Россия, Усолье-Сибирское, Иркутской области
СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ
Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно
Скидки до 50 % на комплекты
только до
Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой
Организационный момент
Проверка знаний
Объяснение материала
Закрепление изученного
Итоги урока
Была в сети 15.04.2024 10:56
Крячко Ирина Николаевна
учитель физики и астрономии
56 лет
8 167
4 296 
Местоположение
Специализация
Приложение к уроку физики "Научная картина мира" для обучающихся 11 класса (презентация)
Категория:
Физика
10.04.2020 03:40
Тема:
ФИЗИКА ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ
Просмотр содержимого документа
«Приложение к уроку физики "Научная картина мира" для обучающихся 11 класса (презентация)»
11 класс
ИТОГОВЫЙ УРОК ФИЗИКИ
Научная картина мира
Наука изощряет ум, ученье вострит память.
Козьма Прутков
Цель урока: расширение кругозора и формирование мировоззрения .
Демокрит
Галилей
Ньютон
Фарадей
Декарт
Эйнштейн
Н. Бор
Планк
Резерфорд
Максвелл
Шрёдингер
Гелл-Манн
Гейзенберг
де Бройль
Поэма Лукреция Кара «О природе вещей» (нажми ссылку)
Кто мешает тебе выдумать порох непромокаемый?
Козьма Прутков
Античный атомизм
Атомизм
420 г. до н.э.
Считается, что идею выдвинул древнегреческий философ Демокрит, а развивал Эпикур.
«Атом» — греч. «неделимый».
«неделимый»
«неизменный»
«отличаются
по форме и
размерам»
«атом»
«вечный»
«различные тела состоят из различных атомов»
Античный атомизм ( 420 г. до н.э.)
Механический мир ( XVI – XVIII века)
Взгляды древних философов, не подтверждённые опытами, наблюдениями и теоретическими обоснованиями Галилея, Декарта, Ньютона:
- в вакууме тяжёлые тела падают
быстрее;
- если на тело ничто не действует,
то тело останавливается.
Механическая картина мира
МКМ
XVI – XVIII
Основные законы, теории, принципы:
принцип относительности, законы динамики, закон всемирного тяготения, законы сохранения.
Наибольший вклад в развитие МКМ внесли:
Галилей, Декарт, Ньютон.
В 1593 году Галилей опубликовал книгу под названием «Механика», где описал свои наблюдения.
Механическая картина мира
МКМ
XVI – XVIII
В основе МКМ лежит механическое перемещение тел (частиц), объясняемое гравитационным взаимодействием.
Гравитационное взаимодействие :
универсально, ему подвержены все тела и частицы, независимо от заряда; радиус действия бесконечный; небольшая интенсивность; увеличивается с ростом массы тела.
Проблема механической картины мира
Демонстрация
преподавателя
В рамках МКМ не удалось объяснить
электромагнитные явления.
Электродинамическая картина мира
XIX –нач. XX
МКМ+НОВОЕ
Все явления описываются с помощью гравитационного и электромагнитного взаимодействий.
Взаимодействие
Гравитационное
Взаимодействующие частицы
Электромагнитное
Радиус действия, м
Все
Отн. интенсивность
Только заряды
∞
1
∞
10 36
МКМ+НОВОЕ
XIX –нач. XX
Электродинамическая картина мира
Наибольший вклад в развитие внесли:
Фарадей, Максвелл, Эйнштейн.
Основные законы, теории, принципы:
закон Кулона, закон электромагнитной индукции, уравнения Максвелла ( э/м волна), специальная теория относительности.
МКМ+НОВОЕ
XIX –нач. XX
Электродинамическая картина мира
Не удалось объяснить:
тепловое излучение; устойчивость атома;
линейчатый спектр;
радиоактивность;
фотоэффект.
«Планк посадил в ухо физикам блоху» (Альберт Эйнштейн).
Зарождение квантовой физики
«Излучение испускается порциями (квантами), и энергия каждой порции пропорциональна частоте излучения Е = h ν».
МКМ+НОВОЕ
Нач. XX
Зарождение квантовой физики
С точки зрения классической электродинамики атом неустойчив.
