din 1949-1950 A început o „invazie” literală a particulelor elementare, numărul acestora crescând rapid.
Particulele nou apărute pot fi împărțite în două grupe:
Primul grup include particule cu mase de aproximativ 966 m e și 974 m e, denumite în prezent K-mezoni. Mezonii K + și K - sunt cunoscuți cu mase de aproximativ 966,3 m e și sarcini electrice +e și -e. Sunt cunoscuți K-mezoni neutri (Ko și Ko) cu mase de 974,5 m e.
Al doilea grup de particule se numește hiperoni. În prezent sunt cunoscuți următorii hiperoni:
În 1955 A fost descoperit antiprotonul, iar în 1956 a fost descoperit antineutronul.
În ultimii ani, au fost descoperite noi cvasiparticule (stări de rezonanță) cu o durată de viață neobișnuit de scurtă, de ordinul 10 -22 - 10 -23 sec.În acest caz, nici măcar nu este posibil să se detecteze urme de particule și existența lor. pot fi judecate numai din considerente indirecte, din comportamentul de analiză a produselor lor de descompunere.
În ultimii ani, a fost descoperit un al doilea tip de neutrin, așa-numitul neutrin muon (antineutrino) și, care este emis, de exemplu, în timpul dezintegrarii -mezonilor;
grupa III- particule grele sau barioni
Acest grup include:
- Nucleonii și antiparticulele lor
- Hiperonii și antiparticulele lor
Aplicarea energiei termonucleare folosind exemplul instalației Tokamak
Elevii sunt rugați să răspundă la întrebările:
- Ce reacție nucleară se numește termonucleară? (oral)
- Cum poate fi efectuată o reacție termonucleară?
- Explicați principiul de funcționare al instalației Tokamak (în scris, folosind literatură suplimentară)
- Explicați principiul de funcționare a unei instalații laser pentru fuziunea termonucleară" (în scris folosind literatura suplimentară)
Pentru a utiliza previzualizările prezentării, creați un cont Google și conectați-vă la el: https://accounts.google.com
Subtitrările diapozitivelor:
Clasificarea particulelor elementare Particule elementare (particule care nu pot fi împărțite în componente) Fundamentale (particule fără structură) Hadroni (particule cu structură complexă) leptoni quarcuri purtători de interacțiuni barioni mezoni e-, e+, muon, taon, trei tipuri de neutrini (particule) din care constau toți andronii) u , c, t , d, s, b 1) electromagnetic: foton 2) puternic: gluoni 3) slab: bosoni intermediari W - , W + boson neutru Z 0 4) gravitațional: graviton G ( constau din trei quarci) p, n, hiperon (constă din doi quarci, dintre care unul este un antiquarc)
Previzualizare:
Subiectul lecției : Lumea particulelor elementare
Metoda de predare: curs
Obiectivele lecției:
Educational:introducerea elevilor în conceptul de particule elementare, cu clasificarea particulelor elementare, generalizarea și consolidarea cunoștințelor despre tipurile fundamentale de interacțiuni,pentru a forma o viziune științifică asupra lumii.
Educational: pentru a forma un interes cognitiv pentru fizică, insuflând dragoste și respect pentru realizările științei.
Educational: dezvoltarea curiozității, capacitatea de analiză, formularea independentă a concluziilor, dezvoltarea vorbirii și gândirii.
Echipament: tablă interactivă (sau proiector cu ecran).
În timpul orelor:
Etapa organizatorica
Salutare, verificarea pregătirii elevilor pentru lecție.
I. Subiect nou În natură, există 4 tipuri de interacțiuni fundamentale (de bază): gravitaționale, electromagnetice, puternice și slabe. Potrivit ideilor moderne, interacțiunea dintre corpuri se realizează prin câmpurile din jurul acestor corpuri. Câmpul însuși în teoria cuantică este înțeles ca o colecție de cuante. Fiecare tip de interacțiune are propriii purtători de interacțiune și se reduce la absorbția și emisia de cuante de lumină corespunzătoare de către particule.
Interacțiunile pot fi pe distanță lungă (se manifestă la distanțe foarte mari) și pe distanță scurtă (se manifestă la distanțe foarte scurte).
