Урок элементарные частицы и их взаимодействия. Урок физики на тему: Этапы развития физики элементарных частиц. Физика элементарных частиц. "Три этапа в развитии
Урок в 11 классе
Цель урока:
Образовательные:
Познакомить учащихся со структурой элементарных частиц, с особенностями сил и взаимодействия внутри ядра; научить обобщать и анализировать полученные знания, правильно излагать свои мысли; способствовать развитию мышления, умению структурировать информацию; воспитывать эмоционально-ценностные отношения к миру
Развивающие:
Продолжить развитие мышления, умения анализировать, сравнивать, делать логические выводы.
Развивать любознательность, умения применять знания и опыт в различных ситуациях.
Воспитательные:
Развитие навыков интеллектуальной коллективной работы; воспитание основ нравственного самосознания (мысль: ответственность ученого, первооткрывателя за плоды своих открытий);
Пробудить у учащихся интерес к научно – популярной литературе, к изучению предпосылок открытия конкретных явлений.
Цель урока:
Создать условия для развития интеллектуальной и коммуникативной компетентностей, в которых ученик сможет:
Назвать основные виды элементарных частиц;
Осмыслить многозначность современной стандартной модели мира;
Сформулировать свои представления об истории развития элементарных частиц;
Проанализировать роль развития элементарной физики;
Классифицировать элементарные частицы по их составу;
Задуматься о необходимости иметь собственную позицию, толерантно относиться к иной точке зрения;
Проявлять бесконфликтное общение при работе в группе.
Тип урока: изучение нового материала.
Форма урока: комбинированный урок.
Методы урока: словесные, наглядные, практические.
Оборудование: компьютерная презентация, мультимедийный проектор, рабочая тетрадь ученика, персональный компьютер.
| Этапы урока | Время, мин. | Методы и приемы |
| 1 .Организационное введение. Постановка учебной проблемы. | Запись темы урока. Рассказ учителя. |
|
| 2. Актуализация знаний (презентация ученика) | Рассказ учащегося о имеющихся знаниях, предпосылки изучения нового. |
|
| 3. Изучение нового материала (презентация учителя) | Рассказ учителя с использованием слайдов. Наблюдение. Беседа. Рассказ ученика с использованием слайдов. |
|
| 4. Отработка изученного материала. Закрепление. | Закрепление по опорному конспекту и работа с учебником. Ответы на контрольные вопросы. |
|
| 5. Подведение итогов. Домашнее задание | Выделение главного учителем, учениками. |
Ход урока
Организационный момент урока (приветствие, проверка готовности обучающихся к уроку)
Сегодня на уроке мы с вами рассмотрим различные взгляды на устройство мира, из каких именно частиц состоит всё то, что нас окружает. Урок будет похож на лекцию, и от вас, в основном, требуется внимание.
В начале урока я хочу предложить вашему вниманию историю возникновения учения о частицах.
2. Актуализация знаний.(Презентация Алексахиной В. «История развития знаний о частицах»)
Слайд 2 . Античный атомизм – это представления о строении мира учеными античности. По представлениям Демокрита, атомы были вечными, неизменными, неделимыми, отличающимися по форме и размерам частицами, которые, соединяясь и разъединяясь, образовывали различные тела.
Слайд 3. Благодаря открытию учеными Дираком, Галилеем и Ньютоном принципа относительности, законов динамики, законов сохранения, закона всемирного тяготения, в 17 веке атомистика древних претерпела значительные изменения и в науке утвердилась механическая картина мира , в основе которой лежало гравитационное взаимодействие – ему подвержены все тела и частицы, не зависимо от заряда.
Слайд 4. Знания, накопленные при изучении электрических, магнитных и оптических явлений, привели к необходимости дополнения и развития картины мира. Таким образом, в 19 веке и до начала 20 века стала господствовать электродинамическая картина мира . В ней рассматривалось уже два типа взаимодействия – гравитационное и электромагнитное. Но им не удалось объяснить только тепловое излучение, устойчивость атома, радиоактивность, фотоэффект, линейчатый спектр.
Слайд 5. В начале 20 века появилась идея квантования энергии, которую поддерживали Планк, Эйнштейн, Бор, Столетов, а также корпускулярно-волновой дуализм Луи де Бройля. Эти открытия ознаменовали появление квантово-полевой картины мира , в которой добавилось ещё и сильное взаимодействие. Началось активное развитие физики элементарных частиц.
3. Изучение нового материала
До тридцатых годов 20 века устройство мира представлялось ученым в самом простом виде. Они считали, что «полный набор» частиц, из которых состоит все вещество – это протон, нейтрон и электрон. Поэтому их назвали элементарными. К этим частицам относят и фотон – переносчик электромагнитных взаимодействий.
Слайд 6. 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.
Слайд 7. Ядро атома состоит из адронов, которые состоят из кварков. Адроны – частицы, участвующие в сильном взаимодействии.
Классификация адронов: Мезоны состоят из одного кварка и одного антикварка Барионы состоят из трёх кварков – нуклонов (протоны и нейтроны) и
гиперонов.
