Náčrt lekcie
na túto tému
"Koncept
o elementárnych časticiach"
(11. ročník)
Učiteľ fyziky
Čerpita Valerij Nikolajevič
Škola GBOU 2051
Moskovské mestá
Pojem elementárnych častíc.
Klasifikácia elementárnych častíc.
/data/files/u1514922328.pptx (Prezentácia k lekcii na tému „Koncept častíc prvkov“)
Ciele lekcie: oboznámiť žiakov s elementárnymi časticami ako jedinými zástupcami hmoty na úrovni nižšej ako 10¯ ¹⁵ m priestorové rozmery a vzdialenosti; odhaliť všeobecné vlastnosti elementárnych častíc, uviesť ich klasifikáciu.
Plán lekcie
| Kroky lekcie | Čas, min | Metódy a techniky |
| Úvod: zadanie výchovných problémov na vyučovaciu hodinu | 3 - 5 | Príbeh a formulácia učiteľa |
| Štúdium nového materiálu: koncept elementárnych častíc, klasifikácia častíc, kvarky atď. | 30 - 35 | Príbeh učiteľa pomocou prvkov konverzácie. Práca s učebnicou. Učebnicový materiál. Tabuľka. Záznamy zo zápisníka |
| Zhrnutie, zdôraznenie hlavnej veci. Domáca úloha | 5 - 7 | Rozhovor o problémoch. Formulácia záverov |
1. Počas celého kurzu fyziky sa študenti viackrát stretli s elementárnymi časticami. Už v prvej fáze boli študované elektróny; ďalej sa v mnohých prípadoch používal pojem elektrón. V kvantovej fyzike sa žiaci učili o protóne a neutróne.
Záverečné hodiny môžu byť vedené formou školských prednášok vrátane prvkov konverzácie a krátkych prezentácií študentov k jednotlivým problémom. Na udržanie kognitívnej aktivity žiakov na vyučovacej hodine je potrebné zabezpečiť zmenu ich činnosti, kombinovať informačný materiál (príbeh, posolstvo) s reprodukčným (odpovedanie na otázky, samostatná práca s učebnicou) a problémovým (predstavenie problému, predloženie hypotéz atď.). Pri príprave hodín by ste sa mali postarať o vizuálne pomôcky, pripraviť tabuľky, fotografie tratí atď. V kurze už nie je čas na opakované uplatňovanie zavedených pojmov, preto je potrebné čo najviac prepájať nové s predtým naučeným.
2. Prezentácia nového materiálu.Keď sa veda hlbšie zaoberala štruktúrou hmoty, objavila molekuly, atómy, zistila, že atóm pozostáva z jadra a elektrónov, a nakoniec stanovila komplexnú štruktúru jadra, ktorá zahŕňa protóny a neutróny.
Ak vezmeme do úvahy štruktúru hmoty s prihliadnutím na tieto informácie, potom v mikrokozme na úrovni malých vzdialeností, asi 10¯¹⁴ - 10¯¹⁵ m, môžeme konštatovať, že hmota pozostáva z protónov, neutrónov a elektrónov. Ale hmota je v prírode reprezentovaná nielen hmotou, ale aj elektromagnetickým poľom. Elektromagnetické pole pozostáva aj z mikročastíc – fotónov.
Mikročastice – fotóny, elektróny, protóny, neutróny – sa nazývajú elementárne častice. Slovo „elementárny“ znamená najjednoduchší základný prvok hmoty: všetky hmotné objekty – telá, polia – pozostávajú z týchto častíc. Pri zavedení tohto pojmu sa predpokladalo, že elementárne častice nemajú žiadnu vnútornú štruktúru, t.j. už sa neskladajú z ničoho. Teraz bol objasnený pojem elementárnosti, ako bude uvedené nižšie.
V súčasnosti bolo objavených viac ako 400 mikročastíc podobných veľkosťou, hmotnosťou, elektrickým nábojom (a niektorými ďalšími vlastnosťami) tým, ktoré sú uvedené vyššie. Všetky sa tiež nazývajú elementárne.
Charakteristickým znakom väčšiny elementárnych častíc je ichnestabilita. Všetky častice, okrem fotónov v prázdnote, elektrónov, protónov, neutrónov (v jadre) a neutrínových častíc, sa spontánne rozpadajú a nakoniec sa stanú stabilnými. Tieto procesy sú podobné rádioaktívnemu rozpadu jadier. Priemerná životnosť nestabilných elementárnych častíc; častice, ktorých životnosť je extrémne krátka alebo relatívne stabilná, sa považujú za10 ¯ ⁶ - 10 ¯ ¹⁴ s, aexistujú aj častice, ktoré len žijú10 ¯ ²² - 10 ¯ ²³ s.
