Исследовательская работа по физике "Частицы"

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Иракиндинская средняя общеобразовательная школа»

Частицы

Секция «Физика, математика и информационные технологии»

Работу выполнил: Альмухаметова Екатерина Александровна, 7 класс

Руководитель: Булкина Елена Ивановна –

учитель физикии математики

2017

Введение

Частицы

Мысль о том, что всё в природе состоит из атомов, возникла давно. Еще 2500 лет назад древнегреческие философы полага­ли, что вещество состоит из таких частиц, которые нельзя разделить. Само слово «атом» восходит к греческому слову «атомос», что значит «неделимый». В Древней Греции философы обсуждали гипотезу о том, что всё вещество в мире состоит из неделимых частиц. Правда, Аристотель в этом сомневался.

Актуальность: какие в природе существуют частицыи сколько их?

Цель моей работы: выяснить разновидности элементарных частиц, историю научных открытий элементарных частиц. При этом решала следующие задачи:

Теоретические:

Изучить историю научных открытий элементарных частиц.Определить разновидности элементарных частиц.

Исследовательские:

Исследовать информацию о частицах в Интернете.

Сделать выводы о существовании большого количества элементарных частиц.

Объект исследования:частица.

 Предмет исследования: информация о разновидностях частиц. История открытия элементарных частиц.

Методы исследования:

Теоретические – изучение литературы и информации Интернета.

Предполагаемый результат: расширить и обобщить представления о частицах их разновидностях и классификации, и истории открытия частиц.

Содержание работы

История открытия частиц

Горы, звезды, люди — все, что мы видим вокруг, состоит из крошечных атомов. Атомы маленькие. Очень и очень. С детства мы знаем, что все вещество состоит из скоплений этих крошечных штучек. Также мы знаем, что их нельзя увидеть невооруженным глазом. Мы вынуждены слепо верить этим заявлениям, не имея возможности проверить. Атомы взаимодействуют друг с другом и по кирпичикам составляют наш мир. Откуда мы это знаем? Многие не любят принимать утверждения ученых за чистую монету. Может показаться, что есть простой способ доказать существование атомов: засунуть их под микроскоп. Но этот подход не сработал. Даже самые мощные оптические микроскопы, не позволяют увидеть их.  Атомы невидимы даже для света. Однако атомы все же оказывают наблюдаемые эффекты на некоторые вещи, которые мы можем увидеть. В школьном курсе физики мы знакомимся с молекулами.

Сотни лет назад, в 1785 году, голландский ученый Ян Ингенхауж изучал странное явление, которое не мог понять. Мельчайшие частицы угольной пыли шныряли на поверхности какого-то спирта в его лаборатории.50 лет спустя, в 1827 году, шотландский ботаник Роберт Броун описал нечто удивительно похожее. Изучая пыльцевые гранулы под микроскопом, Броун обнаружил, что некоторые гранулы испускают крошечные частицы — которые затем удалялись от пыльцы в случайном нервном танце.Сначала Броун подумал, что частицы были каким-то неизвестным организмом. Он повторил эксперимент с другими субстанциями, вроде каменной пыли, которая явно была неживой, и снова увидел странное движение.Первое прямое экспериментальное доказательство существования молекул было получено французским физиком Жаном Перреномв 1906 году при изучении броуновского движения. Потребовалось почти сто лет, чтобы наука нашла объяснение. Эйнштейн разработал математическую формулу, которая предсказывала тот самый особенный тип движения — тогда названный броуновским движением. Теория Эйнштейна заключалась в том, что частицы пыльцевых гранул постоянно перемещались, поскольку в них врезались миллионы крошечных молекул воды — молекул, состоящих из атомов.«Он объяснил, что это нервное движение, которое вы наблюдаете, на самом деле вызывалось воздействием отдельных молекул воды на частички пыли или что там у вас есть», — объясняет Гарри Клифф.К 1908 году наблюдения, подкрепленные расчетами, показали, что атомы реальны. За десять лет физики существенно продвинулись вперед. Растягивая отдельные атомы, они начали понимать их внутреннюю структуру.Сюрпризом стало то, что атомы можно разделить. Но физики теперь знают, что атомы далеко не базовые кирпичи. Они состоят из трех основных частей: протонов, нейтронов и электронов. Представьте, что протоны и нейтроны вместе образуют «солнце», или ядро, в центре системы. Электроны находятся на орбите этого ядра, подобно планетам.Если атомы невообразимо малы, то эти субатомные частицы и вовсе. Забавно, но первой обнаружили самую малую частицу из трех — электрон. Чтобы понять разницу размеров, имейте в виду, что протоны в ядре в 1830 раз больше электрона. Но как мы узнали, что эти частицы там? Ответ в том, что они хоть и маленькие, но имеют большое влияние.

Британский физик Томсон, открывший электроны, использовал прекрасный метод, чтобы доказать их существование в 1897 году.У него была трубка Крукса — кусок стекла смешной формы, из которого машиной был высосан почти весь воздух. К одному концу трубки подводили отрицательный электрический заряд. Этого заряда было достаточно, чтобы выбить у молекул оставшегося в трубке газа часть электронов. Электроны заряжены отрицательно, поэтому летели к другому концу трубки. Благодаря частичному вакууму, электроны пролетали через трубку, не встречая на своем пути крупные атомы.Электрический заряд приводил к тому, что электроны двигались очень быстро — порядка 59 500 километров в секунду — пока не врезались в стекло на дальнем конце, выбивая еще больше электронов, которые прятались в его атомах. Удивительно, но столкновение между этими умопомрачительно крошечными частицами производило столько энергии, что порождало фантастическое зелено-желтое свечение.Открытие электрона показало, что нужно узнать об атомах побольше. Работа Томсона показала, что электроны отрицательно заряжены — но он знал, что атомы сами по себе не имеют общего заряда.Он предположил, что они должны содержать загадочные положительно заряженные частицы, чтобы компенсировать отрицательно заряженные электроны.Эксперименты начала 20 века выявили эти положительно заряженные частицы и в то же время раскрыли внутреннюю структуру атома — похожую на солнечную систему.