Слайд 8. Ква́рки - фундаментальные частицы, из которых состоят адроны. В настоящее время известно 6 разных сортов (чаще говорят - ароматов) кварков. Кварки удерживает сильное взаимодействие, участвуют в сильных, слабых и электромагнитных. Обмениваются между собой глюонами, частицами с нулевой массой и нулевым зарядом. Для всех кварков существуют антикварки. Они не могут наблюдаться в свободном виде. Имеют дробный электрический заряд: +2/3е – называются U-кварками (верх) и -1/3е – d-кварк (низ).
Кварковый состав электрона - uud, кварковый состав протона - udd
Слайд 9. Частицы, не входящие в состав ядра, – лептоны. Лептоны – фундаментальные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии. На сегодня известно 6 лептонов и 6 их античастиц.
У всех частиц есть антицастицы. Лептоны и их античастицы: электрон и позитрон с ними электронное нейтрино и антинейтрино. Мюон и антимюон с ними мюонное нейтрино и антинейтрино. Таон и антитаон - таонное нейтрино и антинейтрино.
Слайд 10. Все взаимодействия в природе являются проявлениями четырех видов фундаментальных взаимодействий между фундаментальными частицами – лептонами и кварками.
Сильному взаимодействию подвержены кварки, а глюоны являются его переносчиками. Оно связывает их вместе, образуя протоны, нейтроны и другие частицы. Косвенно оно влияет на связь протонов в атомных ядрах.
Электромагнитному взаимодействию подвержены заряженные частицы. При этом под воздействием электромагнитных сил сами частицы не изменяются, а лишь приобретают свойство отталкиваться в случае одноименных зарядов.
Слабому взаимодействию подвержены кварки и лептоны. Самый известный эффект слабого взаимодействия – превращение нижнего кварка в верхний, что в свою очередь заставляет нейтрон распасться на протон, электрон и антинейтрино.
Одной из самых существенных разновидностей слабого взаимодействия является взаимодействие Хиггса . Согласно предположениям, поле Хиггса (серый фон) заполняет все пространство жидкость, ограничивая дальность слабых взаимодействий. Также бозон Хиггса взаимодействует с кварками и лептонами, обеспечивая существование их массы.
Гравитационное взаимодействие. Является наиболее слабым из известных. В нем участвуют все без исключения частицы и переносчики всех видов взаимодействия. Осуществляется благодаря обмену гравитонами – единственными, еще не открытыми на опыте частицами. Гравитационное взаимодействие всегда является притяжением.
Слайд 11. Многие физики надеются на то, что подобно тому, как удалось объединить электромагнитное и слабое взаимодействия в электрослабое, со временем удастся построить теорию, объединяющую все известные виды взаимодействий, название которой «Великое объединение».
4 . Закрепление знаний.
Первичное закрепление (Презентация Гордиенко Ж. «Большой адронный коллайдер». Современные ученые стараются усовершенствовать процесс изучения частиц, с целью добиться новых открытий для научно-технического прогресса. Для этого строятся грандиозные исследовательские центры и ускорители. Одним из таких грандиозных строений является Большой адронный коллайдер.
Итоговое закрепление (работа в группах: ответы на вопросы по учебнику)
Вы разделены на две группы: 1 ряд и 2 ряд. У вас есть задание на листиках: вам необходимо ответить на вопросы, а ответы вы найдете в учебнике в параграфе 28 (стр. 196 – 198).
Задания первой группы:
Сколько всего фундаментальных частиц? (48)
Кварковый состав электрона? (uud)
Перечислите два самых сильных взаимодействия (сильное и электромагнитное)
Полное число глюонов? (8)
Задания второй группы:
Сколько частиц лежит в основе мироздания? (61)
Кварковый состав протона? (udd)
Перечислите два самых слабых взаимодействия (слабое и гравитационное)
Какие частицы осуществляют электромагнитное взаимодействие? (фотон)
Озвучивание руководителями групп ответов на вопросы и обмен карточками.
Итог урока.
Вы познакомились с некоторыми аспектами развития современной физики и теперь имеете элементарные представления о том, в каком направлении развивается наша наука и для чего нам это нужно.
6. Домашнее задание. Параграф 28.
Задания первой группы:
1. Сколько всего фундаментальных частиц? ______________
2. Кварковый состав электрона? ____________
3. Перечислите два самых сильных взаимодействия ______
4. Полное число глюонов? _______
___________________________________________________________________
Задания второй группы:
1. Сколько частиц лежит в основе мироздания? ________
2. Кварковый состав протона? ___________
___________________________________________________________________
Задания первой группы:
1. Сколько всего фундаментальных частиц? __________
2. Кварковый состав электрона? __________
3. Перечислите два самых сильных взаимодействия __________________________________________________________________________
4. Полное число глюонов? _________
___________________________________________________________________
Задания второй группы:
1. Сколько частиц лежит в основе мироздания? ____________
2. Кварковый состав протона? _____________
3. Перечислите два самых слабых взаимодействия ______________________
4. Какие частицы осуществляют электромагнитное взаимодействие? ______
___________________________________________________________________
Задания первой группы:
1. Сколько всего фундаментальных частиц? _____________
2. Кварковый состав электрона? ______________
3. Перечислите два самых сильных взаимодействия ________________________________________________________________________
4. Полное число глюонов? _____
___________________________________________________________________
Задания второй группы:
1. Сколько частиц лежит в основе мироздания? ______
2. Кварковый состав протона? _________
3. Перечислите два самых слабых взаимодействия _______________________
4. Какие частицы осуществляют электромагнитное взаимодействие? _______
АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
УРОК 11/60
Тема. Элементарные частицы
Цель урока: дать понятие об элементарных частицах и их свойствах.