Neutrón mimo jadra je tiež nestabilný: jeho priemerná životnosť je 16 minút, ale v porovnaní so životnosťou častíc s krátkou životnosťou je to veľmi dlhá doba.
Je jasné, že ak by vesmír kedysi vznikol, tak by sa všetky nestabilné elementárne častice počas jeho existencie až do súčasnosti rozpadli, zmenili na stabilné alebo zmizli a svoju energiu by odovzdali tepelnému pohybu stabilných častíc hmoty. Odkiaľ pochádzajú častice s krátkou životnosťou? Boli objavené a získané ako pri jadrových reakciách, tak aj pri rôznych reakciách so stabilnými elementárnymi časticami. Reakcia nastáva, keď sa jedna elementárna častica zrazí s druhou alebo sa spontánne rozpadne. V dôsledku reakcie vznikajú nové častice, dochádza k vzájomnej premene častíc.
Ako príklad rozkladnej reakcie uvádzame nasledujúcu reakciu:
n → p + e¯+ ṽ ,
kde sa neutrón rozpadá na protón, elektrón a antineutríno.
Antineutrína a neutrína sú častice s veľmi nízkou pokojovou hmotnosťou, tisíckrát menšie ako najľahšia častica – elektrón. Sú elektricky neutrálne. Neutrino je stabilná častica. Po teoretickej predpovedi dlho nebolo možné experimentálne zaznamenať pôsobenie neutrín. Nakoniec sa reakcia uskutočnila v roku 1956
p + ṽ → n + e˖
v ktorom vznikol neutrón a kladne nabitý elektrón – pozitrón.
Pozitron je objavený skúsenosťou, keď sa stretne s elektrónom; „zmizne“ spolu s elektrónom:
e˖ + e¯ → 2r
Reakcia je tzvzničenieelektrón-pozitívny pár; V dôsledku toho sa vytvoria dva fotóny, ktoré sú zaznamenané špeciálnymi čítačmi.
Vzájomná konvertibilitaelementárnečastice počas interakcií je ich druhá vlastnosť.
Treťou vlastnosťou, ktorá je vlastná všetkým elementárnym časticiam, jeKaždá častica má dvojča – antičasticu.Ak je častica elektricky nabitá, potom antičastica nesie náboj opačného znamienka. Ale nenabité častice majú aj antičastice. Keď sa stretnú, interakcia medzi časticou a antičasticou vedie k ich zničeniu, t.j. k zániku, k premene na fotóny alebo iné častice. V súčasnosti boli objavené antičastice pre takmer všetky známe častice, vrátane antiprotónu a antineutrónu. Dokonca sa získal aj atóm pozostávajúci z antičastíc, antihélia, takže v zásade môžeme hovoriť o možnosti existencie antihmoty. Spojenie hmoty s antihmotou by malo viesť k prechodu hmoty do poľa, k anihilácii hmoty v rámci zákonov zachovania energie, hybnosti a elektrického náboja; tým sa uvoľní energia ekvivalentná pokojovej hmotnostimc². Teraz je však známe, že vesmír pozostáva iba z hmoty a nie je v ňom žiadna antihmota, rovnako ako neexistujú žiadne alebo len veľmi málo stabilných antičastíc.
Ďalej by ste mali daťklasifikácia elementárnych častícs rozdelením všetkých častíc podľa hmotnosti do tried: leptóny, mezóny, baryóny. Pri zvažovaní a analýze tabuľky elementárnych častíc venujeme pozornosť ich charakteristikám: hmotnosti, náboje, životnosti. Informujeme, že tabuľka obsahuje hlavné častice - stabilné a relatívne stabilné. Mnohé nestabilné častice – mezóny a baryóny, tzvrezonancie, - nezahrnuté v tabuľke.
