Урок изучения новых знаний в 9-м классе по теме "Элементарные частицы"

Цель: Рассказать учащимся об элементарных частицах, их основных свойствах и классификациях

Новый материал (дается лекционно)

Исследования строения атома и атомного ядра показали, что в состав атома входят электроны, протоны, нейтроны. Было принято называть эти частицы элементарными. Фотон(), позитрон (е⁺)и нейтрино (v), имеющие самое непосредственное отношение к атому и ядру, также стали называть элементарными частицами.

По первоначальному замыслу Элементарные частицы являются наипростейшими частицами, из которых построено вещество (атомы) существующего мира.

Элементарные частицы первоначально представлялось как нечто вечное, неизменное , нерушимое, и образ элементарной частицы связывался с образом песчинки или бесструктурного маленького шарика.

В наши дни не существует четкого критерия элементарности. Понятие "элементарная частица" в наши дни является весьма сложным.

Кратко перечислим известные элементарные частицы в порядке их исторического открытия.

Методические замечания: Учащимся в момент дальнейшего объяснения предлагается заполнять следующую таблицу (Приложение 1)

Электрон был открыт Дж.Дж.Томсаном в 1897г..Через массу электрона обычно выражаются массы других элементарных частиц.

В 1900г. М.Планком и особенно, в 19005г. А.Эйнштейном было показано, что свет состоит из отдельных порций - фотонов. Фотон не обладает зарядом, и его масса покоя =0.Фотон может существовать только в процессе движения со скоростью света.

Опыты Резерфорда по рассеянию -частиц в 1911г. Привели к открытию протона. Масса протона=1836m_е

Большинство физиков были уверены в том, что им удалось наконец-то все многообразие химических элементов и веществ природы свести к двум простейшим сущностям: к электронам и протонам. Картина, нарисованная физиками тех лет по вопросам строения вещества, вселяло чувство научной красоты и изящества. В период с 1911г. По 1932г. Многие ученые были преисполнены чувством удовлетворения, что им удалось осуществить многовековую мечту научного поиска.

Однако в 1928г. П. Дирак, а в последствии в 1932г. К.Андерсон были обнаружены такие частицы, получившие название позитроны(е⁺)

Позитрон - это первая элементарная частица, предсказанная теоретически.

В 1932г. Д.Чедвигом был открыт нейтрон с массой = 1838 m_е

Нейтрон в свободном состоянии, в отличии от протона, является нестабильным и распадается на протон и электрон с периодом полураспада Т=1,01 10³с. В нутрии ядра нейтрон может существовать неопределенно долго.

В 1931-1933гг. В.Паули анализируя -распад предположил, что при распаде , кроме протона и электрона, испускается еще одна нейтральная частица с массой покоя =0. Эту частицу назвали нейтрино ()

Только в 1956г. К.Коуэн с сотрудниками обнаружил антинейтрино(), образующееся в ядерном реакторе. Оно было "поймано" при исследовании реакции: р+ vn+е⁺ , нейтрино вызывает реакцию n+р+е^- .

В 1937г. К.Андерсон и С.Неддерман обнаружили заряженные частицы с массой 206,7m_е, эти частицы были названы -мезонами(⁺и ^-), обладающие зарядом +е и -е. В настоящее время эти частицы называют -частицами или -мюонами.

В 1947г. Английский ученые С.Поуэль, Г.Оккиалини и др. открыли -мезоны (-мезон - первичный мезон, который, распадаясь, дает мюоны)

-мезон имеют заряд +е и -е, а массы 273,2 m_е. Несколько позднее 1950 г. Был открыт нейтральный -мезон(^о), с массой 264,2 m_е. В настоящее время известно три сорта -мезон: ^-, ^о,⁺, они интенсивно взаимодействуют с нуклонами, легко рождаются при столкновении нуклонов с ядрами, т.е. являются ядерно-активными. В настоящее время считается, что -мезоны являются квантами ядерного поля, ответственными за основную часть ядерных сил.

С 1949-1950гг. началось буквально "нашествие" элементарных частиц, их число стремительно возрастало.

Вновь появившиеся частицы можно разделить на две группы:

Первая группа включает в себя частицы с массами около 966 m_е и 974 m_е, в настоящее время их называют К-мезонами. Известны К⁺ и К^-мезоны с массами приблизительно 966,3 m_е и электрическими зарядами +е и -е. Известны нейтральные К-мезоны (К^о и К^о) с массами 974,5 m_е.

Вторая группа частиц получила название гиперонов. В настоящее время известны следующие гипероны:

В 1955г. Открыт антипротон, а в 1956г.- антинейтрон.

За последние годы были открыты новые квазичастицы (резонансных состояний) с необычайно малым временем жизнм, порядка 10^-22 - 10^-23сек.. В этом случае даже не удается зафиксировать следы частиц и об их существовании можно судить лишь из косвенных соображений, из анализа поведения продуктов их распада.

В последние годы открыт второй сорт нейтрино, так называемое нейтрино(антинейтрино) мюонное и , которое испускается например , при распаде -мезонов;

^{- -} +

Известные нам элементарные частицы по их свойствам можно разделить на следующие классы и группы:

Выделим в особую группу фотоны

В зависимости от величины собственной массы все известные элементарные частицы можно подразделить на три основные группы: лептоны, мезоны, барионы

I группа - легкие частицы или лептоны, собственная масса которых меньше массы -мезона. В эту группу входят частицы : Электрон, нейтрино, антинейтрино, -мезоны

II группа- мезоны, частицы по значению своей массы занимающие промежуточное положение между лептонами и барионами к ним относятся: -мезоны, К-мезоны

III группа - тяжелые частицы, или барионы

В эту группу входят:

• Нуклоны и их античастицы
• Гипероны и их античастицы

Применение термоядерной энергии на примере установки Токамак

Учащимся предлагается ответить на вопросы :

• Какую ядерную реакцию называют термоядерной?(устно)
• Как можно осуществить термоядерную реакцию?
• Объясните принцип действия установки "Токамак".(письменно используя доп. Литературу)
• Объясните принцип действия лазерной установки для термоядерного синтеза"(письменно используя доп. литературу)

Приложение.