Тип урока: комбинированный урок.
ПЛАН УРОКА
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
· Этап первый. От электрона до позитрона: 1897-1932 pp . Элементарными мы считаем те частицы, которые с современной точки зрения не состоят из более простых.
Как заметил итальянский физик Энрико Ферми, понятие «элементарный» относится скорее к уровню наших знаний, чем к природе частиц. Согласно тому, как развивалась наука, много элементарных частиц переходили в разряд неелементарних.
· Этап второй. От позитрона до кварков: 1932-1964 гг .
Все элементарные частицы превращаются друг в друга, и эти взаимные превращения - главный факт их существования.
· Третий этап. От гипотезы о кварки (1964 г.) до наших дней. Большинство элементарных частиц имеет сложную структуру.
в 1964 году М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом была предложена модель, согласно которой все частицы, участвующие в сильных (ядерных) взаимодействиях, построены из более фундаментальных частиц - кварков.
Мир элементарных частиц оказался очень сложным и запутанным. Но разобраться в нем все-таки удалось. И хотя окончательной теории элементарных частиц, которая объясняет все разнообразие их свойств, еще не разработан, много чего уже выяснилось. Поскольку молекулы, атомы и ядра можно подвергнуть расщеплению, они до элементарных частиц не принадлежат. Сказанное, однако, не означает, что элементарные частицы не могут состоять из каких-то других, еще более «мелких» образований. Кроме того, большинство из них имеет самое сложное строение. Но составляющие этих частиц удерживают такие силы, которые разорвать соответствующие связи, учитывая современные представления, принципиально несостоятельны.
Соответственно до этого все элементарные частицы делятся на два больших класса (см. рисунок): адроны (частицы, имеющие сложное строение) и фундаментальные (или истинно элементарные) частицы, которые сегодня относятся к безструктурних и поэтому претендуют на роль действительно первичных элементов материи.
Отличительной чертой всех адронов является их состав и способность к сильной взаимодействия, чем, собственно говоря, и обусловлено их название (греческое слово «хадрос» означает «большой», «сильный»). Никакие другие частицы в сильном взаимодействии участвовать не могут. Класс адронов самый многочисленный (более 300 частиц). В зависимости от кваркового состава все они делятся на две группы - барионы и мезоны.
Истинно элементарными частицами на сегодня считают переносчиков фундаментальных взаимодействий - лептоны и кварки.
Ø Согласно квантовой теории поля, все имеющиеся в природе фундаментальные взаимодействия (сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное) имеют обменный характер.
Это означает, что как элементарные акты каждой из перечисленных взаимодействий выступают процессы, при которых частицы испускают и поглощают определенные кванты. Эти кванты и называются переносчиками соответствующих взаимодействий. Обмениваясь ими, частицы взаимодействуют друг с другом.
Английский физик П. Дирак в 1928 году создал релятивистскую теорию движения электрона. Из этой теории следовало, что электрон может иметь отрицательный и положительный заряд.
в 1932 году американский физик К. Андерсон, фотографируя следы космических частиц в камере Вильсона, обнаружил на одной из фотографий следует, что будто принадлежит электрону, но... с положительным зарядом. Частичку, которая дала странный след, Андерсон назвал позитроном. в 1933 году было открыто явление образования позитрона и электрона при взаимодействии γ-квантов с веществом:
1934 г. было обнаружено, что позитроны выпускают некоторые радиоактивные ядра (это связано с преобразованием ядерного протона в нейтрон):
Например, радиоактивное ядро изотопа Фосфора распадается на ядро Кремния, позитрон и нейтрино:
П. Дирак предполагал, что при встрече позитрона с электроном должно произойти обратный процесс: превращение этих частиц в два фотона. Вскоре после экспериментального обнаружения позитрона такой обратный процесс было установлено. Это процесс получил название аннигиляции.
Важно обратить внимание учащихся на то, что электрон и позитрон, которые имеют массу покоя, превращаются в два фотона, массы покоя не имеют. Из этого следует, что:
Ø на уровне элементарных частиц исчезает различие между веществом и полем.
Аннигиляция является причиной отсутствия на Земле позитронов: позитрон сразу же после своего появления встречается с электроном, и оба они превращаются в два фотона.
В свое время открытие рождения и аннигиляции электронно-позитронных пар было действительно сенсацией в науке. Впоследствии двойники - античастинки - были найдены во всех частиц.
