Элективный курс по физике "Физика элементарных частиц"

• 1 слайд

  
   
  
  РЕФЕРАТ
  на тему:
  "Элективные курсы
  по
  физике"
  

• 2 слайд

  Элективность – предоставление слушателям максимальной возможной самостоятельности выбора образовательных маршрутов – элективных курсов, изучение которых направлено на дальнейшую специализацию образования, или на профессиональную ориентацию учащихся в выбранной сфере деятельности, или просто на расширение познавательных интересов школьников, формирование их мировоззрения.
  

• 3 слайд

  Элективный курс по физике в настоящих условиях часто пока единственная возможность донести в полной мере до учащихся многие современные актуальные составляющие физического знания, например по теме «Физика элементарных частиц».
  

• 4 слайд

  Элективные курсы выполняют следующие функции:
  углубление, дополнение содержания профильного учебного предмета;
  наращивание, развитие содержания одного из базовых учебных предметов;
  удовлетворение разнообразных познавательных потребностей учащихся в выбранной ими предметной области и за рамками выбранного ими предмета;
  мотивация профессионального интереса к той или иной сфере человеческой деятельности.
  

• 5 слайд

  Элективные курсы по физике можно разделить на несколько групп:
  1) элективные курсы повышенного уровня, направленные на углубленное изучение физики, имеющие как тематическое, так и временное согласование с профильным курсом физики. Выбор такого курса позволит изучить физику на углубленном уровне.
  2) элективные спецкурсы, в которых углубленно изучаются отдельные разделы профильного курса физики. Следовательно, выбранная тема изучается более глубоко, чем при выборе курса повышенного уровня.
  3) элективные спецкурсы, в которых углубленно изучаются отдельные разделы основного курса, не входящие в обязательную программу курса физики;
  4) прикладные элективные курсы, цель которых знакомство учащихся с важнейшими путями и методами применения знаний по физике на практике, развитие интереса учащихся к современной технике и производству;
  5) элективные курсы изучения физических методов познания природы;
  6) элективные курсы по истории физики и астрономии;
  7) элективные курсы по решению задач, в том числе составлению и решению задач на основе эксперимента.
  

• 6 слайд

  Задачи элективных курсов:
  1. Развивают содержание базовых курсов, изучение которых осуществляется на минимальном общеобразовательном уровне.
  2. Дополняют содержания определенного профильного курса, благодаря чему профильный курс становится в полной мере углубленным.
  3. Удовлетворяют познавательные интересы отдельных школьников в областях деятельности человека, как бы выходящих за рамки школьного обучения, т.н. элективные курсы, носящие «внепредметный» или «надпредметный» характер.
  4. Формируют у школьников некоторые элементарные знания и умения для успешного продвижения на рынке труда, т.н. элективные курсы профессиональной ориентации.
  5. Способствуют социальной адаптации учащихся к объективным требованиям современной жизни. Данные элективные курсы прагматической направленности формируют актуальные знания и умения, необходимые в повседневной практической жизни человека.
  6. Развивают у учащихся умения познавать, умения учиться, умения приобретать, организовывать и применять знания на практике, т.е. элективные курсы гносеологической, «собственно ученической» направленности.
  

• 7 слайд

  Физика элементарных частиц
  Элективный курс по физике:
  

• 8 слайд

  Задачи курса:
  расширить информационно-смысловое поле ребенка;
  создать условия для развития воображения, логического мышления учащихся;
  способствовать объединению процессов учебного и научного познания;
  помочь учащимся обнаружить в окружающих явлениях новые смыслы;
  способствовать укреплению положительной мотивации к учению через создание ситуаций успеха;
  создать условия для овладения учащимися новой методики работы с текстом учебника, любым учебным текстом;
  

• 9 слайд

  Курс направлен на развитие у учащихся навыков:
  1. Познавательной деятельности:
  определять структуру объекта познания, поиска и выделения значимых и функциональных связей и отношений между частями целого;
  самостоятельно выполнять различные творческие задания, самостоятельно и мотивированно организовывать свою познавательную деятельность;
  2. Информационно-коммуникационной деятельности:
  передавать содержание информации адекватно поставленной цели;
  использовать мультимедийные ресурсы и компьютерные технологии для обработки, передачи, систематизации информации, создавать презентации;
  участвовать в дискуссии, следовать этическим нормам и правилам ведения диалога.
  3. Рефлексивной деятельности:
  оценивать свою деятельность, предвидеть возможные результаты своих действий, учитывать мнения других людей при определении собственной позиции и самооценки;
  осуществлять осознанный выбор путей продолжения образования или будущей профессиональной деятельности.
  