- Interacțiunea gravitațională are loc prin schimbul de gravitoni. Ele nu au fost detectate experimental. Conform legii descoperite în 1687 de marele om de știință englez Isaac Newton, toate corpurile, indiferent de formă și dimensiune, se atrag reciproc cu o forță direct proporțională cu masa lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Interacțiunea gravitațională duce întotdeauna la atracția corpurilor.
- Interacțiunea electromagnetică este pe rază lungă. Spre deosebire de interacțiunea gravitațională, interacțiunea electromagnetică poate duce atât la atracție, cât și la repulsie. Purtătorii interacțiunii electromagnetice sunt cuante ale câmpului electromagnetic - fotonii. Ca rezultat al schimbului acestor particule, interacțiunea electromagnetică apare între corpurile încărcate.
- Interacțiunea puternică este cea mai puternică dintre toate interacțiunile. Este cu rază scurtă de acțiune, forțele corespunzătoare scad foarte repede pe măsură ce distanța dintre ele crește. Interval de forță nucleară 10-13 cm
- Interacțiunea slabă are loc la distanțe foarte scurte. Raza de acțiune este de aproximativ 1000 de ori mai mică decât cea a forțelor nucleare.
Descoperirea radioactivității și rezultatele experimentelor lui Rutherford au arătat în mod convingător că atomii sunt compuși din particule. S-a descoperit că sunt formați din electroni, protoni și neutroni. La început, particulele din care sunt construiți atomii au fost considerate indivizibile. De aceea au fost numite particule elementare. Ideea unei structuri „simple” a lumii a fost distrusă când în 1932 a fost descoperită antiparticula electronului - o particulă care avea aceeași masă cu electronul, dar diferă de aceasta în semnul sarcinii electrice. Această particulă încărcată pozitiv a fost numită pozitron... conform conceptelor moderne, fiecare particulă are o antiparticulă. Particula și antiparticula au aceeași masă, dar semne opuse ale tuturor sarcinilor. Dacă antiparticula coincide cu particula însăși, atunci astfel de particule sunt numite cu adevărat neutre, sarcina lor este 0. De exemplu, un foton. Când o particulă și o antiparticulă se ciocnesc, acestea se anihilează, adică dispar, transformându-se în alte particule (adesea aceste particule sunt un foton).
Slide (pe măsură ce povestea progresează, cuvintele apar pe slide).
Toate particulele elementare (care nu pot fi împărțite în componente) sunt împărțite în 2 grupe:fundamental(particulele fără structură, toate particulele fundamentale în această etapă de dezvoltare a fizicii sunt considerate fără structură, adică nu constau din alte particule) și hadronii (particule cu o structură complexă).
Particule fundamentalela randul lor sunt impartite in leptoni, quarci și purtători de interacțiuni. Hadronii sunt împărțiți în barioni și mezoni. La leptoni includ electroni, pozitroni, muoni, taon, trei tipuri de neutrini. Ei nu participă la interacțiuni puternice. LA quarcuri sunt particulele care alcătuiesc toți hadronii. Usunt adesea într-o interacțiune puternică.Conform conceptelor moderne, fiecare dintre interacțiuni apare ca urmare a schimbului de particule, numitepurtători ai acestei interacțiuni: foton (purtare de particuleinteracțiune electromagnetică), opt gluoni (particule care transportăinteracțiune puternică), trei bosoni vectori intermediari W + , W − și Z 0 purtând interacțiune slabă, graviton (purtător interacțiune gravitaționalăI). Existența gravitonilor nu a fost încă dovedită experimental.
Hadroni participa la toate tipurileinteracțiuni fundamentale. Sunt formați din quarci și se împart, la rândul lor, în: barionii , format din trei quarci, și mezonii , format din două quarcuri , dintre care unul este antiquarc.