Poďme diskutovať o veľkosti častíc. Podľa moderných údajov fotóny a leptóny v experimentoch nevykazujú rozšírenie ani vnútornú štruktúru. Z tohto hľadiska ich možno zaradiť medzi skutočne elementárne (primárne) častice. Mezóny a baryóny majú veľkosti rádovo 10¯ ¹⁵ Experimenty s rozptylom veľmi vysokoenergetických elektrónov nimi, podobne ako Rutherfordove experimenty, vedú k záveru o prítomnosti vnútornej štruktúry mezónov a baryónov. Môžeme povedať, že nie sú elementárne, ale pozostávajú zo subelementárnych častíc tzvkvarky.
Pri štúdiu elementárnych častíc sa nedotýkame druhého makroskopického poľa, ktoré existuje v prírode – gravitačného poľa. Teoreticky sa zistilo, že na mikroúrovni pozostáva z poľných kvánt tzvgravitóny. Tie, podobne ako fotóny, sú častice bez pokojovej hmotnosti a náboja. Gravitón však nebol experimentálne zistený.
3. Zhrnutie. Reflexia
Domáca úloha
Cieľ: Porozprávať žiakom o elementárnych časticiach, ich základných vlastnostiach a klasifikáciách
Počas vyučovania
Nový materiál (prednesený na prednáške)
Štúdie štruktúry atómu a atómového jadra ukázali, že zloženie atómu zahŕňa elektróny, protóny a neutróny. Bolo zvykom nazývať tieto častice elementárne. Fotón (), pozitrón (e +) a neutríno (v), ktoré priamo súvisia s atómom a jadrom, sa začali nazývať aj elementárne častice.
Podľa pôvodného plánu sú elementárne častice najjednoduchšie častice, z ktorých je postavená látka (atómy) existujúceho sveta.
Elementárne častice si spočiatku predstavovali ako niečo večné, nemenné, nezničiteľné a obraz elementárnej častice sa spájal s obrazom zrnka piesku alebo malej guľôčky bez štruktúry.
V súčasnosti neexistuje jasné kritérium pre elementárnosť. Pojem „elementárna častica“ je v súčasnosti veľmi zložitý.
Stručne vymenujme známe elementárne častice v poradí ich historického objavu.
Metodické poznámky: Žiadame študentov, aby pri ďalšom vysvetľovaní vyplnili nasledujúcu tabuľku (Príloha 1)
| K akému typu patrí? | Názov častice | Označenie | Rok otvorenia | Nabitie q | Hmotnosť častíc |
Elektrón objavil J. J. Thomsan v roku 1897. Hmotnosti iných elementárnych častíc sú zvyčajne vyjadrené prostredníctvom hmotnosti elektrónu.
V roku 1900 M. Planck a najmä v roku 19005. A. Einstein ukázal, že svetlo pozostáva z oddelených častí – fotónov. Fotón nemá žiadny náboj a jeho pokojová hmotnosť = 0. Fotón môže existovať iba v procese pohybu rýchlosťou svetla.
Rutherfordove experimenty s rozptylom častíc v roku 1911. Viedlo k objavu protónu. Hmotnosť protónu = 1836 m e
Väčšina fyzikov bola presvedčená, že sa im konečne podarilo zredukovať celú rozmanitosť chemických prvkov a látok prírody na dve jednoduché entity: elektróny a protóny. Obraz nakreslený fyzikmi tých rokov o štruktúre hmoty vštepil zmysel pre vedeckú krásu a pôvab. V období od roku 1911 Do roku 1932 Mnohých vedcov napĺňal pocit zadosťučinenia, že sa im podarilo splniť stáročný sen o vedeckom výskume.
Avšak v roku 1928 P. Dirac a následne v roku 1932 K. Anderson objavil takéto častice, tzv pozitróny (e+)
Pozitron je prvá elementárna častica predpovedaná teoreticky.
V roku 1932 D. Chadwig objavil neutrón s hmotnosťou = 1838 m e
Neutrón vo voľnom stave je na rozdiel od protónu nestabilný a rozpadá sa na protón a elektrón s polčasom rozpadu T = 1,01 10 3 s. Vo vnútri jadra môže neutrón existovať neobmedzene dlho.
V rokoch 1931-1933. W. Pauli, ktorý analyzoval -rozpad, navrhol, že počas rozpadu sa okrem protónu a elektrónu emituje aj ďalšia neutrálna častica s pokojovou hmotnosťou = 0. Táto častica bola tzv neutrino()
Až v roku 1956 K. Cowan a jeho kolegovia objavili antineutrino() vyrobené v jadrovom reaktore. Bol „chytený“ pri štúdiu reakcie: p+ v n+e + , neutríno vyvolá reakciu n+p+e - .