• 10 слайд

  Содержание программы:
  Тема 1. Вводное лекционное занятие.
  Тема 2. Что такое элементарная частица.
  Тема 3. Урок-семинар «История открытия элементарных частиц».
  Тема 4. Развитие теории элементарных частиц.
  Тема 5. Классификация элементарных частиц.
  Тема 6. Лептоны.
  Тема 7. Мезоны.
  Тема 8. Барионы.
  Тема 9. Урок-викторина «Путешествие в прошлое».
  Тема 10. Античастицы.
  Тема 11. Превращение элементарных частиц.
  Тема 12. Распады элементарных частиц.
  Тема 13. Взаимодействие элементарных частиц.
  Тема 14. Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц: камера Вильсона.
  Тема 15. Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц: счетчики.
  Тема 16. Итоговый урок.
  

• 11 слайд

  Примерный план урока-викторины «Путешествие в прошлое».
  

• 12 слайд

  Цели:
  Познакомить учащихся с деятельностью того или иного ученого, показать наиболее примечательные черты его мировоззрения, развивать умение использовать мультимедийные ресурсы и компьютерные технологии для обработки, передачи, систематизации информации, создавать презентации, расширить кругозор учащихся, развивать коммуникативные способности.
  

• 13 слайд

  Оформление:
  Портреты ученых, выставка литературы для дополнительного чтения.
  

• 14 слайд

  Подготовка к занятию:
  Класс делится на пять команд. Каждая команда выбирает ученого, о котором ей хотелось бы рассказать остальным.
  

• 15 слайд

  Счастлив в наш век, кому победа
  Далась не кровью, а умом,
  Счастлив, кто точку Архимеда
  Сумел сыскать в себе самом.
  

• 16 слайд

  Первая команда
  Гелл-Манн Мюррей
  Родился 15.09.1929.
  Выдающийся американский физик-теоретик, один из создателей современной теории элементарных частиц.
  Работы Гелл-Манна на протяжении нескольких десятилетий определяли развитие физики частиц. Его идеи всегда были фундаментальными и приводили к существенному прогрессу в физике частиц.
  Основные достижения:
        1953 г. – метод дисперсионных соотношений в квантовой теории поля;
        1953 г. – формулировка (совместно с Ф. Лоу) уравнений ренормализационной группы, которые в настоящее время являются одним из важнейших методов исследования в физике высоких энергий;
        1955 г. – теория нейтральных К-мезонов;
        1956 г. – теория слабого взаимодействия;
        1961 г. – модель унитарной симметрии («восьмеричный путь»); предсказание W-частицы;
        1962 г. – модель кварков, являющаяся в настоящее время основой всей физики микромира;
        1970 г. – квантовая хромодинамика (теория взаимодействия цветных кварков и глюонов).
        Этот список можно продолжить. В 1969 г. М. Гелл-Манн получил Нобелевскую премию по физике. Он является одним из наиболее авторитетных во всем мире ученых – специалистов в области физики частиц.
        М. Гелл-Манн – очень живой, необычайно широко образованный, склонный к шутке человек. Интересна история слова «кварк», которое он выбрал для названия фундаментальных частиц, из которых устроен наш мир.
  Это слово Гелл-Манн нашел в знаменитом романе Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану». Роман Джойса полностью основан на словотворчестве и непереводим на другие языки. Если сам роман занимает
  300 страниц, то изданные комментарии к нему, в которых объясняется возможный смысл почти каждого слова, вдвое больше. В единственном месте романа употребляется слово «кварк». Это происходит там, где главному герою снится сон, будто он – король Корнуэлла Марк, пославший своего рыцаря Тристана с поручением привезти королю его невесту Изольду.
  Вокруг корабля, на котором Тристан с Изольдой возвращаются к Марку, вьются чайки и поют несколько двусмысленную песенку, начинающуюся словами: «Три кварка для мистера Марка!». Гелл-Манна, по-видимому, пленила загадочность слова и то, что упоминается именно о трех кварках (в 1961 г. список сортов кварков исчерпывался тремя). На немецком языке слово «кварк» имеет более прозаический смысл и означает «творог». Гете в «Фаусте» вложил его в уста Мефистофеля в смысле «чепуха», «ерунда».
        На одной из конференций, посвященных физике слабых взаимодействий, Гелл-Манну предложили сделать заключительный доклад. Он вышел к трибуне и показал на экране слайд, где были сфотографированы ноты начала «Неоконченной симфонии» Шуберта.
  

• 17 слайд

  Вторая команда
  Томсон Джозеф Джон
  Выдающийся английский физик-экспериментатор.
        Дж. Дж. Томсон стал физиком почти случайно. Его отец хотел, чтобы сын стал инженером, но выяснилось, что у семьи нет денег, чтобы оплатить учебу в инженерном колледже. Друг семьи предложил послать молодого человека учиться в Оуэнс-колледж вблизи Манчестера, где обучение было дешевле. В этом колледже оказались прекрасные учителя по математике и физике, которые пробудили у молодого Томсона тягу к занятиям физикой.
        В 1876 г. Джи-Джи (как его называли все, в том числе даже сын) перешел в Тринити-колледж в Кембриджском университете, чтобы завершить образование по физике, и последующие 64 года (!) провел в этом месте. В 1884 г. в возрасте 28-и лет Томсон получил должность профессора в Кембридже и стал директором Кавендишской лаборатории, самой лучшей физической лаборатории Англии, первым директором которой был Дж. К. Максвелл, а затем выдающийся специалист по акустике лорд Рэлей. В этой должности Томсон пробыл тридцать пять лет, уступив в 1919 г. место директора Кавендиша своему ученику Э. Резерфорду. В 1918г. Томсон был избран деканом Тринити-колледжа и находился на этом посту до самой смерти в 1940 г.
        Наиболее знаменитая работа Томсона в физике – выяснение природы катодных лучей и доказательство, что эти лучи являются потоком электронов. Томсон не был ни выдающимся теоретиком, ни сверхталантливым экспериментатором, но он был одарен способностью связывать воедино то, что сделали те и другие. В 1906 г. Томсон получил Нобелевскую премию по физике за теоретические и экспериментальные исследования проводимости газов. Двумя годами спустя он был возведен в рыцарское достоинство.
        Пожалуй, не менее важным было искусство Джи-Джи объединять вокруг
  себя талантливых молодых людей. Он был выдающимся педагогом и наставником. Среди его учеников – восемь Нобелевских лауреатов (в том числе, его собственный сын), 27 членов Лондонского королевского общества. В 1920-е гг. говорили, что все профессора физики в США – либо ученики Томсона, либо ученики его учеников. Все ученики вспоминали с необычайной любовью годы общения с Джи-Джи.
  

• 18 слайд

  Третья команда
  Резерфорд Эрнест
  Выдающийся английский физик-экспериментатор, установивший существование атомных ядер.
        Эрнест Резерфорд родился в 1871 г. в деревне Брайтуотер, недалеко от г. Нельсоне в Новой Зеландии. Он был одним из двенадцати детей мелкого фермера, выходца из Шотландии. Проявив незаурядные способности, Эрнест после школы учился на стипендии сначала в колледже родного города, а затем в колледже Крайстчерча, одного из крупных городов Новой Зеландии. Уже в студенческие годы Резерфорд серьезно занялся наукой. Он выступил с докладом «Об эволюции материи» на заседании студенческого общества, где выдвинул идею о том, что все атомы состоят из одних и тех же составных частей. Идею Резерфорда приняли неодобрительно, и он должен был извиниться перед обществом. Правильность своих воззрений он доказал только через двадцать лет.
        Окончив колледж с отличием в 1894 г., Резерфорд некоторое время преподавал физику, пока в его судьбе не произошел неожиданный поворот, –
  он был удостоен стипендии, присуждаемой одаренным выпускникам провинциальных университетов и позволяющей продолжить научную работу в Англии. Получив телеграмму, извещающую об этом радостном событии, Эрнест, работавший в поле, кинул лопату на землю и воскликнул: «Это последняя картошка, которую я выкопал!»
        Для стажировки Резерфорд выбрал знаменитую Кавендишскую лабораторию в Кембридже, которой руководил Дж. Дж. Томсон. В совместной работе по воздействию рентгеновских лучей на электрические разряды в газах Резерфорд и Томсон выдвинули идею, что при прохождении
  через газ рентгеновские лучи разрушают его атомы, высвобождая одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц, которые были ими названы ионами.
        По окончании стажировки Резерфорд переезжает в Канаду в университет Мак-Гилла в Монреале. Годы, проведенные в Канаде, были исключительно плодотворными. Резерфорд организовал прекрасную лабораторию, в которой проводил множество опытов. В основном проводились исследования радиоактивности. Резерфорд открыл два вида излучения урана: альфа-лучи,
  проникающие только на короткое расстояние, и бета-лучи с большой проникающей способностью. С помощью простых и остроумных опытов он доказал, что бета-лучи представляют поток электронов, а альфа-лучи идентичны дважды ионизованным атомам гелия. Совместно с молодым химиком Ф. Содди Резерфорд создает теорию радиоактивности. Согласно ей,
  радиоактивность – это самопроизвольный переход одних элементов в другие,
  сопровождающийся выделением огромного количества энергии в виде излучений разного типа. Таким образом, эта теория отвергала взгляд на атомы как на неделимые и неизменяемые частицы.
        Имя Резерфорда приобрело известность. За исследования по радиоактивности ему в 1908 г. была присуждена Нобелевская премия по химии.
        В 1909 г. Резерфорд перебирается в Англию и получает место профессора
  Манчестерского университета. Именно в Манчестере были проведены решающие эксперименты по рассеянию альфа-частиц, приведшие к открытию в 1911 г. атомного ядра и созданию планетарной модели атома. Через 30 лет в своей лекции Резерфорд так описывал события. «Однажды ко мне пришел Гейгер и спросил: «Не думаете ли вы, что молодой Марсден, которого я обучаю методам работы с радиоактивностью, должен начать небольшое исследование?» - «Теперь и я так думаю, – ответил я. – Почему бы ему не посмотреть, не рассеиваются ли альфа-частицы на большие углы?» Я могу сказать вам по секрету, что я не верил в это, потому что мы знали, что
  альфа-частица – очень быстрая тяжелая частица с огромной энергией, и можно сказать, что если рассеяние обусловлено накоплением эффекта от последовательных рассеяний на малые углы, то вероятность рассеяния альфа-частиц назад должна быть очень мала». Большинство альфа-частиц в опытах Марсдена действительно проходило сквозь фольгу, лишь слабо отклоняясь. Однако примерно одна частица из 20 000 отклонялась на углы более 90° ... Это было почти неправдоподобно, как если бы выстрелили 15-фунтовым снарядом в кусок папиросной бумаги и он отскочил бы обратно и поразил вас...»
        Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, поначалу вызвала возражения, однако после работ Нильса Бора стала общепризнанной. Крупнейший астроном сэр Артур Эддингтон как-то сказал, что Резерфорд произвел самое значительное изменение в наших представлениях о строении вещества со времен Демокрита.
  

• 19 слайд

  Четвертая команда
  Дирак Поль Адриен Морис
  Выдающийся английский физик-теоретик, один из самых значительных физиков ХХ века.
        В 1925 г. Поль Дирак впервые познакомился с работами Гейзенберга по квантовой механике. Обладая блестящими математическими способностями, Дирак немедленно включился в активную работу в новой для себя области (до этого он после окончания университета работал инженером). В течение пяти лет он сделал несколько блистательных работ по квантовой механике. Главной его заслугой было создание теории, объединившей принципы квантовой механики и теории относительности – релятивистской квантовой теории (1928 г.). Она сейчас является основой физики элементарных частиц. Вторым непреходящим по своему значению достижением Дирака была формулировка волнового уравнения для электрона, которое носит теперь его имя, – уравнение Дирака. Как показал Дирак, это уравнение правильно описывало спин электрона. Анализируя решения этого уравнения, Дирак пришел к предсказанию о существовании античастиц. Это и многие другие следствия уравнения Дирака полностью подтвердились на опыте. Дирак вместе со Шредингером получил Нобелевскую премию по физике в 1933 г.
        В последующие годы Дирак выполнил немного работ, но все они касались фундаментальных проблем квантовой механики, квантовой теории
  поля и теории тяготения. С 1932 г. Дирак был профессором той самой Люкасовской кафедры математики в Кембридже, которую когда-то занимал
  И. Ньютон. Выйдя на пенсию по возрасту, он переехал в Америку, где и прожил последние годы своей долгой жизни.
  

