Конспект урока физики 11 класс. Физика элементарных частиц. Единая физическая картина мира.

Название предмета Класс УМК   (название   учебника,   автор,   год издания) Уровень   обучения   (базовый,   углубленный, профильный) Тема урока Общее   количество   часов,   отведенное   на изучение темы Место урока в системе уроков Цель урока Задачи урока Физика 11 Физика.   11   класс   :   учеб.   для   общеобразоват. Учреждений:   базовый   и   профил.   уровни   /   Г.Я. Мякишев,   Б.Б.   Буховцев,   В.М.   Чагурин;   под   ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентьевой. ­ 19­е изд. – М. :   Просвещение,   2010.   –   399   с.,   [4]   л.   ил.   – (Классический курс). – ISBN 978­5­09­022777­3. Базовый Физика   элементарных   частиц.   Единая   физическая картина мира. 5   1 систематизировать знания   учащихся   по формированию представлений о физической картине мира формирование   понимания   взаимосвязи   между изученными явлениями, завершить   формирование   умения   исследовать явления окружающего мира Планируемые результаты Техническое обеспечение урока Дополнительное дидактическое (возможны ссылки на интернет – ресурсы) методическое   обеспечение       и урока Уметь систематизировать знания по данной теме мультимедийный проектор, экран, компьютер  ru   /  mirozdanie  .  milogiya  2007.      .  htm     ://   www   http   http://www.rae.ru   http://  http://      www.science­education.ru   www.kirensky.ru  Содержание урока Последний урок в 11­м классе «Современная физическая картина мира» Цели урока:  формирование понимания взаимосвязи между изученными явлениями,  завершить формирование умения исследовать явления окружающего мира,  систематизировать знания учащихся по формированию представлений о физической картине мира. Оборудование: мультимедийный проектор, экран, компьютер.  1. Организационный этап  (1 мин) 2. Актуализация знаний (постановка темы и основной проблемы урока – 1 мин) ­Здравствуйте! Мы с вами изучили строение атома и атомного ядра, и узнали, какие частицы в него входят.  Назовите   эти   частицы  (обучающиеся   называют   элементарные   частицы   –   протон, электрон, нейтрон). Но существует еще много других частиц, изучением которой занимается целый раздел   физики   —   физика   элементарных   частиц.   Кроме   обычных   частиц,   существуют   еще   и античастицы, которые представляют большой интерес.  Послушайте эпиграф к нашему уроку внимательно и попробуйте сформулировать тему: «если верно, что все на свете состоит из элементарных частиц, то, следовательно, ­Обучающиеся предлагают свои варианты темы урока, учитель корректирует их ответы, и потом, дети записывают тему в тетради. всё на свете состоит из света». 3. Лекция учителя и доклады учеников         (25 мин) ­Итак, ребята, тема урока: «Физика элементарных частиц. Единая физическая картина мира». Об этом   мы   и   поговорим   на   этом   уроке,   а   также   рассмотрим   основные   этапы   развития   физики элементарных частиц и основные этапы становления современной физической картины мира. ­ Доклад учащихся: «История открытия атома и элементарных частиц» (5­7 мин) ­   Итак,   давайте   обобщим.  Получается   любопытнейшая   картина:   с   одной   стороны, частицы, называемые  элементарными   –   неделимы,   и   являются простейшими.   С   другой   стороны,   эти частицы каким­то образом могут превращаться друг в друга, подобно тому, как превращаются друг   в   друга   ядра   атомов.   Превращение   ядер   атомов   друг   в   друга   можно   объяснить   только сложной   структурой   ядра.   Значит, элементарные  частицы  тоже   имеют  сложную  структуру.  элементарные   частицы   не   являются Отсюда   следует,   пожалуй,   самый   главный   вывод: неизменными.   Это   доказывается   простым   фактом:   ни   одна   из   частиц   не   бессмертна. Продолжительность существования большинства элементарных частиц измеряется в мкс. Нейтрон, находящийся вне атомного ядра «живет» значительно дольше – в среднем 15 минут, но это не меняет   сути.   Теоретически,   если   бы   каждая   из   таких   частиц,   как   фотон,   электрон,   протон   и нейтрино была бы единственная во всем мире, они смогли бы существовать не ограниченно долго. Но тут выяснилось следующее: у каждой частицы должна быть античастица. Впервые это было предсказано   Дираком   еще   в   начале   тридцатых   годов   двадцатого   века.   