План - конспект открытого урока по физике в 11 классе на тему "Античастицы"
план-конспект урока по физике (11 класс) на тему

План конспект открытого урока в 11А классе по физике.

Учитель: Бакуров Е. А.

Тема урока: античастицы.

Умк: Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский; под ред. В.И.Николаева, Н.А.Парфентьевой; М: Просвещение, 2015.

Тип урока: изучение нового материала

Метод обучения:  эвристическая  беседа.

Цели урока:

Образовательные: познакомить учащихся с понятием - антчастичастица, с классификацией элементарных частиц, обобщить и закрепить знания о фундаментальных видах взаимодействий, формировать  научное мировоззрение.

Воспитательные:   формировать познавательный интерес к физике,  привитие любви и уважения к достижениям науки.

Развивающие: развитие любознательности, умение  анализировать, самостоятельно формулировать выводы, развитие  речи, мышления.

Оборудование: интерактивная доска (или проектор с экраном).

Ход урока:

1. (2 мин.) Организационный этап: приветствие, проверка готовности учащихся к уроку, Ψ настрой.
2. (4 мин) Повторение пройденного материала: - основные этапы развития квантовой физики, кроссворд ( фронтально)

в) (15 мин) Изложение нового материала :

1. Заполнение анкеты для электрона ( и фронтально и индивидуально)

Предлагает школьникам заполнить анкету для позитрона после просмотра слайда с портретом П. Дирака и фотографии камеры Вильсона.

 2. Далее пояснение учителя. (Предлагает просмотр сюжетов, задавая вопросы и делая паузы для обсуждения.)

В природе существуют 4 типа фундаментальных (основных) взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. По современным представлениям взаимодействие между телами осуществляется через поля, окружающие эти тела. Само поле в квантовой теории понимается как совокупность квантов. Каждый тип взаимодействия имеет своих переносчиков взаимодействия и сводится к поглощению и испусканию частицами соответствующих квантов света.Гравитационное взаимодействие осуществляется посредством обмена гравитонами.  Экспериментально они не обнаружены.

Электромагнитное взаимодействие является длиннодействующим.  В отличие от гравитационного взаимодействия, электромагнитное взаимодействие  может привести как к притяжению, так и к отталкиванию. Переносчиками электромагнитного взаимодействия являются кванты электромагнитного поля – фотонами.  В результате обмена этими частицами и возникает электромагнитное взаимодействие  между заряженными телами.

Сильное взаимодействие – это самые мощное из всех взаимодействий. Оно является короткодействующим, соответствующие силы очень быстро убывают по мере увеличения расстояния между ними.  Радиус действия ядерных сил 10-13см

Слабое взаимодействие проявляется на очень малых расстояниях. Радиус действия примерно в 1000 раз меньше, сем у ядерных сил.

Открытие радиоактивности и результаты опытов Резерфорда убедительно показали, что атомы состоят из частиц. Как было установлено, они состоят из электронов, протонов и нейтронов. Первое время частицы, из которых построены атомы, считались неделимыми. Поэтому их назвали элементарными частицами. Представление о «простом»  устройстве мира разрушилось, когда в 1932 году открыли античастицу электрона – частицу, которая имела такую же массу, что и электрон, но отличается от него знаком электрического заряда. Эту положительно заряженную частицу назвали позитроном.. согласно современным представлениям у каждой частицы есть античастица. Частица и античастица имеют одинаковую массу, но противоположные знаки всех зарядов. Если античастица совпадает с самой частицей, то такие частицы называют истинно нейтральными, заряд их равен 0. Например, фотон.  Частица и античастица при столкновении аннигилируют, то есть исчезают, превращаясь в другие частицы (часто  этими частицами является фотон).

Слайд  (по ходу рассказа на слайде появляются слова).

Все элементарные частицы (которые  нельзя разделить на составные) делятся на 2 группы: фундаментальные (бесструктурные частицы, все фундаментальные  частицы на данном этапе развития физики считаются бесструктурными, то есть не состоят из других частиц) и  адроны (частицы, имеющие сложное строение).  

             Фундаментальные частицы в свою очередь делятся на лептоны, кварки и переносчики взаимодействий. Адроны делятся на барионы и мезоны.                                                                                                                                                                  К лептонам относятся  электрон, позитрон, мьюон, таон, три типа нейтрино.  Не участвуют в сильных взаимодействиях.                                                                                                                                                                                              К кварками называют частицы, из которых состоят все адроны. Участвуют в сильном взаимодействии.                             Согласно современным представлениям, каждое из взаимодействий возникает в результате обмена частицами, называемые переносчиками этого взаимодействия: фотон (частица, переносящая электромагнитное взаимодействие), восемь глюонов              (частиц, переносящих сильное взаимодействие), три промежуточных векторных бозона W+, W− и Z0, переносящие слабое взаимодействие, гравитон (переносчик  гравитационного взаимодействия). Существование гравитонов пока не доказано экспериментально.

          Адроны  участвуют во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на: барионы, состоящие из трех кварков, и мезоны, состоящие из двух кварков, один из которых является антикварком.

Существование античастиц было предсказано П. А. М. Дираком. Полученное им в 1928 году квантовое релятивистское уравнение движения электрона (уравнение Дирака) с необходимостью содержало решения с отрицательными энергиями. В дальнейшем было показано, что исчезновение электрона с отрицательной энергией следует интерпретировать как возникновение частицы (той же массы) с положительной энергией и с положительным электрическим зарядом, то есть античастицы по отношению к электрону. Эта частица — позитрон — была открыта в 1932 году.