1931 года В. Паулы предусмотрел, а в 1955 году экспериментально зарегистрировали нейтрино n
и антинейтрино . Нейтрино появляется в ходе распада 1
0
n
. в 1955 году было экспериментально получено антипротон во время столкновения быстрых протонов с ядром Купруму. в 1956 году открыт антинейтрон в реакции 
Т.е. столкновение протона и антипротона приводит к появлению нейтрона и антинейтрона.
Античастинки могут отличаться от частиц знаком электрического заряда, направлением магнитного момента или иной характеристикой. Но основная особенность их такова:
Ø встреча античастинки с частичкой всегда приводит к их взаимной аннигиляции.
Атомы, ядра которых состоят из антинуклонів, а оболочка - из позитронов, образуют антивещество. в 1969 году впервые было получено антигелій.
При аннигиляции антивещества с веществом энергия покоя превращается в кинетическую энергию гамма-квантов, образующихся.
Энергия покоя - самый грандиозный и концентрированный резервуар энергии во Вселенной. И только во время аннигиляции она полностью высвобождается, превращаясь в другие виды энергии. Поэтому антивещество - самое совершенное источник энергии, самое калорийное «топливо». Ли способно будет человечество когда-нибудь это «горючее» использовать, сложно сейчас сказать.
ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА
Первый уровень
1. Какие частицы называются элементарными?
2. Назовите частицы, которые в настоящее время считаются истинно элементарными.
3. Чем объясняются очень редкие случаи наблюдения позитрона?
4. Которые античастинки вы знаете?
5. Что понимают под антивеществом?
Второй уровень
1. Что такое фундаментальные частицы?
2. Какие виды фундаментальных взаимодействий вы знаете? Какие из них самые сильные? наиболее слабые?
3. Какие основные свойства кварков?
4. Существуют ли кварки в свободном состоянии?
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА
· Элементарными мы считаем те частицы, которые с современной точки зрения не состоят из более простых.
· На уровне элементарных частиц исчезает различие между веществом и полем.
· Встреча античастинки с частичкой всегда приводит к их взаимной аннигиляции.
Домашнее задание
Рів1 № 18.3; 18.4; 18.6; 18.10.
Рів2 № 18.11; 18.13; 18.14; 18.15.
Рів3 № 18.16, 18.17; 18.18; 18.19.
Урок № 67.
Тема урока : Проблемы элементарных частиц
Цели урока:
Образовательные: познакомить учащихся с понятием - элементарная частица, с классификацией элементарных частиц, обобщить и закрепить знания об 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).
Тип урока: изучение нового материала.
Вид урока: лекция
Ход урока:
Организационный этап
Изучение новой темы.
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.
Взаимодействия могут быть длиннодействующие (проявляются на очень больших расстояниях) и короткодействующие (проявляются а очень малых расстояниях).
Гравитационное взаимодействие осуществляется посредством обмена гравитонами. Экспериментально они не обнаружены. Согласно закону, открытому в 1687 году великим английским ученым Исааком Ньютоном, все тела независимо от формы и размеров притягиваются друг другу с силой, прямо пропорциональной их массе и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Гравитационное взаимодействие всегда приводит к притяжению тел.
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 -13 см
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 макую 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 одинаковою 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).
Все элементарные частицы (которые нельзя разделить на составные) делятся на 2 группы: фундаментальные (бесструкaтурные 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.
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 Z 0 , 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.
Самое сильное взаимодействие – это взаимодействие между кварками. Протон состоит из 2 u кварков одного d кварка, нейтрон из одного u кварка и 2 d кварков. Оказалось, что на очень малых расстояниях ни один из кварков не замечает соседей, и они ведут себя как свободные, невзаимодействующие между собой частицы. При удалении кварков друг от друга между ними возникает притяжение, которое с увеличением расстояния возрастает. Чтобы разделить адроны на отдельные изолированные кварки потребовалась бы большая энергия. Так как такой энергии нет, то кварки оказываются вечными пленниками и навсегда остаются запертыми внутри адрона. Кварки удерживаются внутри адрона глюонным полем.
III . Закрепление
Вариант 1.
Вариант 2.
3.. Сколько живет нейтрон вне атома ядра? А. 12 мин Б. 15 мин
Итог урока. На уроке познакомились частицами микромира, выяснили, какие частицы называются элементарными.
Д/з § 9.3
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
III . Закрепление
Назовите основные взаимодействия, которые существую в природе
Чем отличаются частица и античастица? Что у них общего?
Какие частицы участвую в гравитационном, электромагнитном, сильном и слабом взаимодействиях?
Вариант 1.
1. Одно из свойств элементарных частиц – способность……… А. превращаться друг в друга Б. самопроизвольно видоизменятся
2.Частицы, которые могут существовать в свободном состоянии неограниченное время, называются….. А. нестабильными Б. стабильными.
3. Какая частица является стабильной? А. протон Б. мезон
4. Частица, являющаяся долгожителем. А. нейтрино Б. нейтрон
5.Нейтрино получается в результате распада….. А. электрона Б. нейтрона
Вариант 2.