Сначала   Дирак   говорил только о позитроне (то есть, частице, противоположной электрону), но потом распространил свою гипотезу на все элементарные частицы. ­ Заслушаем доклад: «Рождение новых частиц, как триумф науки» (5­7 мин) ­ Таким образом, превращение элементарных частиц происходит при столкновении частиц высоких энергий. При этом рождаются совершенно иные частицы, которые нельзя называть составными частями элементарных частиц. Выясняется, что эти превращения взаимны, и происходят между всеми   элементарными   частицами.   Единственное,   что остается   неизменным   –   это   суммарная энергия до и после превращения (то есть, выполняется закон сохранения энергии). Итак, элементарные частицы могут превращаться друг в друга, и при этом, у каждой частицы есть античастица.   Из   этого   следует,   что частицы   могут   рождаться   только   парами:   частица   и античастица. Это было обнаружено в космических лучах: то есть при наблюдении за некоторыми космическими лучами было зарегистрировано рождение электрона и позитрона. Исходя из этого, можно заключить, что при встрече частицы и античастицы, они уничтожаются, превращаясь в фотоны. Открытие   все   новых   и   новых   элементарных   частиц   всегда   позиционировалось,   да   и   сейчас позиционируется, как триумф науки. Но эти триумфы уже давно начали вызывать определенное беспокойство. В настоящее время насчитывается порядка четырёхсот элементарных частиц. ­ Возникает вопрос: а действительно ли эти частицы элементарны? Может, и они состоят из более  простых, фундаментальных частиц?  ­ Доклад на тему: «Внутренняя структура элементарных частиц» (5­7 мин) ­ Давайте вывод запишем в виде схемы: ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ ФОТОНЫ ЛЕПТОНЫ АНДРОНЫ Схему проецирую через документ – камеру  В 1964 году Марри Гелл Манн и Джордж Цвейг независимо друг от друга выдвинули гипотезу о существовании более  фундаментальных частиц – кварков. Согласно этой гипотезе, из кварков построены   все   адроны.   На   данный   момент   известно   всего 6   кварков и,   соответственно, 6 антикварков. Кварки обозначаются буквой q с нижним индексом от 1 до 6 (номер кварка) и с верхним индексом a (который обозначает цвет кварка). Да, ко всему прочему, выяснилось, что каждый кварк может обладать одним из трех основных цветов: зеленым, синим или красным. Также   были   открыты   такие   частицы,   как глюоны – частицы   поля,   отвечающие   за   сильное взаимодействие. Их, на сегодняшний день насчитывается 8. Схему проецирую через документ – камеру  ­ Доклад «Значение развития физики элементарных частиц для человечества» (5 мин) Основные выводы: – Первый этап называется «от электрона до позитрона», то есть с момента осознания сложного строения атома до открытия античастиц. – Второй этап называется «от позитрона до кварков», то есть до прихода осознания того, что и те частицы, которые сегодня называются элементарными, тоже имеют сложную структуру. – Третий этап: от гипотезы о кварках до наших дней. – Сегодня считается, что лептоны и кварки – это истинно элементарные частицы. – Аннигиляция возникает  при столкновении пар  частица­античастица: и  частица и античастица превращаются в фотоны очень высоких энергий. 4. Физкультминутка (1,5 мин) Предлагаю всем встать и изобразить мега­, макро­ и микрообъекты, продемонстрировать, как ведут себя «горячие» и «холодные» молекулы, попробовать проследить за их движением глазами. ­ А теперь, ребята, нам нужно составить единую физическую картину мира, начав, как говорится, с самого начала.  Начнем с того, что в девятнадцатом веке, Майкл Фарадей с успехом исследовал природу взаимодействий тел и доказал, что в основе этих взаимодействий лежат электрические и магнитные   явления.   Позднее   он   предположил,   что   существует   единое   электромагнитное   поле. Джеймс Максвелл сумел описать теорию Фарадея математически, создав свои знаменитые четыре уравнения в интегральной и дифференциальной форме, которые описывают практически всю электродинамику.   Кроме   этого,   Максвелл   доказал,   что свет   –   это   частный   случай электромагнитной волны и что его скорость конечна, тем самым приведя главный аргумент в пользу теории близкодействия. Надо   сказать,   что   после   этих   открытий,   начался   научно­технический   прогресс.   