Cea mai puternică interacțiune este interacțiunea dintre quarci. Un proton este format din 2 cuarci u, un cuarc d, un neutron este format din un cuarc u și 2 cuarcuri d. S-a dovedit că la distanțe foarte scurte niciunul dintre quarci nu își observă vecinii și se comportă ca niște particule libere care nu interacționează între ele. Când quarcii se îndepărtează unul de celălalt, între ei apare o atracție, care crește odată cu creșterea distanței. Pentru a împărți hadronii în quarci individuali izolați ar necesita multă energie. Deoarece nu există o astfel de energie, quarcii se dovedesc a fi prizonieri eterni și rămân pentru totdeauna închiși în interiorul hadronului. Quarcii sunt ținuți în interiorul hadronului de câmpul de gluoni.
III. Consolidare
- Numiți principalele interacțiuni care există în natură
- Care este diferența dintre o particulă și o antiparticulă? Ce au in comun?
- Ce particule participă la interacțiunile gravitaționale, electromagnetice, puternice și slabe?
Rezumatul lecției. În timpul lecției ne-am familiarizat cu particulele microlumii și am aflat care particule sunt numite elementare.
D/z § 28
Molyanova Nadezhda Mihailovna ID 011
Tema: Originile fizicii particulelor. Clasificarea particulelor elementare.Conținutul principal al materialului educațional:
- Etapele istorice de dezvoltare a particulelor elementare.
- Conceptul de particule elementare și clasificarea lor, transformări reciproce.
- Tipuri de interacțiuni ale particulelor elementare.
- Particule elementare din viața noastră.
Tip de lecție: generalizare şi sistematizare.
Formatul lecției: O prelegere cu elemente de conversație și muncă independentă a elevilor cu un manual și tabele (tabelele sunt pe mesele elevilor și proiectate pe ecran în timpul lecției)
Scopul lecției:
- Extinderea înțelegerii de către elevi a structurii materiei, oferirea unei clasificări a particulelor elementare, proprietățile generale ale acestora și familiarizarea acestora cu principalele stadii de dezvoltare.
- Dezvoltați gândirea științifică a elevilor pe baza ideilor despre particulele elementare și interacțiunile acestora
În timpul orelor:
1. Moment organizatoric (1 min.)
2. Învățarea de materiale noi (30 min.)
3. Consolidarea cunoștințelor învățate (6 min.)
4. Rezumat (2 min.)
5. D/Z (1 min.)
1. Astăzi, în lecție, vom vorbi despre particulele primare, necompuse, care alcătuiesc toată materia. Sunteți deja mai mult sau mai puțin familiarizat cu electronul, fotonul, protonul și neutronul. Dar ce este o particulă elementară?
2. Etapele istorice de dezvoltare a particulelor elementare pot fi prezentate sub forma unui tabel.
La începutul secolului al XX-lea, s-a descoperit că toți atomii sunt construiți din neutroni, protoni și electroni. S-au descoperit pozitroni, neutrini, fotoni (gama quantum).
Caracteristicile de bază ale celor mai comune particule elementare.
Particulele elementare, în sensul precis al cuvântului, sunt particulele primare, mai departe indecompuse, din care sunt compuse toate substanțele.
În prezent, acest termen este folosit pentru un grup mare de microparticule care NU sunt atomi sau nuclee, cu excepția protonului, care este atât o particulă elementară, cât și nucleul unui atom ușor de hidrogen.
Particulele elementare sunt caracterizate de următorii parametri: " masa în repaus a particulei, valoarea spinului, valoarea sarcinii electrice, durata de viață.”
Spinul unei particule elementare este egal cu raportul dintre constanta lui Planck și 2 n 
Se numesc particule care au spin etc bozoni ; cu spin pe jumătate întreg - fermioni , adică toate particulele elementare sunt împărțite în particule și antiparticule. Au aceleași mase, spini, durate de viață și sarcini electrice de mărime egală.
Pozitronul a fost descoperit într-o cameră cu nori în 1928. Această particulă este un electron, dar cu o sarcină pozitivă, pozitronul a fost descoperit în raze cosmice. Mai târziu, în timpul interacțiunii cuantelor gamma cu materia și în reacția de conversie a unui proton într-un neutron. 
Procesul de interacțiune a unei particule elementare cu o antiparticulă, în urma căruia se transformă în alte particule sau cuante ale unui câmp electromagnetic, se numește anihilare
(dispariție). Reacție de anihilare:
Procesul invers al anihilării se numește nașterea unui cuplu
.