V roku 1937 K. Anderson a S. Nedderman objavili nabité častice s hmotnosťou 206,7 m e, tieto častice sa nazývali -mezóny (+ a -) s nábojom +e a -e. V súčasnosti sa tieto častice nazývajú -častice alebo -mióny.
V roku 1947 Anglickí vedci S. Powell, G. Occhialini a ďalší objavili -mezóny (-mezón je primárny mezón, ktorý pri rozpade dáva mióny)
Mezón má náboj +e a -e a hmotnosť 273,2 m e. O niečo neskôr ako v roku 1950 bol objavený neutrálny -mezón (o) s hmotnosťou 264,2 m e. V súčasnosti existujú tri typy -mezónu sú známe: -, o, + , intenzívne interagujú s nukleónmi a ľahko vznikajú pri zrážke nukleónov s jadrami, t.j. sú jadrovo aktívne. V súčasnosti sa verí, že -mezóny sú kvantá jadrového poľa zodpovedné za väčšinu jadrových síl.
V rokoch 1949-1950 Začala sa doslova „invázia“ elementárnych častíc, ich počet sa rýchlo zvyšoval.
Novoobjavené častice možno rozdeliť do dvoch skupín:
Do prvej skupiny patria častice s hmotnosťou asi 966 m e a 974 m e, v súčasnosti nazývané K-mezóny. Mezóny K + a K - sú známe s hmotnosťou približne 966,3 m e a elektrickými nábojmi +e a -e. Známe sú neutrálne K-mezóny (K o a K o) s hmotnosťou 974,5 m e.
Druhá skupina častíc sa nazýva hyperóny. V súčasnosti sú známe nasledujúce hyperóny:
V roku 1955 Bol objavený antiprotón a v roku 1956 bol objavený antineutrón.
V posledných rokoch boli objavené nové kvázičastice (rezonančné stavy) s nezvyčajne krátkou životnosťou, rádovo 10 -22 - 10 -23 s. V tomto prípade nie je možné zistiť ani stopy častíc a ich existenciu. možno usúdiť len z nepriamych úvah, z analýzy správania sa produktov ich rozkladu.
V posledných rokoch bol objavený druhý typ neutrína, takzvané miónové neutríno (antineutrino) a, ktoré sa uvoľňuje napríklad pri rozpade -mezónov;
III skupina- ťažké častice alebo baryóny
Táto skupina zahŕňa:
- Nukleóny a ich antičastice
- Hyperóny a ich antičastice
Aplikácia termonukleárnej energie na príklade inštalácie Tokamak
Žiaci majú odpovedať na otázky:
- Aká jadrová reakcia sa nazýva termonukleárna? (orálne)
- Ako môže prebiehať termonukleárna reakcia?
- Vysvetlite princíp fungovania zariadenia Tokamak (písomne, s použitím ďalšej literatúry)
- Vysvetlite princíp fungovania laserového zariadenia na termonukleárnu fúziu“ (písomne s použitím ďalšej literatúry)
Ak chcete použiť ukážky prezentácií, vytvorte si účet Google a prihláste sa doň: https://accounts.google.com
Popisy snímok:
Klasifikácia elementárnych častíc Elementárne častice (častice, ktoré sa nedajú rozdeliť na zložky) Fundamentálne (bezštruktúrne častice) Hadróny (častice so zložitou štruktúrou) leptóny kvarky nosiče interakcií baryóny mezóny e-, e+, mión, taón, tri druhy neutrín (častice z ktorých sa skladajú všetky andróny) u , c, t , d, s, b 1) elektromagnetické: fotón 2) silné: gluóny 3) slabé: intermediárne bozóny W - , W + neutrálny bozón Z 0 4) gravitačné: gravitón G ( pozostávajú z troch kvarkov) p, n, hyperón (pozostávajú z dvoch kvarkov, z ktorých jeden je antikvark)
Náhľad:
Téma lekcie : Svet elementárnych častíc
Spôsob výučby: prednáška
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).
Počas tried:
Organizačná fáza
Pozdrav, kontrola pripravenosti žiakov na vyučovaciu hodinu.
I. Nová téma 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. Rozsah jadrovej sily 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).
Snímka (ako príbeh postupuje, na snímke sa objavujú slová).