Электрон (отрицательно заряженная частица),
двигаясь ускоренно по орбите, должен непрерывно
излучать энергию в виде электромагнитной волны
и за очень короткий промежуток времени должен
упасть в ядро. По мере сближения электрона
с ядром, частота излучения атомарного газа
должна увеличиваться.
Основные выводы: атом нестабилен, спектр
излучения атомарного газа сплошной.
Эти выводы практикой опровергаются.
+
ядро
- e
Нач. XX
ЭдКМ+НОВОЕ
Зарождение квантовой физики
Стабильность атома
ЭдКМ+НОВОЕ
Нач. XX
Зарождение квантовой физики
Линейчатый спектр – атомарный газ при небольших Т и р.
Полосатый спектр – молекулярный газ при небольших Т и р.
Непрерывный спектр – жидкости, твёрдые тела и высокотемпературная плазма.
ЭдКМ+НОВОЕ
Нач. XX
Зарождение квантовой физики
- Идея квантования энергии. Макс Планк (1900 год); Эйнштейн (1905 год), Нильс Бор (постулаты Бора – стабильность атома на основании квантования энергии); Эйнштейн ( ф отоэффект
h ν = Е к + А ; 1905 год) . Законы фотоэффекта установлены Столетовым в 1888 году.
Что сказал У. Брегг?
- Корпускулярно-волновой дуализм: Луи де Бройль (1924 год), Шрёдингер (1926 год), Гейзенберг (принцип неопределённости 1926 год) .
ЭдКМ+НОВОЕ
Квантово-полевая картина мира
До сер. XX
Наибольший вклад в развитие внесли:
Планк, Эйнштейн, Бор, Резерфорд, де Бройль, Гейзенберг, Шрёдингер.
Основные законы, теории, принципы:
гипотеза Планка, идеи Эйнштейна, постулаты Бора, корпускулярно-волновой дуализм.
Квантово-полевая картина мира
XIX –нач. XX
ЭдКМ+НОВОЕ
Все явления описываются с помощью гравитационного, электромагнитного и сильного взаимодействий ; электродинамическую картину мира дополнили принципом квантования энергии; объекты квантового мира обладают волновыми и корпускулярными свойствами, открыт обменный характер взаимодействий.
Демонстрация преподавателя
Взаимодействие
Взаимодействующие частицы
Гравитационное
Радиус действия, м
Электромагнитное
Все
Относительная интенсивность
Сильное
Только заряды
∞
∞
1
Только адроны
10 36
10 -15 внутри
ядра
10 38
Электромагнитное взаимодействие передается фотонами.
Сильное взаимодействие между нуклонами – пи-мезонами (1945) .
Строение атома и атомного ядра
Об этом мы рассказывали, начиная с 7 - го класса.
- Об этом мы рассказывали, начиная с 7 - го класса.
Число электронов в слое = 2n 2
Строение атома 7 Li 3
Электрон (е) – отрицательный заряд, вращается вокруг положительного ядра.
Протон (р) – положительный заряд, равен заряду электрона по модулю.
Нейтрон ( n ) – его заряд равен нулю.
Общий заряд атома равен нулю, так как число электронов (е) равно числу протонов (р).
Порядковый (атомный) номер элемента. Обозначают буквой Z – он показывает число протонов (р) в ядре атома. p = Z = 3
-е
7 Li 3
литий
3p+4n
Ядро
+
-е
-е
Не забудь делать щелчки!
Округлённое массовое число. Показывает общее число частиц в ядре атома, то есть число протонов + число нейтронов. Обозначают буквой А.
Чтобы найти число нейтронов в ядре ( n) , из этого числа нужно вычесть порядковый номер Z элемента (число протонов): n = A – Z = 7- 3=4
Образование отрицательного иона 7 Li -
Этот знак (минус) говорит о том, что заряд частицы отрицательный.
-е
7 Li -
литий
3p+4n
Ядро
+
-е
-е
-е
Наберись терпения и не щёлкай несколько секунд.
Атом приобретает отрицательный электрон – образуется отрицательный ион этого же вещества (число протонов и число нейтронов в ядре не изменяется, увеличивается только число электронов, вращающихся вокруг ядра). р (3) е (4) ; « + » « - »
Вывод: при изменении числа электронов новое вещество не получается.