Întrebare: Gândiți-vă ce structură va avea antideuterium?
Răspuns: este format dintr-un electron și un nucleu (proton și neutron). Un atom de antideuteriu va consta dintr-un antinucleu (un antiproton și un antineutron) și un pozitron care se mișcă în jurul antinucleului.
Particulele elementare participă la patru tipuri fundamentale cunoscute de interacțiune:
puternic, electromagnetic, slab și gravitațional. (vezi tabelul 3) 
Energiile interacțiunilor fundamentale sunt aproximativ după cum urmează:
Să ne uităm la Tabelul 4
Întrebare: Numiți principalele clase de particule elementare. 
Răspuns: fotoni, leptoni, mezoni, barioni.
Întrebare: Numiți principalele caracteristici ale particulelor elementare.
Răspuns: Masă, încărcare, rotire, durata de viață.
Întrebare: Cum sunt diferite particulele și antiparticulele?
Răspuns: Semnele sarcinilor electrice ale particulei și antiparticulei sunt opuse.
Fotonii– particule care participă la interacțiuni electromagnetice și gravitaționale.
Leptoni– particule care nu participă la interacțiuni puternice, dar sunt capabile de celelalte trei.
Hadroni– particule care participă la toate tipurile de interacțiuni fundamentale. Această clasă include barioni și mezoni. Barionii au spinuri pe jumătate întregi, iar mezonii au spinuri întregi. Apartenența unui barion este marcată prin atribuirea unei sarcini barionice - un număr egal cu +1 pentru o particulă și -1 pentru o antiparticulă. Hadronii includ doar o parte a mezonilor (P-mezon). Nucleonii sunt clasificați ca barioni. Se numesc barionii a căror masă este mai mare decât masa unui nucleon hiperonii.
Apartenența la leptoni este marcată prin atribuirea unei sarcini de lepton fiecărei particule: +1 pentru particule, -1 pentru antiparticule.
S-a stabilit că hadronii constau din quarcuri– șase particule având o sarcină electrică elementară fracțională. Quarcii nu au fost observați în stare liberă; doar în centrul nucleonului se găsesc ca particule independente.
Pentru a pătrunde mai adânc în microlume, este necesar să folosim particule cu energii din ce în ce mai mari.
Se dovedește că, cu energia enormă existentă la temperatură, interacțiunile slabe și electromagnetice se combină în interacțiunea electroslabă. Când toate cele patru interacțiuni sunt combinate, devine posibilă transformarea particulelor de materie fizică (fermioni) în particule care sunt purtătoare de interacțiune (bosoni).
De ce sunt atât de necesare informații despre particulele elementare?
Cel mai important lucru pentru fizica particulelor este concluzia despre relația dintre masă și energie. Energia unui corp sau a unui sistem de subiecte este egală cu masa înmulțită cu pătratul vitezei.
Ceva la care sa te gandesti!
Un neutrino este o particulă care a apărut în momentul nașterii Universului și poartă o mulțime de informații, așa că telescoapele pentru neutrini „prind” particule și oamenii de știință le studiază. Există un dispozitiv de tomograf cu pozitroni. Un element radioactiv este introdus în sângele unui organism viu, emițând pozitroni, care reacționează cu electronii corpului, anihilează și emit raze gamma, care sunt detectate de un detector.
În doze mici, razele gamma au un anumit beneficiu asupra organismelor vii. Domeniu de aplicare: medicină, știință, tehnologie.
3.
Folosind note justificative, un manual, tabele, răspundeți la întrebări. 
4. Toate particulele elementare se transformă unele în altele, adică aceste transformări reciproce sunt factorul principal al existenţei lor. Dintre proprietățile particulelor elementare se pot distinge: instabilitate, interconvertibilitate și interacțiune, prezența unei antiparticule în fiecare particulă, structură complexă, clasificare.
Lumea este formată din particule fundamentale. Orice corp material are masă. Ce este masa? LHC este un accelerator de particule care permite fizicienilor să pătrundă mai adânc în materie decât oricând.