Všetky elementárne častice (ktoré sa nedajú rozdeliť na zložky) sú rozdelené do 2 skupín:zásadný(bezštruktúrne častice, všetky základné častice v tomto štádiu vývoja fyziky sa považujú za bezštruktúrne, to znamená, že sa neskladajú z iných častíc) a hadróny (častice so zložitou štruktúrou).
Základné časticesa zase delia na leptóny, kvarky a nosiče interakcií. Hadróny sa delia na baryóny a mezóny. Na leptóny zahŕňajú elektrón, pozitrón, mión, taón, tri typy neutrína. Nezúčastňujú sa silných interakcií. TO kvarky sú častice, ktoré tvoria všetky hadróny. Usú často v silnej interakcii.Podľa moderných koncepcií každá z interakcií vzniká ako výsledok výmeny častíc, tzvnositeľmi tejto interakcie: fotón (nosenie častícelektromagnetická interakcia), osem gluónov (nesúce časticesilná interakcia), tri stredné vektorové bozóny W + , W − a Z 0 nesúce slabá interakcia, gravitón (nosič gravitačná interakciaja). Existencia gravitónov zatiaľ nebola experimentálne dokázaná.
Hadróny zúčastniť sa všetkých typovzásadné interakcie. Sú vyrobené z kvarkov a delia sa postupne na: baryóny , pozostávajúci z troch kvarkov a mezóny , pozostávajúce z dvoch kvarky , 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
- 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?
Zhrnutie lekcie. Na hodine sme sa zoznámili s časticami mikrosveta a zistili, ktoré častice sa nazývajú elementárne.
D/z § 28
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, iba v samom strede nukleónu sa nachádzajú 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
Trieda: 11
Trieda: 11
Typ lekcie: hodina štúdia a primárne upevňovanie nových poznatkov
Vyučovacia metóda: prednáška
Forma študentskej aktivity: frontálne, kolektívne, individuálne
Účel lekcie: rozšíriť porozumenie študentov o štruktúre hmoty; zvážiť hlavné etapy vývoja fyziky elementárnych častíc; uveďte pojem elementárne častice a ich vlastnosti.
Ciele lekcie:
- Vzdelávacie: oboznámiť študentov s pojmom elementárna častica, typológiou elementárnych častíc, ako aj metódami štúdia vlastností elementárnych častíc;
- Vývojový: rozvíjať kognitívny záujem študentov, zabezpečiť ich realizovateľné zapojenie do aktívnej kognitívnej činnosti;
- Vzdelávacie: výchova univerzálnych ľudských vlastností - uvedomenie si vnímania vedeckých úspechov vo svete; rozvíjanie zvedavosti a vytrvalosti.
Vybavenie na lekciu:
Didaktické materiály: učebnicový materiál, kartičky s testami a tabuľky
Vizuálne pomôcky: prezentácia
1. Organizácia začiatku vyučovacej hodiny.
Aktivity učiteľa: Vzájomné pozdravy medzi učiteľom a študentmi, opravovanie študentov, kontrola pripravenosti študentov na hodinu. Organizácia pozornosti a začlenenie žiakov do obchodného rytmu práce.
organizácia pozornosti a začlenenie do obchodného rytmu práce.
2. Príprava na hlavnú fázu vyučovacej hodiny.
Aktivity učiteľa: Dnes začneme študovať novú časť „Kvantová fyzika“ - „Elementárne častice“. V tejto kapitole si povieme o primárnych, nerozložiteľných časticiach, z ktorých je postavená všetka hmota, o elementárnych časticiach.
Fyzici pri skúmaní jadrových procesov objavili existenciu elementárnych častíc, takže až do polovice 20. storočia bola fyzika elementárnych častíc odvetvím jadrovej fyziky. Fyzika elementárnych častíc a jadrová fyzika sú v súčasnosti blízkymi, ale nezávislými odvetviami fyziky, ktoré spája zhoda mnohých uvažovaných problémov a používaných výskumných metód.
Hlavnou úlohou fyziky elementárnych častíc je štúdium povahy, vlastností a vzájomných premien elementárnych častíc.
Bude to aj naša hlavná úloha pri štúdiu fyziky elementárnych častíc.
3. Asimilácia nových poznatkov a metód konania.
Aktivity učiteľa: Téma hodiny: "Etapy vývoja fyziky elementárnych častíc." V tejto lekcii sa pozrieme na nasledujúce otázky:
- História vývoja myšlienok, že svet pozostáva z elementárnych častíc
- Čo sú to elementárne častice?