Что является главным фактором существования элементарных частиц?
А. взаимное их проникновение Б. взаимное их превращение.
2. Какая из элементарных частиц не выделена в свободную частицу. А. пион Б. кварки
3. Сколько живет нейтрон вне атома ядра? А. 12 мин Б. 15 мин
Какая из частиц не является стабильной. А. фотон Б. лептон
Существуют ли в природе неизменные частицы? А. да Б. нет
Каптелова Н.В., учитель физики МОУ «Гимназия № 79» г. Барнаула Алтайского края
11 класс
Урок по теме «Элементарные частицы» (2 часа).
Учебный предмет – физика
Уровень – базовый
Профиль класса – гуманитарный
Используемый текст - § 64 «Элементарные частицы» (Мансуров А.Н., Мансуров Н.А., учебник «Физика-10-11» для гуманитарных школ)
Технология «Развитие Критического Мышления через Чтение и Письмо» (РКМЧП)
Тип урока: работа с информационным текстом
Цели:
дидактическая – через опосредованное изучение текста сформировать у учащихся систему научных знаний об элементарных частицах
развивающая – выработать у школьников приёмы эффективной переработки учебной информации, продолжить формирование способа самостоятельного обучения, познавательных и коммуникативных компетентностей
воспитательная – продолжить формирование у учащихся уверенности в своих собственных познавательных возможностях, диалектико-материалистического мировоззрения
методическая – создать условия для освоение учащимися способа самостоятельного обучения на основе технологии РКМЧП
Ожидаемый результат:
усвоение учащимися системы научных знаний об элементарных частицах и представление её в виде кластера;
получение и осмысление каждым учеником собственного опыта самостоятельной познавательной деятельности на основе работы с текстом через индивидуальную, парную, групповую, коллективную формы работы (технология РКМЧП).
Примечание: Кластер - графический способ, позволяющий представить информацию в структурированном и систематизированном виде, выявить ключевые слова темы. Кластер представляет собой графическую схему, состоящую из овалов. В центре кластера, в главном овале – основная проблема, тема, идея. В овалах следующего уровня – классифицирующие признаки или основания для систематизации, в овалах третьего уровня – дальнейшая детализация и т.д. Кластеры могут быть очень разветвлёнными, поэтому всегда нужно выбрать тот уровень детализации, на котором можно остановиться. С помощью кластеров можно в систематизированном виде представить большие объёмы информации.
Кластер содержит ключевые слова, ключевые идеи с указанием логических связей между текстовыми субъектами. Связи придают картине целостность и наглядность.
Кластер (как и все графические схемы) является моделью изучаемой темы, позволяет увидеть тему целиком, «с высоты птичьего полёта». Повышается мотивация, т.к. легче воспринимаются идеи темы. Человеку всегда нужны графические образы. Мозг запоминает модели. Представление информации учащимися в виде кластера способствует её творческой переработке, поэтому обеспечивает усвоение информации на уровне понимания. Кластеры (как и другие схемы) позволяют «пораскачивать» своё мышление, сделать его более гибким, избавиться от стереотипов, догматическое мышление превратить в критическое.
Важно и то, что построение кластеров позволяет выявить систему ключевых слов, которые могут быть использованы для поиска в Интернете, а также для определения основных направлений исследований учащихся, выбора тем учебных проектов.
Домашнее задание (внеклассная работа) :
1. § 65 (самостоятельно по технологии РКМЧП)
2. Кластеры, выполненные с помощью ИКТ
(2 и 3 по желанию)
Сценарий урока.
Вызов.
Цели этапа:
Побуждение к работе с новой информацией, пробуждение интереса к теме
- вызов «на поверхность» имеющихся знаний по теме
- бесконфликтный обмен мнениями
«Наводящие вопросы»
«Кластер»
Оргмомент
2. Учащимся предлагаются вопросы для обдумывания и обсуждения:
Выход на логическую цепочку: природа-тело-вещество-молекула-атом-ядро-нуклоны (протон, нейтрон)-электрон.
Вспомните, какие элементарные частицы вам известны? Представьте в виде кластера.
(Протон, нейтрон, электрон, фотон, π-мезон)
Ученики работают индивидуально в тетрадях, затем в парах , по их предложениям учитель на доске оформляет кластер. Один из предложенных учениками кластер:
Учитель: Начиная с 1932 года открыто более 400(!) элементарных частиц .
Может ли такое их количество претендовать на роль «первокирпичиков Вселенной», истинно элементарных частиц?
«Думай самостоятельно/в паре/группе». Коллективное обсуждение ответов. Осмысление и формулировка цели урока . Планирование деятельности. («Изучить элементарные частицы через их классификацию и систематизацию по выделенным характеристикам, результат представить в виде кластера».
Предлагается самостоятельно изучить текст §64 «Физика-10-11» Мансуров А.Н., Мансуров Н.А), информацию представить в виде кластера.