Crearea LHC marchează începutul viitoarelor cercetări avansate. Cercetătorii speră în noi fenomene fizice, cum ar fi particulele evazive Higgs sau cele care formează materia întunecată, care alcătuiește cea mai mare parte a materiei din Univers. Este imposibil să preziceți cu exactitate rezultatele experimentelor viitoare, dar cu siguranță vor avea un impact mare și nu numai asupra fizicii particulelor! Dar crearea LHC nu încheie o pagină din istoria fizicii, ci marchează mai degrabă începutul cercetărilor viitoare promițătoare.
5.
Tema pentru acasă (pe tablă)
Paragrafele 115, 116; rezumat de referință
să pregătească un raport privind progresul lucrărilor de cercetare la LHC.
Cărți folosite:
Fizica 11 G.Ya. Myakishev, B.B. Buhovtsev. Dropie.
curs de fizica. Volumul 3 K.A. Putilov, V.A. Fabrikant.
Fizica atomică și nucleară. BINE. Costco.
Dezvoltarea lecției de fizică. Clasa a 11a. V.A.Volkov.
Uroki. Net
Clasă: 11
Clasă: 11
Tip de lecție: lectie de studiu si consolidare primara a noilor cunostinte
Metoda de predare: lectura
Forma activitatii elevilor: frontal, colectiv, individual
Scopul lecției: extinde înțelegerea de către elevi a structurii materiei; luați în considerare principalele etape ale dezvoltării fizicii particulelor elementare; dați conceptul de particule elementare și proprietățile acestora.
Obiectivele lecției:
- Educational: introducerea elevilor în conceptul de particule elementare, tipologia particulelor elementare, precum și metode de studiere a proprietăților particulelor elementare;
- De dezvoltare: să dezvolte interesul cognitiv al elevilor, asigurând implicarea fezabilă a acestora în activitatea cognitivă activă;
- Educational: educarea calităților umane universale - conștientizarea percepției realizărilor științifice din lume; dezvoltarea curiozității și rezistenței.
Echipament pentru lecție:
Materiale didactice: materiale manuale, fișe cu teste și tabele
Ajutoare vizuale: prezentare
1. Organizarea începutului lecției.
Activitatea profesorului: Salutări reciproce între profesor și elevi, stabilirea elevilor, verificarea gradului de pregătire a elevilor pentru lecție. Organizarea atenției și includerea studenților în ritmul de lucru al afacerilor.
organizarea atenţiei şi includerea în ritmul de lucru al afacerii.
2. Pregătirea pentru etapa principală a lecției.
Activitatea profesorului: Astăzi vom începe să studiem o nouă secțiune de „Fizica cuantică” - „Particule elementare”. În acest capitol vom vorbi despre particulele primare, necompuse, din care este construită toată materia, despre particulele elementare.
Fizicienii au descoperit existența particulelor elementare atunci când studiau procesele nucleare, așa că până la mijlocul secolului al XX-lea, fizica particulelor elementare a fost o ramură a fizicii nucleare. În prezent, fizica particulelor elementare și fizica nucleară sunt ramuri apropiate, dar independente ale fizicii, unite prin comunitatea multor probleme luate în considerare și prin metodele de cercetare utilizate.
Sarcina principală a fizicii particulelor elementare este studiul naturii, proprietăților și transformărilor reciproce ale particulelor elementare.
De asemenea, va fi sarcina noastră principală în studierea fizicii particulelor elementare.
3. Asimilarea noilor cunoștințe și metode de acțiune.
Activitatea profesorului: Subiectul lecției: „Etapele dezvoltării fizicii particulelor elementare”. În această lecție ne vom uita la următoarele întrebări:
- Istoria dezvoltării ideilor că lumea este formată din particule elementare
- Ce sunt particulele elementare?
- Cum se poate obține o particulă elementară izolată și este posibil?
- Tipologia particulelor.
Ideea că lumea este făcută din particule fundamentale are o istorie lungă. Astăzi, există trei etape în dezvoltarea fizicii particulelor elementare.
Să deschidem manualul. Să facem cunoștință cu numele etapelor și intervalelor de timp.
Activitate estimată a elevilor:
Etapa 1. De la electron la pozitron: 1897 - 1932.