- Ako možno získať izolovanú elementárnu časticu a je to možné?
- Typológia častíc.
Myšlienka, že svet sa skladá zo základných častíc, má dlhú históriu. Dnes existujú tri etapy vývoja fyziky elementárnych častíc.
Otvorme učebnicu. Zoznámime sa s názvami etáp a časovými rámcami.
Predpokladaná aktivita študentov:
1. etapa. Od elektrónu k pozitrónu: 1897 - 1932.
2. etapa. Od pozitrónu ku kvarkom: 1932 - 1964.
3. fáza. Od hypotézy kvarku (1964) po súčasnosť.
Aktivity učiteľa:
1. fáza
Elementárne, t.j. najjednoduchší, ďalej nedeliteľný, takto si atóm predstavoval známy starogrécky vedec Demokritos. Pripomínam, že slovo „atóm“ v preklade znamená „nedeliteľný“. Prvýkrát myšlienku existencie malých, neviditeľných častíc, ktoré tvoria všetky okolité objekty, vyjadril Democritus 400 rokov pred naším letopočtom. Veda začala používať myšlienku atómov až na začiatku 19. storočia, keď na tomto základe bolo možné vysvetliť množstvo chemických javov. A na konci tohto storočia bola objavená zložitá štruktúra atómu. V roku 1911 bolo objavené atómové jadro (E. Rutherford) a konečne sa dokázalo, že atómy majú zložitú štruktúru.
Pripomeňme si chlapci: aké častice sú súčasťou atómu a stručne ich charakterizujte?
Predpokladaná aktivita študentov:
Aktivity učiteľa: Chlapi, možno si niektorí pamätáte: kto a v ktorých rokoch objavil elektrón, protón a neutrón?
Predpokladaná aktivita študentov:
Electron. V roku 1898 J. Thomson dokázal reálnosť existencie elektrónov. V roku 1909 R. Millikan prvýkrát zmeral náboj elektrónu.
Proton. V roku 1919 E. Rutherford pri bombardovaní dusíka časticami objavil časticu, ktorej náboj sa rovnal náboju elektrónu a ktorej hmotnosť bola 1836-krát väčšia ako hmotnosť elektrónu. Častica dostala názov protón.
Neutrón. Rutherford tiež navrhol existenciu častice bez náboja, ktorej hmotnosť sa rovná hmotnosti protónu.
V roku 1932 D. Chadwick objavil časticu, ktorú navrhol Rutherford a nazval ju neutrón.
Aktivity učiteľa: Po objavení protónu a neutrónu sa ukázalo, že jadrá atómov, podobne ako samotné atómy, majú zložitú štruktúru. Vznikla protónovo-neutrónová teória štruktúry jadier (D. D. Ivanenko a V. Heisenberg).
V 30. rokoch 19. storočia sa v teórii elektrolýzy vyvinutej M. Faradayom objavil pojem -ión a meral sa elementárny náboj. Koniec 19. storočia – okrem objavu elektrónu, sa niesol v znamení objavu fenoménu rádioaktivity (A. Becquerel, 1896). V roku 1905 vznikla vo fyzike myšlienka kvanta elektromagnetického poľa - fotónov (A. Einstein).
Pripomeňme si: čo je fotón?
Predpokladaná aktivita študentov: Fotón(alebo kvantum elektromagnetického žiarenia) je elementárna svetelná častica, elektricky neutrálna, bez pokojovej hmotnosti, ale má energiu a hybnosť.
Aktivity učiteľa: otvorené častice boli považované za nedeliteľné a nemenné primárne esencie, základné stavebné kamene vesmíru. Tento názor však netrval dlho.
2. fáza
V tridsiatych rokoch minulého storočia boli objavené a študované vzájomné premeny protónov a neutrónov a ukázalo sa, že tieto častice tiež nie sú nemennými elementárnymi „stavebnými kameňmi“ prírody.
V súčasnosti je známych asi 400 subjadrových častíc (častíc, ktoré tvoria atómy, ktoré sa zvyčajne nazývajú elementárne). Prevažná väčšina týchto častíc je nestabilná (elementárne častice sa navzájom premieňajú).
Jedinými výnimkami sú fotón, elektrón, protón a neutríno.
Fotón, elektrón, protón a neutríno sú stabilné častice (častice, ktoré môžu neobmedzene existovať vo voľnom stave), ale každá z nich sa pri interakcii s inými časticami môže zmeniť na iné častice.