Осмысление
Цели этапа:
Получение новых знаний
Освоение разных типов чтения: ознакомительного, изучающего, усваивающего, поискового, приёмов осмысления информационного текста
Развитие аналитических, дискуссионных, коммуникативных навыков
«Система И.Н.С.Е.Р.Т.»
«Кластер»
«Думай самостоятельно/в паре/ в группе»
Самостоятельная работа с текстом
Восприятие информации. На этом этапе ученик работает индивидуально («Думай самостоятельно»). Ознакомительное чтение, получение общего представления по теме текста.
Изучающее чтение. Индивидуальная работа («Думай самостоятельно»). Операции смыслового восприятия элементов текста, понимание слов, предложений, абзацев, вычленение текстовых субъектов (основных понятий, ключевых слов, идей), выявление связей (логических, причинно-следственных, пространственных, временных и т.д.) текстовых субъектов. Понимание связи содержания данного текста с содержанием других изученных текстов, интерпретация данного текста на основе этой связи. Помогает осмыслить содержание применение маркировки текста И.Н.С.Е.Р.Т.: (I .N .S .E .R .T . - "Interactive Notation System for Enhanced Reading and Thinking ")
- «известно»
- - «противоречит представлениям»
+ - «интересное и неожиданное»
? - «узнать поподробнее»
! - «важно»
Усваивающее чтение. Проверка понимания текста. Ученики в парах («Думай в паре») проговаривают своими словами друг другу ответы на вопросы к тексту.
Переработка информации. Индивидуальная работа («Думай самостоятельно»). Разбиение информации на связанные части. Выделение оснований для систематизации и классификации полученной информации.
Синтез переработанной информации. Индивидуальная работа («Думай самостоятельно»). Группировка, комбинирование информации, составление кластера. Перевод полученной информации «на другой язык»: с языка слов на язык схем, с вербального языка на графический.
Представление и защита индивидуальных кластеров в парах («Думай в паре»), затем в группах («Думай вместе»).
«Обратный перевод» информации: с языка схем на язык слов, с графического языка на вербальный, причём информация сообщается своими словами. Обмен идеями в дискуссии или полемике. Аргументация, конструктивная критика, уточнение, совместная доработка кластера.
Рефлексия
Обдумать смысл пройденного;
Взглянуть на содержание урока в свете собственного жизненного опыта
«Возвращение к кластеру»
«Выходная карта»
Представление и защита нескольких вариантов групповых кластеров перед классом, коллективное обсуждение.
Предполагаемый вариант итогового кластера:
2. Задание: Сравните данный кластер с кластером, предложенным в начале урока. (!!!)
Найдите место на нём для электрона, протона, нейтрона, фотона, π-мезона.
Сделайте вывод. (Значительное приращение знаний об элементарных частицах!)
3. (Подведение итогов и мотивация на дальнейшую познавательную деятельность). Вернёмся к вопросам, с которых начали урок. Нашли ли на них ответы? Какие вопросы остались без ответа? Какие возникли новые? Где искать ответы?
Из чего состоит окружающий мир?
Напоминает ли структура вещества бесконечную череду вложенных друг в друга матрёшек или процесс деления прерывается, когда обнаруживается неделимая элементарная частица?
Что представляют из себя самые первичные фундаментальные частицы, из которых состоят все остальные?
Существует ли в природе такой уровень организации материи, глубже которого ничего нет?
Может ли такое количество (более 400) претендовать на роль «первокирпичиков Вселенной», истинно элементарных частиц?
Как ориентироваться в таком изобилии элементарных частиц?
Какие частицы являются истинно «элементарными»?
(Думай самостоятельно/в паре/ группе). Обсуждение.
Индивидуальная письменная работа (10 мин) «Выходная карта» - 1) самая важная мысль урока; 2) один вопрос по теме урока 3) общий комментарий по материалу урока
Сделайте самооценку своей работы на уроке (доволен собой, не очень, не доволен, почему?).
IV . Домашнее задание (внеклассная работа)
Дать возможность учащимся вести самостоятельную работу по углублению знаний, полученных во время урока;
Отрабатывать навык самостоятельной учебной деятельности;
Развивать творческие способности школьников
1.Изучить § 65 (самостоятельно по технологии РКМЧП)
2. Кластеры к § 65, выполненные с помощью ИКТ
3. Творческая работа по заинтересовавшей теме.
(2 и 3 по желанию)
Наблюдения за учащимися показывают, что построение кластеров воспринимается ими как творческая работа , где возможна реализация собственного видения проблемы, собственного подхода, вариативности, как средство самореализации, самоутверждения.
Возможность индивидуальной, парной, групповой и коллективной работы создаёт психологический комфорт учебного процесса. Включение каждого ученика в три вида
деятельности (думаю, пишу, проговариваю) обеспечивает «внутреннюю обработку информации». Эти факторы способствуют усвоению учащимися нового материала на уровне понимания, осмысления и развитию у них учебно-познавательной мотивации и активности (особенно у тех школьников, которые плохо вписываются в систему традиционного, иллюстративно-объяснительного обучения). И самое главное - они практически осваивают способ самостоятельного приобретения нового знания , у них формируется функциональная грамотность.