Etapa 2. De la pozitroni la quarci: 1932 - 1964.
Etapa 3. De la ipoteza cuarcului (1964) până în zilele noastre.
Activitatea profesorului:
Etapa 1.
Elementare, adică cel mai simplu, mai departe indivizibil, așa și-a imaginat atomul celebrul om de știință grec antic Democrit. Permiteți-mi să vă reamintesc că cuvântul „atom” în traducere înseamnă „indivizibil”. Pentru prima dată, ideea existenței unor particule minuscule, invizibile, care alcătuiesc toate obiectele din jur, a fost exprimată de Democrit la 400 de ani î.Hr. Știința a început să folosească ideea de atomi abia la începutul secolului al XIX-lea, când pe această bază a fost posibil să se explice o serie de fenomene chimice. Și la sfârșitul acestui secol a fost descoperită structura complexă a atomului. În 1911 a fost descoperit nucleul atomic (E. Rutherford) și s-a dovedit în sfârșit că atomii au o structură complexă.
Să ne amintim băieți: ce particule fac parte din atom și le caracterizează pe scurt?
Activitate estimată a elevilor:
Activitatea profesorului: băieți, poate că unii dintre voi vă amintiți: de către cine și în ce ani au fost descoperite electronii, protonii și neutronii?
Activitate estimată a elevilor:
Electron. În 1898, J. Thomson a dovedit realitatea existenței electronilor. În 1909, R. Millikan a măsurat pentru prima dată sarcina unui electron.
Proton. În 1919, E. Rutherford, în timp ce bombarda azotul cu particule, a descoperit o particulă a cărei sarcină era egală cu sarcina unui electron și a cărei masă era de 1836 de ori mai mare decât masa electronului. Particula a fost numită proton.
Neutroni. Rutherford a sugerat, de asemenea, existența unei particule fără încărcare a cărei masă este egală cu masa unui proton.
În 1932, D. Chadwick a descoperit particula pe care o sugerase Rutherford și a numit-o neutron.
Activitatea profesorului: După descoperirea protonului și neutronului, a devenit clar că nucleele atomilor, ca și atomii înșiși, au o structură complexă. A apărut teoria proton-neutron a structurii nucleelor (D. D. Ivanenko și V. Heisenberg).
În anii 30 ai secolului al XIX-lea, în teoria electrolizei dezvoltată de M. Faraday, a apărut conceptul de -ion și s-a măsurat sarcina elementară. Sfârșitul secolului al XIX-lea – pe lângă descoperirea electronului, a fost marcat de descoperirea fenomenului radioactivității (A. Becquerel, 1896). În 1905, în fizică a apărut ideea cuantelor de câmp electromagnetic - fotoni (A. Einstein).
Să ne amintim: ce este un foton?
Activitate estimată a elevilor: Foton(sau cuantumul radiației electromagnetice) este o particulă de lumină elementară, neutră din punct de vedere electric, lipsită de masă de repaus, dar care posedă energie și impuls.
Activitatea profesorului: particulele deschise erau considerate esențe primare indivizibile și neschimbabile, blocurile de bază ale universului. Cu toate acestea, această opinie nu a durat mult.
Etapa 2.
În anii 1930, transformările reciproce ale protonilor și neutronilor au fost descoperite și studiate și a devenit clar că aceste particule nu sunt, de asemenea, „blocurile de construcție” elementare neschimbate ale naturii.
În prezent, sunt cunoscute aproximativ 400 de particule subnucleare (particulele care alcătuiesc atomii, care sunt de obicei numite elementare). Marea majoritate a acestor particule sunt instabile (particulele elementare se transformă unele în altele).
Singurele excepții sunt fotonii, electronii, protonii și neutrinii.
Fotonul, electronul, protonul și neutrinoul sunt particule stabile (particule care pot exista în stare liberă la infinit), dar fiecare dintre ele, atunci când interacționează cu alte particule, se poate transforma în alte particule.
Toate celelalte particule, la anumite intervale de timp, suferă transformări spontane în alte particule, iar acesta este principalul fapt al existenței lor.