Všetky ostatné častice sa v určitých časových intervaloch spontánne premieňajú na iné častice, a to je hlavný fakt ich existencie.
Spomenul som ešte jednu časticu – neutríno. Aké sú hlavné charakteristiky tejto častice? Kto a kedy ho objavil?
Predpokladaná aktivita študenta: Neutríno je častica bez elektrického náboja a jej pokojová hmotnosť je 0. Existenciu tejto častice predpovedal v roku 1931 W. Pauli a v roku 1955 bola častica experimentálne zaregistrovaná. Prejavuje sa ako výsledok rozpadu neutrónov:
Aktivity učiteľa: Nestabilné elementárne častice sa veľmi líšia svojou životnosťou.
Častica s najdlhšou životnosťou je neutrón. Životnosť neutrónov je asi 15 minút.
Ostatné častice „žijú“ oveľa kratší čas.
Existuje niekoľko desiatok častíc so životnosťou presahujúcou 10 -17 s. V meradle mikrokozmu je to významný čas. Takéto častice sa nazývajú relatívne stabilný .
Väčšina krátkodobý elementárne častice majú životnosť rádovo 10 -22 -10 -23 s.
Schopnosť vzájomných premien je najdôležitejšou vlastnosťou všetkých elementárnych častíc.
Elementárne častice sa môžu zrodiť a zničiť (emitovať a absorbovať). To platí aj pre stabilné častice, len s tým rozdielom, že premeny stabilných častíc neprebiehajú spontánne, ale interakciou s inými časticami.
Príkladom by bolo zničenie (t.j. zmiznutie) elektrón a pozitrón, sprevádzaný zrodom vysokoenergetických fotónov.
Pozitron je (antičastica elektrónu) kladne nabitá častica, ktorá má rovnakú hmotnosť a rovnaký (v absolútnej hodnote) náboj ako elektrón. O jeho vlastnostiach si podrobnejšie povieme v ďalšej lekcii. Povedzme, že existenciu pozitrónu predpovedal P. Dirac v roku 1928 a v roku 1932 ho v kozmickom žiarení objavil K. Anderson.
V roku 1937 boli v kozmickom žiarení objavené častice s hmotnosťou 207 elektrónov, tzv. mióny (-mezóny). Priemerná životnosť mezónu je 2,2 * 10 -6 s.
Potom v rokoch 1947-1950 otvorili pivonky (t.j. -mezóny). Priemerná životnosť neutrálneho -mezónu je 0,87·10 -16 s.
V nasledujúcich rokoch začal počet novoobjavených častíc rýchlo rásť. Uľahčil to výskum kozmického žiarenia, vývoj technológie urýchľovačov a štúdium jadrových reakcií.
Moderné urýchľovače sú potrebné na uskutočnenie procesu vytvárania nových častíc a štúdia vlastností elementárnych častíc. Počiatočné častice sú urýchľované v urýchľovači na vysoké energie „na kolíznom kurze“ a na určitom mieste sa navzájom zrážajú. Ak je energia častíc vysoká, potom sa počas procesu zrážky zrodí veľa nových častíc, zvyčajne nestabilných. Tieto častice, ktoré sa rozptyľujú z miesta zrážky, sa rozpadajú na stabilnejšie častice, ktoré sú zaznamenané detektormi. Pre každý takýto akt kolízie (fyzici hovoria: pre každú udalosť) - a sú zaznamenané v tisícoch za sekundu! -experimentári v dôsledku toho určujú kinematické premenné: hodnoty impulzov a energií „chytených“ častíc, ako aj ich trajektórie (pozri obrázok v učebnici). Zhromažďovaním mnohých udalostí rovnakého typu a štúdiom distribúcie týchto kinematických veličín fyzici rekonštruujú, ako k interakcii došlo a akému typu častíc možno výsledné častice pripísať.
3. fáza
Elementárne častice sú spojené do troch skupín: fotóny , leptóny A hadróny (Príloha 2).
Chlapci, uveďte mi častice patriace do skupiny fotónov.
Predpokladaná aktivita študentov: Do skupiny fotóny označuje jedinú časticu - fotón
Aktivity učiteľa:ďalšiu skupinu tvoria ľahké častice leptóny.
Predpokladaná aktivita študentov: táto skupina zahŕňa dva typy neutrín (elektrónové a miónové), elektrón a β-mezón
Aktivity učiteľa: Leptóny tiež zahŕňajú množstvo častíc, ktoré nie sú uvedené v tabuľke.