Вышеописанная технология обучения на основе творческой переработки текста позволяет учить интересно, быстро, качественно и даёт учащимся чувство удовлетворения.
Примеры выполнения кластеров по темам « Фундаментальные взаимодействия» и «Фундаментальные частицы»:
\ Для учителя физикиПри использовании материалов этого сайта - и размещение баннера -ОБЯЗАТЕЛЬНО!!!
Материалы прислал: Хасан Алиев МОУ СОШ с.Карасу, Черекского р-а,КБР С.Карасу
Основные исторические этапы развития физики элементарных частиц : первый - от электрона до позитрона, второй - от позитрона до кварков, третий - от гипотезы о кварках до наших дней. Понятие об элементарных частицах. Их взаимные превращения.
Цели:
- " Обобщить и систематизировать материал данной темы.
- " Развивать абстрактное, экологическое и научное мышления учащихся на основе представлений об элементарных частицах и их взаимодействиях.
Тип урока:, систематизация и обобщение.
Форма урока : лекция с элементами беседы и самостоятельной работы.
Метод обучения : диалогический, побуждающий.
ХОД УРОКА
- I. Оргмомент.
- План работы на урок:
- 1) Исторический экскурс.
- 2) Самостоятельная работа учащихся по выделению 3-х этапов развития взглядов на элементарные частицы
- 3) Роль элементарных частиц в нашей жизни
- II. Лекция.
Я вам сейчас задам вопрос. Сколько букв в русском алфавите? Правильно -33 буквы, но мы можем из них составлять слова, из слов - предложения, из предложений - рассказы. Т.е. Слово - это основа нашего общения, поэтому нашу встречу я начала с песни. Но я сейчас о другом, ведь мы с вами на уроке физики, а не литературы и именно физики элементарных частиц. Вы спросите, как это связано? А очень просто! Посмотрим на таблицу Менделеева. Сколько там элементов?
Да. Всего лишь 92. Как? Там больше? Верно, но все остальные - искусственно полученные, они в природе не встречаются. Кто бы мог сейчас их перечислить? А жаль. В одной из передач "Золотая лихорадка" игрок за эти знания получил 1 кг золота!
Итак - 92 атома. Из них тоже можно составить слова: молекулы, т.е. вещества! Как слова! Пример - 2 атома водорода, 1 атом кислорода! Что это? Вода. Но то, что все вещества состоят из атомов, утверждал еще Демокрит (400 лет до нашей эры). Он был большим путешественником, и его любимым изречением было: "Не существует ничего, кроме атомов и чистого пространства, все остальное - воззрение"
Итак: АТОМ - ДЕМОКРИТ (кирпичик мироздания).
Не прошло и 2000 лет, эстафету принимает Томсон.
ТОМСОН - ЭЛЕКТРОН . Начало XX века.
РЕЗЕРФОРД - ПРОТОН
ЧЕДВИК - НЕЙТРОН
История физики элементарных частиц условно отсчитывается от открытия электрона. Затем была выяснена структура атомного ядра - открыт протон (Э. Резерфорд, 1910 г.) и нейтрон (Дж. Чадвик, 1932 г.). Первый этап развития физики частиц условно завершился к середине 1930-х гг. К этому времени список элементарных частиц был невелик: три частицы - электрон e-, протон p и нейтрон n - входят в состав всех атомов; фотон g (квант электромагнитного поля) участвует во
взаимодействии заряженных частиц и процессах излучения и поглощения света. Важнейшим теоретическим открытием стало предсказание в 1929 г. П. Дираком существования античастиц (частиц, имеющих ту же массу и спин, но противоположные значения зарядов всех типов; см. об этом ниже). В 1932 г. была открыта первая античастица - позитрон е+. Наконец, изучая свойства b-распада ядер, В. Паули предсказал в 1930 г. существование еще одной частицы - нейтрино n. Аргументы Паули были настолько убедительными, что, хотя регистрация нейтрино реально оказалась возможной только в 1956 г., в существовании этой частицы никто не сомневался сразу после того, как Паули высказал свою гипотезу.
У вас на столах есть таблица элементарных частиц. Давайте найдем эти частицы и охарактеризуем их.
1928 год - Дирак и Андерсон открывают позитрон - античастицу электрона. А тут еще великий Эйнштейн решил помочь и предлагает "свой" фотон.
1931 год - Паули открывает нейтрино и антинейтрино. К 1935 году сформировалась более или менее стройная система. Наступило затишье в открытии элементарных частиц. Но не тут то было!
1935 год - Юкава открывает первый мезон.
" … думал, что достиг дна…, но снизу постучали…" С. Лемм
Второй этап развития физики частиц начался после Второй мировой войны с открытия в 1947 г. пи-мезона p в космических лучах. Начиная с этого года была открыта не одна сотня элементарных частиц.