Am menționat încă o particulă - neutrino. Care sunt principalele caracteristici ale acestei particule? De către cine și când a fost descoperit?
Activitatea prezisă a elevului: Neutrinul este o particulă lipsită de sarcină electrică, iar masa sa în repaus este 0. Existența acestei particule a fost prezisă în 1931 de W. Pauli, iar în 1955, particula a fost înregistrată experimental. Se manifestă ca rezultat al dezintegrarii neutronilor:
Activitatea profesorului: Particulele elementare instabile diferă foarte mult în timpul lor de viață.
Particula cu cea mai lungă viață este neutronul. Durata de viață a neutronilor este de aproximativ 15 minute.
Alte particule „trăiesc” pentru un timp mult mai scurt.
Există câteva zeci de particule cu o durată de viață care depășește 10 -17 s. La scara microcosmosului, acesta este un moment semnificativ. Astfel de particule sunt numite relativ stabil .
Majoritate de scurtă durată particulele elementare au durate de viață de ordinul 10 -22 -10 -23 s.
Capacitatea de transformări reciproce este cea mai importantă proprietate a tuturor particulelor elementare.
Particulele elementare sunt capabile să se nască și să fie distruse (emise și absorbite). Acest lucru se aplică și particulelor stabile, singura diferență fiind că transformările particulelor stabile nu au loc spontan, ci prin interacțiunea cu alte particule.
Un exemplu ar fi anihilare (adică dispariție) electron și pozitron, însoțite de nașterea fotonilor de înaltă energie.
Un pozitron este (o antiparticulă a unui electron) o particulă încărcată pozitiv care are aceeași masă și aceeași sarcină (în valoare absolută) ca un electron. Despre caracteristicile sale vom vorbi mai detaliat în lecția următoare. Să spunem doar că existența pozitronului a fost prezisă de P. Dirac în 1928, iar el a fost descoperit în 1932 în raze cosmice de K. Anderson.
În 1937, în raze cosmice au fost descoperite particule cu o masă de 207 mase de electroni, numite muonii (-mezoni). Durata medie de viață a unui mezon este de 2,2 * 10 -6 s.
Apoi în 1947-1950 s-au deschis bujori (adică -mezoni). Durata medie de viață a unui -mezon neutru este de 0,87·10 -16 s.
În anii următori, numărul de particule nou descoperite a început să crească rapid. Acest lucru a fost facilitat de cercetarea razelor cosmice, dezvoltarea tehnologiei acceleratoarelor și studiul reacțiilor nucleare.
Acceleratoarele moderne sunt necesare pentru a desfășura procesul de creare a unor noi particule și pentru a studia proprietățile particulelor elementare. Particulele inițiale sunt accelerate în accelerator la energii înalte „pe un curs de coliziune” și se ciocnesc între ele într-un anumit loc. Dacă energia particulelor este mare, atunci în timpul procesului de coliziune se nasc multe particule noi, de obicei instabile. Aceste particule, împrăștiate din punctul de coliziune, se dezintegrează în particule mai stabile, care sunt înregistrate de detectoare. Pentru fiecare astfel de act de coliziune (fizicienii spun: pentru fiecare eveniment) - și sunt înregistrate în mii pe secundă! -experimentatorii determină ca urmare variabile cinematice: valorile impulsurilor și energiilor particulelor „prinse”, precum și traiectoriile acestora (vezi figura din manual). Colectând multe evenimente de același tip și studiind distribuțiile acestor mărimi cinematice, fizicienii reconstruiesc modul în care a avut loc interacțiunea și ce tip de particule pot fi atribuite particulele rezultate.
Etapa 3.
Particulele elementare sunt combinate în trei grupe: fotonii , leptoni Și hadronii (Anexa 2).
Băieți, enumerați-mi particulele care aparțin grupului de fotoni.
Activitate estimată a elevilor: Pentru grup fotonii se referă la o singură particulă - un foton
Activitatea profesorului: următorul grup este format din particule luminoase leptoni.
Activitatea preconizată a elevilor: acest grup include două tipuri de neutrini (electron și muon), electroni și?-mezon
Activitatea profesorului: Leptonii includ, de asemenea, un număr de particule care nu sunt enumerate în tabel.