е (2) ; «+» «-». Вывод: при изменении числа электронов новое вещество не получается. " width="640"
Образование положительного иона 7 Li +
Этот знак (плюс) говорит о том, что заряд частицы положительный.
-е
7 Li +
литий
3p+4n
Ядро
+
-е
-е
Наберись терпения и не щёлкай несколько секунд.
Атом теряет отрицательный электрон – образуется положительный ион этого же вещества (число протонов и число нейтронов в ядре не изменяется, уменьшается только число электронов, вращающихся вокруг ядра): р(3) е (2) ; «+» «-».
Вывод: при изменении числа электронов новое вещество не получается.
Очень важные примечания
Электроны и любые элементарные
частицы подчиняются законам корпускулярно-волнового дуализма, описываются волновыми уравнениями и подчиняются принципу неопределённости.
Представление об электронных
орбитах, по которым движутся электроны-частицы, давно устарело.
В современной физике пользуются
понятиями электронного облака и плотности распределения электронного облака.
В микромире вместо линии ТРАЕКТОРИИ получается расплывающееся в
пространстве облако
ВЕРОЯТНОСТИ.
Облака вероятности
электрона в атоме для
некоторых случаев.
В ядре меняется число протонов. Что образуется?
Ион
Изотоп
Новое вещество
- Ион Изотоп Новое вещество
В ядре меняется число нейтронов, но число протонов не изменяется. Что образуется?
Ион
Изотоп
Новое вещество
- Ион Изотоп Новое вещество
Развитие квантово-полевой картины мира
КПКМ+НОВОЕ
С сер. XX
Бета-распад ядер внёс свои коррективы.
Конец 60-х годов XX века:
разработана теория слабого взаимодействия.
Слабое взаимодействие ответственно за все виды бета-распада ядер и за многие распады элементарных частиц, за термоядерный синтез, за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом.
Короткодействующее – радиус действия 10 -17 м.
Ему подвержены все частицы, кроме фотона.
Относительная интенсивность 10 32 .
Адрон =
мезоны
и барионы
С
середины
XX века
(1964).
Гелл-Манн,
Дж. Цвейг.
Развитие квантово-полевой картины мира
Барионы=
нуклоны и
гипероны
Нуклоны =
протоны и
нейтроны
Протон
(uud)
Нейтрон
(udd)
Ква́рки — фундаментальные частицы, из которых состоят адроны , в частности, протон и нейтрон. В настоящее время известно 6 разных сортов (чаще говорят — ароматов) кварков. Кварки удерживает сильное взаимодействие (обмен глюонами).
Название
d
Нижний (нейтронный)
u
Заряд
Верхний (протонный)
s
down
странный
c
up
Масса
− 1/3
+2/3
очарованный
~ 4 МэВ/c 2
b
strange
t
charm
прелестный
− 1/3
~ 6 МэВ/c 2
истинный
+2/3
beauty (bottom)
150 МэВ/c 2
truth (top)
− 1/3
1.5 ГэВ/c 2
+2/3
4.5 ГэВ/c 2
171 ГэВ/c 2
Кварки не могут наблюдаться в свободном виде.
Для всех кварков существуют антикварки.
Кварки участвуют в сильных, слабых и электромагнитных взаимодействиях.
Современная стандартная модель мира
- Материя состоит из кварков, лептонов и частиц – переносчиков взаимодействия.
- Для всех элементарных частиц есть вероятность обнаружить античастицы.
- Корпускулярно-волновой дуализм. Принципы неопределённости и квантования.
- Сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия описываются теориями великого объединения. Остается необъединенная гравитация.
Стандартная модель мира
У всех частиц имеются античастицы
26
Ядро атома состоит из адронов, которые состоят из кварков.
Адроны – частицы, участвующие в сильном взаимодействии.
Кварки – частицы с нецелым зарядовым числом.
Кварки обмениваются между собой глюонами, частицами с нулевой массой и нулевым зарядом.
Классификация адронов
Мезоны
состоят из одного кварка и одного антикварка
Барионы состоят из трёх кварков
Нуклоны
Протоны
Гипероны
Нейтроны
Стандартная модель мира
У всех частиц имеются античастицы
Частицы, не входящие в состав ядра, – лептоны.