Именно   в девятнадцатом   веке   Борис   Якоби   изобрел первый   электродвигатель,   Эдисон   изобрел электрическую лампочку. Появились тепловые двигатели, аккумуляторы и генераторы. В 1881 году создана международная система единиц измерения СИ – это «система интернациональная». В 1887 году Генрихом Герцем было открыто явление фотоэффекта, которое впоследствии было исследовано Александром Столетовым. Столетов утверждал, что некоторые законы фотоэффекта невозможно объяснить. Также нельзя было объяснить явление теплового излучения и линейчатость спектра излучений. С этими основными проблемами физики человечество перешло в двадцатый век. Основные проблемы физики  ΧΙΧ  века Фотоэффект Тепловое излучение Линейчатость спектра Не было возможности объяснить на основе представлений того времени Схему проецирую через документ – камеру ­ В двадцатом веке зародилась такая наука, как физика элементарных частиц. Эта наука помогла объяснить рождение Вселенной и понять фундаментальные типы взаимодействий. Как известно, на сегодняшний день различают 4 типа фундаментальных взаимодействий: электромагнитное, слабое, сильное и гравитационное. Считается, что если еще больше повышать энергию, то можно добиться объединения   всех   видов   взаимодействий   в   некое   общее   взаимодействие. Видимо   это   общее взаимодействие и было при рождении Вселенной. Исходя из расчетов, при рождении Вселенной температура   достигала   порядка   1032 К.   Можно   себе   представить,   насколько   громадная   эта температура. При такой температуре энергия частиц превышает 1019 ГэВ. При энергиях порядка 1018 ГэВ начинается выделяться гравитационное взаимодействие, а при энергиях порядка 1014 ГэВ сильное   взаимодействие.   Только   при   энергиях   порядка   1000 ГэВ   различаются   все   четыре   типа взаимодействия. Однако в физике еще остаются проблемы, с которыми физика перешла в 21й век. - На сегодняшний день эволюцию картины мира можно представить в виде следующей схемы: ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА Название Учёные, внёсшие основной вклад Время создания Механическая Г.Галилей, Р.Декарт, И.Ньютон XVI–XVII вв. Электродинамическа я М.Фарадей, Дж. Максвелл,  Г.Лоренц, А.Эйнштейн Конец XIX – начало XX вв. Квантово­полевая Л. де Бройль, В.Гейзенберг,  Э.Шрёдингер, П.Дирак Первая треть ХХ в. Наука – это драма, драма идей. А.Эйнштейн Вывод,  перечисленные выше новые открытия состоят в том, что материя многообразна по своим формам и свойствам, что свойства материи, пространства, времени зависят от движения, что все явления   взаимосвязаны   и   представляют   собой   единство   противоположных   сторон,   что количественные   различия   приводят   к   изменениям   качественным.   С   точки   зрения   современной физики существуют два вида материи: вещество и поле. Обратимся к табл. 1. (Беседа.) Таким образом, познание окружающего мира бесконечно. Единство мира не исчерпывается  единством строения материи. Оно проявляется и в законах движения частиц, и в законах их взаимодействия. Корпускулярно­волновой дуализм присущ всем формам материи. 5. Закрепление материала (8 мин)     примеры Фронтальная беседа: Что мы знаем о материи? Приведите бесконечного разнообразия   материи.   Какими   свойствами обладает   материя?   Каковы   формы   движения материи?   Каковы   основные   структурные элементы   материи?   Что   объединяет   все материальные   объекты?   (Единая   природа   – небольшое   число   стабильных   элементарных частиц, четыре типа взаимодействия и законы сохранения.) Какие виды движения вы знаете? такое   механическое   движение?   Какое движение   называется   тепловым?   Что подразумеваем   мы   под   электромагнитной Что формой   движения?   Что   мы   имеем   в   виду   под   химическим   движением?   под   биологическим движением? 6. Подведение итогов урока (5,5 мин) Учитель. Основной вывод нашего урока: «Физическая картина мира – система представлений о строении, взаимодействии и движении материи, описываемых универсальными и специфическими законами физики». Почему для нас с вами важны представления о физической картине мира? Где мы их можем применить? В качестве домашнего задания предлагаю каждому для себя определить, как влияют наши познания о физической картине мира на развитие других наук. Подготовьте сообщения о связи физики с другими науками.