Tretiu veľkú skupinu tvoria ťažké častice tzv hadróny. Táto skupina je rozdelená na dve podskupiny. Ľahšie častice tvoria podskupinu mezóny .
Predpokladaná aktivita študentov: najľahšie z nich sú pozitívne a negatívne nabité, ako aj neutrálne -mezóny. Pióny sú kvantá jadrového poľa.
Aktivity učiteľa: druhá podskupina - baryóny - obsahuje ťažšie častice. Je najrozsiahlejšia.
Predpokladaná aktivita študentov: Najľahšie baryóny sú nukleóny – protóny a neutróny.
Aktivity učiteľa: po nich nasledujú takzvané hyperóny. Tabuľku uzatvára Omega-mínus-hyperón, objavený v roku 1964.
Množstvo objavených a novoobjavených hadrónov viedlo vedcov k presvedčeniu, že všetky boli postavené z nejakých iných, zásadnejších častíc.
V roku 1964 predložil americký fyzik M. Gell-Man hypotézu potvrdenú následným výskumom, že všetky ťažké fundamentálne častice – hadróny – sú postavené z fundamentálnejších častíc tzv. kvarky.
Zo štruktúrneho hľadiska sa elementárne častice, ktoré tvoria atómové jadrá (nukleóny), a vo všeobecnosti všetky ťažké častice – hadróny (baryóny a mezóny) – skladajú z ešte jednoduchších častíc, ktoré sa zvyčajne nazývajú fundamentálne. V tejto úlohe skutočne základných primárnych prvkov hmoty sú kvarky, ktorých elektrický náboj sa rovná +2/3 alebo -1/3 jednotkového kladného náboja protónu.
Najbežnejšie a ľahké kvarky sa nazývajú up a down a označujú sa, v uvedenom poradí, u (z angličtiny up) a d (down). Niekedy sa nazývajú aj protónové a neutrónové kvarky, pretože protón pozostáva z kombinácie uud a neutrónu - udd. Top kvark má náboj +2/3; dno - záporný náboj -1/3. Keďže protón pozostáva z dvoch up a jedného down a neutrón sa skladá z jedného up a dvoch down kvarkov, môžete nezávisle overiť, že celkový náboj protónu a neutrónu je presne rovný 1 a 0.
Ďalšie dva páry kvarkov sú súčasťou exotickejších častíc. Kvarky z druhého páru sa nazývajú očarované - c (od očarovaného) a podivné - s (od divného).
Tretí pár tvoria pravdivé - t (od pravdy, alebo v anglickej tradícii top) a krásne - b (od krásy, alebo v anglickej tradícii spodné) kvarky.
Takmer všetky častice pozostávajúce z rôznych kombinácií kvarkov už boli experimentálne objavené
Prijatím kvarkovej hypotézy bolo možné vytvoriť harmonický systém elementárnych častíc. Početné pátrania po kvarkoch vo voľnom stave uskutočnené na vysokoenergetických urýchľovačoch a v kozmickom žiarení boli neúspešné. Vedci sa domnievajú, že jedným z dôvodov nepozorovateľnosti voľných kvarkov je možno ich veľmi veľká hmotnosť. To zabraňuje vzniku kvarkov pri energiách, ktoré sa dosahujú v moderných urýchľovačoch.
V decembri 2006 sa však vedeckými spravodajskými agentúrami a médiami šírila zvláštna správa o objave „voľných top kvarkov“.
4. Počiatočná kontrola porozumenia.
Aktivity učiteľa: Takže chlapci, prebrali sme:
- hlavné etapy vývoja časticovej fyziky
- zistil, ktorá častica sa nazýva elementárna
- zoznámil sa s typológiou častíc.
V ďalšej lekcii sa pozrieme na:
- podrobnejšiu klasifikáciu elementárnych častíc
- typy interakcií elementárnych častíc
- antičastice.
A teraz vám navrhujem urobiť test, aby ste si v pamäti oživili hlavné body učiva, ktoré sme študovali (príloha 3).
5. Zhrnutie lekcie.
Činnosť učiteľa: Udeľovanie známok najaktívnejším žiakom.
6. Domáce úlohy
Aktivity učiteľa:
1. strana 115, strana 347
2. osnova odseku podľa plánu zaznamenaného na vyučovacej hodine.