Лептоны – фундаментальные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии.
На сегодня известно 6 лептонов и 6 их античастиц.
Лептоны и их античастицы
Электрон и позитрон
Мюон и антимюон
Таон и антитаон
Электронное нейтрино и антинейтрино
Мюонное нейтрино и антинейтрино
Таонное нейтрино и антинейтрино
Стандартная модель мира
Взаимодействия между частицами происходят посредством обмена частицами – переносчиками этих взаимодействий.
Взаимодействия
Переносчики
Гравитационное
Гравитоны m=0
Слабое
W-,W+ и Z0 бозоны
85 и 95 масс протона
Электромагнитное
Фотоны ( m=0,q=0)
Сильное
Г люоны ( m=0,q=0)
Гравитоны пока не обнаружены. Бозоны обнаружены в начале 1980-х годов.
Теория великого объединения (ТВО или ТБО)
Температура ниже 10 14 К – нет объединения: все 4 вида взаимодействия идут отдельно.
От 10 14 К до 10 27 К – электромагнитное и
слабое объединены в электрослабое. Наблюдается лабораторно в ускорителях.
Температура около 10 27 К – объединение
электрослабого и сильного.
Лабораторные наблюдения невозможны, подтверждения косвенные в процессах, протекающих при более низких температурах.
Суперобъединение – когда?
Конец темы – далее конспект урока.
Что сказал У. Брегг в начале XX века?
- «Неужели мы должны считать свет состоящим из корпускул в понедельник, вторник и среду, пока мы проделываем опыты по фотоэффекту, и представлять себе его волнами в четверг, пятницу и субботу, когда мы работаем с явлениями дифракции и интерференции?»
Конспект урока
420 г. до н.э.
Античный атомизм.
Демокрит, Эпикур. Неделимый, неизменный, разный по форме и размерам атом.
Конспект урока
XVI – XXI века. Научная теория – это гипотеза, подтверждённая опытами.
Конспект урока
XVI – XVIII века.
Механическая картина мира.
Галилей, Декарт, Ньютон.
Механическое движение под действием сил гравитации.
Конспект урока
X IX – начало X X века.
Электродинамическая картина мира.
Фарадей, Максвелл, Эйнштейн.
Все явления описываются с помощью гравитационного и электромагнитного взаимодействий.
Конспект урока
Начало X X – середина X X века.
Квантово-полевая картина мира.
Планк, Эйнштейн, Н. Бор, Резерфорд, де Бройль, Гейзенберг, Шрёдингер.
Обменный характер гравитационного, электромагнитного, сильного взаимодействий. Принципы квантования и неопределённости. Корпускулярно-волновой дуализм.
Современная стандартная модель мира
- Материя состоит из кварков, лептонов и частиц – переносчиков взаимодействия.
- Для всех элементарных частиц есть вероятность обнаружить античастицы.
- Корпускулярно-волновой дуализм. Принципы неопределённости и квантования.
- Сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия описываются теориями великого объединения. Остается необъединенная гравитация.
Ссылки
- http://elementy.ru – научная энциклопедия.
- http://ru.wikipedia.org – Википедия, свободная энциклопедия.
- Учебники физики для 10 и 11 классов различных авторов.
Использованные материалы
- http://elementy.ru – научная энциклопедия.
- http://ru.wikipedia.org – Википедия, свободная энциклопедия.
- http://www.hrono.info/biograf/imena.html – биографии учёных.
- Глазунов А.Т., Нурминский И.И., Пинский А.А. Методика преподавания физики в средней школе. Электродинамика нестационарных явлений. Квантовая физика. Пособие для учителя / Под редакцией А.А. Пинского. – М.: Просвещение, 1989.
- Мощанский В. Н., Савелова Е. В. История физики в средней школе. – М.: Просвещение, 1981.
- Батыгин В. В. Законы микромира – книга для внеклассного чтения. VIII – X классы. – М.: Просвещение, 1981.
- Учебники физики для 10 и 11 классов различных авторов.
Вебинар для учителей
Свидетельство об участии БЕСПЛАТНО!
Полезное для учителя
Реализация образовательных программ осуществляется с применением исключительно электронного обучения и ДОТ