В течение примерно пятнадцати лет (до начала 1960-х гг.), благодаря прогрессу в создании ускорителей и приборов для регистрации частиц, было открыто несколько сотен новых элементарных частиц, имеющих массы в диапазоне от 140 МэВ до 2 ГэВ.
Все эти частицы были нестабильными, т.е. распадались на частицы с меньшими массами, в конечном счете превращаясь в стабильные протон, электрон, фотон и нейтрино (и их античастицы). Все они казались в равной степени элементарными, так как в разных экспериментах можно было порождать любые из открытых частиц в
процессе соударения других частиц. Перед физиками-теоретиками встала труднейшая задача упорядочить весь обнаруженный "зоопарк" частиц и попытаться свести число фундаментальных частиц к минимуму, доказав, что другие частицы состоят из фундаментальных частиц.
Третий этап развития физики частиц начался в 1962 г., когда М. Гелл-Манн и независимо Дж. Цвейг предложили модель строения сильновзаимодействующих частиц из фундаментальных частиц - кварков. Эта модель к настоящему времени превратилась в стройную теорию всех известных типов взаимодействий частиц.
Можно считать, что третий этап завершился в 1995 г. открытием последнего из ожидавшихся, шестого кварка. В настоящее время не известно ни одного эксперимента, который бы противоречил существующей теории элементарных частиц, получившей название стандартной модели, и не находил бы количественного объяснения в рамках этой теории.
Обратимся к таблице. Таблица проецируется на экран проектором
Назовите 4 основные класса частиц:
- 1. Фотоны
- 2. Лептоны
- 3. Мезоны
- 4. Барионы
Что такое элементарная частица?(Элементарные частицы -это первичные, неразложимые далее частицы, из которых построена вся материя)
Теперь перейдем к следующей части урока. Вы используя учебник и опорный конспект, четко разграничьте 3 этапа развития теории элементарных частиц. Смотрите Ваши записи и учебник.
У доски работает Ася.
III. Экопауза.
Зачем нам нужны элементарные частицы?
А) Обратимся к опорному конспекту. Назовите 4 типа взаимодействий, которые существуют между частицами.(Гравитационное (ГВ), присущее всем без исключения частицам (даже тем, у которых масса равна нулю, поскольку, вообще говоря, тяготеет энергия, а не масса!). Сильное (СВ), объединяющее кварки в адроны - сильновзаимодействующие частицы, которые делятся на две группы: барионы - частицы с полуцелым спином, составленные из трех кварков (B ~ qqq), и мезоны - частицы с целым спином, составленные из кварка и нтикварка(M ~ `qq).Электромагнитное(ЭМВ),ответственное за все процессы с участием фотонов (структура атомов, излучение и поглощение света атомами, атомная структура и свойства вещества и т. п., вплоть до таких макроскопических проявлений, как сила трения). Слабое (СлВ), проявляющееся в процессах с участием нейтрино и в процессах распада некоторых адронов.)
Самая красивая формула в физике!!!
Е = mc2
Масса есть энергия! Что получается? Можно разогнать фотон и получить вещество!
Можно из энергии получить материю! Покажите это - приложите усилие.
(Рассказать один из интересных случаев из жизни Эйнштейна).
Б) Мы с вами живем в таком месте, где находится 1 нейтринный телескоп, из 2-х существующих на Земном шаре. Нейтрино - частица, которая не вступает во взаимодействия или вступает очень слабо с другими частицами. Она появилась в момент рождения Вселенной и носит много информации. Их ловят телескопами. 1 с.к. = 5 нейтрино.
В) Существует такой прибор - позитронный томограф. Человек вдыхает или вводят в кровь радиоактивный элемент, который излучает позитроны, они вступают в реакцию с электронами организма. Аннигилируют, излучают гамма-лучи, которые улавливаются детекторами.
Скажите, используя учебник что такое аннигиляция?
Г) А сейчас об опасностях, которые таят в себе элементарные частицы. Очень быстрые электроны или гамма - кванты (которые появляются при аннигиляции) могут образовывать в организме до 5 млрд. ионов. Эти заряженные ионы плохо действуют на нашу нервную систему. Если бы мы могли "послушать" нашу нервную системы, мы бы услышали точно такой же треск, который слышится, когда в радиоприемник приходят помехи. Но в малых, разумных дозах, воздействие элементарных частиц - полезно.
Д) Посмотрим на 2-й пункт в опорном конспекте. Этот пункт об античастицах. Есть вещество - есть антивещество. Вот бы найти способ их соединить! Мы могли бы тогда уничтожить любую грязь с Земли да еще получить чистейшую энергию в виде гамма-квантов. Вот вам еще одна область применения своих знаний. Белое пятно науки - дерзайте!
IV. Итог урока.
Используемая литература: Физика11 Мякишев, Буховцев - Дрофа., СД- диск открытая физика, Физика в картинках., Курс истории физики
Урок физики на тему: Этапы развития физики элементарных частиц. Физика элементарных частиц.
Понравилось? Отблагодарите, пожалуйста, нас! Для Вас это бесплатно, а нам - большая помощь! Добавьте наш сайт в свою социальную сеть:
