Зарождение физики элементарных частиц - Элементарные частицы - Квантовая физика

Цель: рассказать об элементарных частицах.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проведение самостоятельной работы

Вариант I

1. Как получают радиоактивные изотопы? (Облучение α-частицами, γ-излучением, нейтронное облучение).

2. Что целесообразно применять для защиты от γ-излучения? (Свинец.)

3. Что целесообразно применять для защиты от нейтронов? (Воду, бетон.)

4. С какой целью используют радиоактивные изотопы в медицине? (С целью исследования обмена веществ, постановки диагноза, терапевтических целей.)

5. С помощью какого прибора можно зарегистрировать величину радиационного излучения? (С помощью счетчика Гейгера.)

6. Два человека массами 50 и 100 кг получили одинаковую дозу облучения: 3 Гр. В одинаковой ли степени они заражены радиацией? (В одинаковой.)

7. Какой естественный фон радиации? (2-10-3 Гр/год.)

8. Если расстояние от источника радиоактивного излучения увеличивается в 4 раза, то интенсивность радиации ... (убывает в 16 раз.)

9. Длина свободного пробега в одной и той же среде α-частицы значительно меньше, чем β-частицы. Почему α-частица обладает наибольшей способностью вызывать ионизацию молекул?

10. Какая существует зависимость между глубиной проникновения α- и β-частиц в вещество и их ионизирующей способностью?

(Глубина проникновения α-частиц меньше, но ионизирующая способность больше, чему β-частиц.)

Вариант II

1. Каким способом получают радиоактивные изотопы химических элементов? (Облучают нейтронами, α-частицами, γ-квантами, протонами.)

2. Для защиты от жесткого рентгеновского и γ-излучений применяются вещества, состоящие из элементов ... (с высоким атомным номером и имеющих большую плотность.)

3. Какие вещества при равных толщинах дают наилучшую защиту от γ-излучений - чугун, сталь, свинец? (Свинец,)

4. Какие вещества используются для защиты от нейтронов? (С невысоким атомным номером.)

5. С какой целью используют радиоактивные элементы в археологии? (Для определения возраста предметов старины.)

6. Если расстояние от источника радиоактивного излучения увеличивается в 3 раза, то интенсивность радиации убывает ... (в 9 раз.)

7. Если тело человека массой 60 кг поглотило в течение короткого времени радиационную энергию 180 Дж, то какую дозу облучения получил человек? (3 Гр.)

8. Какова предельная доза облучения для лиц, работающих с облучением длительное время? (0,05 Гр/год.)

9. Какая существует зависимость между глубиной проникновения α-, β-частиц в вещество и их ионизирующей способностью? (Глубина проникновения α-частиц меньше, но ионизирующая способность больше, чем β-частиц.)

10. Большая ли проникающая способность γ-излучения, не несущая электрического заряда? (Да.)

III. Изучение нового материала

В начале XX века было установлено, что все атомы построены из нейтронов, протонов и электронов. Помимо них были открыты позитроны, нейтрино и γ-квант (фотон).

В 1898 г. Дж. Томсон доказал реальность существования электронов. В 1909 г. Р. Милликен впервые измерил заряд электрона:

В 1919 г. Э. Резерфорд при бомбардировке азота α-частицами обнаружил частицу, заряд которой равен заряду электрона, а масса в 1836 раз больше массы электрона:

Назвали частицу протон, m_р = 1,6726 · 10^-27 кг.

Резерфорд высказал предположение о существовании частицы, не имеющей заряда, масса которой равна массе протона.

В 1932 г. Д. Чэдвик открыл частицу и назвал ее нейтроном: m_n = 1,001 mр.

Не входящий в состав ядра ¹₀n живет около 1000 с, потом распадается на протон, электрон и нейтрино:

Опыт, проведенный супругами Кюри:

В 1928 г. П. Дирак предсказал, а в 1932 г. Г. Андерсон открыл позитрон (е⁺), фотографируя следы космических частиц в камере Вильсона. Позитрон рождается в паре с электроном, а при некоторых реакциях позитрон рождается в «одиночестве».

Гипотеза А. Эйнштейна, что свет распространяется в виде частиц или фотонов, означала отход от классических представлений. Они являются материальными частицами, имеют инертную массу, но могут существовать только двигаясь со скоростью света, не существуют в состоянии покоя. Сила тяжести действует на фотоны.

В 1931 г. В. Паули предсказал, а в 1955 г. экспериментально зарегистрированы нейтрино v и антинейтрино :

Оно появляется в ходе распада ¹₀n. Протон, электрон и нейтрино являются стабильными частицами, но каждая из них при взаимодействии с другими частицами может превращаться в другие частицы.

В 1935 г. японский физик X. Юкава предсказал существование новой частицы, которая является переносчиком сильного взаимодействия. В 1947 г. частица была открыта и получила название π-мезон (или π-ион). У этой частицы три зарядовых состояния (+; -; 0).

IV. Закрепление изученного материала

- Что такое элементарная частица?

- Каков главный факт существования элементарных частиц?

- За счет чего осуществляется взаимодействие между протонами и нейтронами при сильном взаимодействии?

- В чем заключается природа слабого взаимодействия?

- Что является переносчиком слабого взаимодействия?

V. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 115.