По величине спина элементарные частицы делятся на два класса:

Фермионы - частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);

Бозоны - частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны).

По видам взаимодействий элементарные частицы делятся на:

1) Составные частицы: адроны - частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий.

Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на: мезоны (адроны с целым спином, то есть

бозоны); барионы (адроны с полуцелым спином, то есть фермионы). К ним, в частности, относятся частицы,

составляющие ядро атома, - протон и нейтрон.

2) Фундаментальные (бесструктурные) частицы.

III (2-3мин) Самостоятельной усвоение новых знаний: предлагает школьникам заполнить анкету для позитрона

IV. (12 мин) Закрепление нового материала:

1) фронтально:

1.Назовите основные взаимодействия, которые существую в природе

2.Чем отличаются частица и античастица? Что у них общего?

3.Какие частицы участвую в гравитационном, электромагнитном, сильном и слабом взаимодействиях?

2) индивидуально:

Пройдите тест и оцените свою работу:

Закрепление индивидуально:

1. Какие элементарные частицы      
   были известны в начале 20 века?: электрон? протон? фотон?

2. Согласно современным  
    представлениям античастица есть…

3. По современным представлениям фундаментальными частицами (т.е. частицами, не состоящими из других частиц) являются… протоны? лептоны? кварки?

4. Каким необычным свойством  
   обладают кварки? …

5. Какие частицы относятся к лептонам? электроны? протоны? нейтроны? нейтрино?

6. Чем отличаются и что общего у частицы и античастицы? …

7. Какая из перечисленных частиц еще не открыта? Позитрон? Нейтрино? Гравитон? Фотон?

8. При столкновении частицы и  античастицы происходит…

9. В каком году открыли и как назвали античастицу  
     электрона?

10. Электрон и позитрон при столкновении превращаются в …

Рефлексия

• сегодня я узнал...
• было трудно…
• я понял, что…
• я научился…
• я смог…
• было интересно узнать, что…
• меня удивило…
• мне захотелось…

IV. (1-2 мин).Подведение итогов и объяснение домашнего задания: §114 и 115.

Н.з.

1.

С5. С какой скоростью вылетает α-частица из радиоактивного ядра, если она, попадая в однородное магнитное поле с индукцией 1 Тл перпендикулярно его силовым линиям, движется по дуге окружности радиуса 0,5 м (α - частица – ядро атома гелия, молярная масса гелия 0,004 кг/моль).

 (максимум 3 балла)

Задача считается решенной, если за нее набрано не менее 3 баллов.

Использование взаимосвязи модуля силы Лоренца с зарядом частицы, ее скоростью, модулем вектора индукции магнитного поля и углом между направлением вектора магнитной индукции и вектором скорости для вычисления силы Лоренца в заданных условиях: FЛ = BVq sinα.

В однородном магнитном поле заряженная частица будет двигаться по окружности, если угол между вектором индукции магнитного поля и вектором скорости равен 90о:  α = 90о ⇒ sinα = 1, FЛ = BVq.

(1 балл). Использование второго закона Ньютона для описания движения частицы по окружности с центростремительным ускорением а под действием силы Лоренца, взаимосвязи центростремительного ускорения при равномерном движении по окружности с модулем вектора скорости и радиусом окружности:

FЛ.= ma,   a = .

(1 балл) Заряд q альфа-частицы равен по модулю удвоенному заряду электрона: q = 2e, а масса примерно равна массе атома гелия: m = M/NA.

(1 балл) Совместное решение системы уравнений с получением ответа в общем виде: .

 Подстановка численных данных и правильные арифметические расчеты:  V = 1,9 ⋅ 107 м/с

2.

Рассчитайте КПД тепловой машины, использующей в качестве рабочего тела одноатомный идеальный газ и работающей по циклу, изображенному на рисунке.

С2.

 Знание определение КПД тепловой машины, работающей по циклу 1-2-3-4:  η = , где А1234 – работа газа в цикле,

Q13 – суммарное количество теплоты, полученное на участках цикла 1-2 и 2-3.

 Знание геометрического смысла работы газа в в цикле. A1234 равна площади прямоугольника 1-2-3-4, изображающего график цикла в координатах p-V: A1234 = 2p0V0.

 Понимание того, что тепло подводится к газу на участках 1-2 и 2-3, и того что на участке 2-3 по первому закону термодинамики оно затрачивается только на увеличение внутренней энергии, а на участке 2-3 на увеличение внутренней энергии и совершение работы в изобарном процессе:

Q13= ΔU13+ A13 = ΔU13 + A12 + A23 = ΔU13 + A23.

Умение рассчитывать работу в изобарном процессе 2-3:

А23 = 2p0⋅2V0 = 4p0V0.

 Знание связи между внутренней энергией одноатомного идеального газа и абсолютной температурой: ΔU13 = νRT3 – νRT1.

 Использование уравнения Клапейрона-Менделеева для перехода от значений Т к значениям p и V: ΔU13 = 2p0 3V0 – p0V0 =  p0V0.

 Совмещение всех уравнений для получения значения КПД и правильные алгебраические преобразования с получением численного ответа. Ответ  может быть приведен и в виде округленной десятичной дроби.