Al treilea grup mare este format din particule grele numite hadronii. Acest grup este împărțit în două subgrupe. Particulele mai ușoare formează un subgrup mezonii .
Activitatea preconizată a elevilor: cele mai ușoare dintre ele sunt încărcate pozitiv și negativ, precum și mezonii neutri. Pionii sunt cuante ale câmpului nuclear.
Activitatea profesorului: al doilea subgrup - barionii - include particule mai grele. Este cel mai extins.
Activitate estimată a elevilor: Cei mai ușori barioni sunt nucleonii - protonii și neutronii.
Activitatea profesorului: sunt urmaţi de aşa-numiţii hiperoni. Omega-minus-hyperon, descoperit în 1964, închide tabelul.
Abundența de hadroni descoperiți și recent descoperiți i-a determinat pe oamenii de știință să creadă că toți au fost construiti din alte particule mai fundamentale.
În 1964, fizicianul american M. Gell-Man a prezentat o ipoteză, confirmată de cercetările ulterioare, că toate particulele fundamentale grele - hadronii - sunt construite din mai multe particule fundamentale numite quarcuri.
Din punct de vedere structural, particulele elementare care alcătuiesc nucleii atomici (nucleonii) și, în general, toate particulele grele - hadronii (barionii și mezonii) - constau din particule și mai simple, care sunt de obicei numite fundamentale. Acest rol al elementelor primare cu adevărat fundamentale ale materiei este jucat de quarci, a căror sarcină electrică este egală cu +2/3 sau -1/3 din sarcina pozitivă unitară a unui proton.
Cuarcurile cele mai obișnuite și ușoare sunt numite sus și jos și sunt desemnați, respectiv, u (din engleză sus) și d (jos). Uneori sunt numiți și cuarcuri de protoni și neutroni datorită faptului că protonul constă dintr-o combinație de uud și neutronul - udd. Cuarcul de top are o sarcină de +2/3; jos - sarcină negativă -1/3. Deoarece un proton este format din doi quarci sus și unul down, iar un neutron este format din unul sus și doi cuarci down, puteți verifica independent dacă sarcina totală a unui proton și neutron este strict egală cu 1 și 0.
Celelalte două perechi de quarci fac parte din particule mai exotice. Quarcii din a doua pereche se numesc fermecat - c (de la fermecat) și ciudat - s (din ciudat).
A treia pereche este formată din quarkuri adevărate - t (din adevărul, sau în tradiția engleză de sus) și frumos - b (din frumusețe, sau în tradiția engleză de jos).
Aproape toate particulele constând din diferite combinații de quarci au fost deja descoperite experimental
Odată cu acceptarea ipotezei cuarcului, a fost posibil să se creeze un sistem armonios de particule elementare. Numeroase căutări de quarci în stare liberă, efectuate la acceleratoare de energie înaltă și în raze cosmice, au fost fără succes. Oamenii de știință cred că unul dintre motivele inobservabilității quarcilor liberi este, probabil, masele lor foarte mari. Acest lucru previne nașterea quarcilor la energiile care sunt realizate în acceleratoarele moderne.
Cu toate acestea, în decembrie 2006, un mesaj ciudat despre descoperirea „cuarcilor de top liber” a fost difuzat prin agențiile de știri științifice și mass-media.
4. Verificarea inițială a înțelegerii.
Activitatea profesorului: deci băieți, am acoperit:
- principalele etape ale dezvoltării fizicii particulelor
- a aflat ce particulă se numește elementară
- s-a familiarizat cu tipologia particulelor.
În lecția următoare ne vom uita la:
- clasificare mai detaliată a particulelor elementare
- tipuri de interacțiuni ale particulelor elementare
- antiparticule.
Și acum vă sugerez să faceți un test pentru a reînvia în memorie punctele principale ale materialului pe care l-am studiat (Anexa 3).
5. Rezumând lecția.
Activitățile profesorului: Acordarea de note celor mai activi elevi.
6. Tema pentru acasă
Activitatea profesorului:
1. pr. 115, p. 347
2. schița paragrafului conform planului consemnat în lecție.