• 20 слайд

  Пятая команда
  Паули Вольфганг Эрнст
  Один из самых выдающихся физиков ХХ в. – создателей современной физики.
        Еще в возрасте 19-и лет, студентом Мюнхенского университета, Паули написал обзор по теории относительности, ставший классическим учебником для нескольких поколений физиков. Становление Паули как ученого происходило в переломные годы, когда создавалась новая физика. Ему повезло в том, что он успел вовремя – колоссальный талант Паули нашел поле для применения.
        В 1924 г. он предложил новую квантовую характеристику электрона, связанную со спином, и высказал знаменитый принцип исключения (принцип Паули), который дал возможность понять структуру атомов. В 1925-1929 гг. Паули, ставший профессором теоретической физики в Техническом университете в Цюрихе, активно занимался концептуальными проблемами квантовой теории. Вместе с Полем Дираком он опубликовал первую работу, в которой предложена схема квантовой электродинамики – теории взаимодействия света и заряженных частиц.
        В 1931 г., пытаясь спасти закон сохранения энергии, который кажущимся образом нарушался в бета-распаде нейтрона, Паули предположил, что в этом распаде вылетает, помимо остальных, еще и нейтральная частица очень малой массы и огромной проникающей способности, которую Паули назвал
  нейтрино. Любопытна история этого предложения. Молодой Паули не хотел
  ехать из Цюриха в Тюбинген, где была намечена конференция по актуальным проблемам радиоактивности, так как в это время в Цюрихе должен был состояться бал, который Паули не хотел пропустить. Он написал участникам конференции письмо, начинающееся словами: «Дорогие радиоактивные дамы и господа!», в котором изложил свою гипотезу о нейтрино, закончив извинениями, так как важные дела в Цюрихе не позволяют ему участвовать в конференции.
        Перед войной и в первые послевоенные годы Паули выполнил несколько фундаментальных работ по квантовой теории поля. Он вошел в число наиболее цитируемых и наиболее уважаемых теоретиков мира. В 1945 г. ему была присуждена Нобелевская премия. К сожалению, Паули безвременно погиб в автомобильной катастрофе.
        Авторитет Паули был очень высок. Однако друзья-физики любили и подшутить над некоторыми чертами его характера. Так, общеизвестен был
  «эффект Паули», заключавшийся в том, что, когда Паули входил в какую-то
  лабораторию, все приборы прекращали работать.
  

• 21 слайд

  Конкурс
  для
  зрителей
  

• 22 слайд

  Загадка первая:
  Речь пойдет об ученом. О каком именно? Подсказки:
  Стал физиком почти случайно.
  Отец послал молодого человека учиться в Оуэнс-колледж вблизи Манчестера.
  Был избран деканом Тринити-колледжа и находился на этом посту до самой смерти в 1940 г.
  Не был ни выдающимся теоретиком, ни сверхталантливым экспериментатором, но он был одарен способностью связывать воедино то, что сделали те и другие.
  Получил Нобелевскую премию по физике за теоретические и экспериментальные исследования проводимости газов.
  

• 23 слайд

  Томсон Джозеф Джон
  

• 24 слайд

  Загадка вторая:
  О фамилии очень известного ученого. Подсказки:
  Обладал блестящими математическими способностями.
  В течение пяти лет он сделал несколько блистательных работ по квантовой механике.
  Главной его заслугой было создание теории, объединившей принципы квантовой механики и теории относительности – релятивистской квантовой теории.
  Пришел к предсказанию о существовании античастиц.
  Вместе со Шредингером получил Нобелевскую премию по физике в 1933 г.
  

• 25 слайд

  Дирак Поль Адриен Морис
  

• 26 слайд

  Заключение
  Анализ творчества великих физиков показывает, что основным мотивом их научного труда была бескорыстная жажда постижения законов природы. Собственный упорный и тяжелый труд является для ученого радостью, источником счастья и смыслом жизни. Но нередко результаты труда, а порой и сама возможность заниматься им требовали от ученого мужества поступать в соответствии с высокими нравственными принципами.
  

• 27 слайд

  Ожидаемые образовательные результаты курса:
  успешная самореализация школьников;
  умение решать исследовательские задачи, представлять полученные результаты;
  опыт дискуссии, проектирования, работы в коллективе;
  умение искать, отбирать и оценивать информацию, систематизировать знания;
  возможность обоснованного выбора профессиональной ориентации.