В 1909 г.Р. Милликен впервые измерил заряд электрона.

В 1919 году Э. Резерфорд при бомбардировке азота альфа-частицами обнаружил протон.

Эрнест Резерфорд и его коллеги взяли очень тонкую металлическую фольгу и поставили ее под луч положительно заряженного излучения — поток крошечных частиц. Большая часть мощного излучения прошла насквозь, как и полагал Резерфорд, учитывая толщину фольги. Но, к удивлению, ученых, часть его отскочила.Резерфорд предположил, что атомы в металлической фольге должны содержать небольшие плотные области с положительным зарядом — ничто иное не обладало бы достаточным потенциалом, чтобы отразить такое мощное излучение. Он обнаружил положительные заряды в атоме — и одновременное доказал, что все они связаны в плотной массе, в отличие от электронов. Другими словами, он продемонстрировал существование плотного ядра в атоме.К тому моменту уже могли рассчитать массу атома. Но учитывая данные о том, какими тяжелыми должны были быть частицы ядра, идея того, что все они положительно заряжены, не имела смысла.«Углерод имеет шесть электронов и шесть протонов в ядре — шесть положительных зарядов и шесть отрицательных зарядов, — объясняет Гарри Клиффиз Кембриджского университета, также куратор Музея науки в Лондоне. Но ядро углерода не весит шесть протонов, оно весит эквиваленту 12 протонов».Сначала предположили, что в ядре есть шесть других ядерных частиц с массой протона, но заряженных отрицательно: нейтроны. Но никто не смог это доказать. На самом деле, нейтроны не могли найти до 1930-х годов.

Кембриджский физик Джеймс Чедвик отчаянно пытался открыть нейтрон. Он работал над этой теорией много лет. В 1932 году ему удалось обнаружить эту частицу.За несколько лет до этого другие физики экспериментировали с радиацией. Он самостоятельно произвел новое излучения и направил его на вещество, которое, как он знал, было богатым на протоны. Неожиданно оказалось, что протоны были выбиты из материала словно бы частицами с идентичной массой — будто шарики для бильярда другими шариками, Чедвик решил, что искомые частицы должны иметь массу протона, но другой электрический заряд: и это нейтроны.Все основные частицы атома были найдены, но на этом история не заканчивается.Хотя мы узнали об атомах много больше, чем знали раньше, их было трудно визуализировать. В 1930-х годах никто не располагал их снимками — и многие люди хотели их увидеть, чтобы принять их существование.Сегодня электронными микроскопами можно на самом деле делать снимки отдельных атомов. Недавно ученые опубликовали прекрасные снимки молекулы до и после химической реакции с помощью этого метода.

В 1928 г. П. Дирак предсказал, а в 1932 г.Г. Андерсон открыл позитрон (е⁺), фотографируя следы космических частиц в камере Вильсона.

Дальнейшие исследования частиц показали, что их нельзя считать элементарными. Каждая из этих частиц при взаимодействии с другими частицами и атомными ядрами может превращаться в другие частицы. Поэтому термин «элементарная частица» является условным.

Было открыто антивещество

–     1947 г. – обнаружен антипион π^-,

–     1955 г. – обнаружен антипротон,

–     1956 г. – антинейтрон.

Получены атомы антидейтерия, антитрития и антигелия (отрицательно заряженные ядра и оболочка из позитронов)

Начиная с 1932г. открыто более 400 частиц.

Классификация частиц

Классифицировать все частицы можно по:

–     массе покоя,

–     величине электрического заряда,

–     спину,

–     времени жизни,

–     участию в различных взаимодействиях.

Истинно нейтральной частицей является фотон, частица электромагнитного излучения.

Фундаментальные частицы, электрически заряженные частицы (дробный), с полуцелым спином (фермионы). Гипотеза о их существовании принадлежит Мюррею Геллману и Джорджу Цвейгу (1963). Обнаружены при рассеянии частиц высоких энергий.

Кварковая структура нуклонов подтверждена 1969году (Стенфорд)

Ароматы – различные типы кварков (6+6)

Каждый кварк может иметь три цветовых заряда – красный, зеленый, синий – характеристикавзаимодействия кварков. Антикварки имеют антицвет.

Заключение

Изучив литературу и информацию в интернете, получив разъяснения учителя физики, можно сделать вывод о том, что не только окружающий нас мир разнообразен. Микромир также многогранен и красив. Всё что окружает нас, стул, на котором мы сидим, вода, которую мы пьём, воздух, которым мы дышим, да и мы сами состоит из групп атомов. Те в свою очередь состоят главным образом из пустоты населённой электронами и положительно заряженными ядрами. Да и они тоже имеют сложную структуру. А частицы, из которых состоят протоны и нейтроны, разнообразны и различаются по массе, по величине электрического заряда, времени жизни, по участию в различных взаимодействиях, и даже превращающихся в другие частицы.

Понятие элементарной частицы подразумевало что эти частицы являются первичными, простейшими, далее неделимыми и неизменяемыми, а сейчас я сделала вывод,что элементарные частицы — это микрообъекты, которые бывают простые – бесструктурные и сложные - имеющие сложную внутреннюю структуру.Ещё я узнала о существовании античастиц.

Литература

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев,В.М.Чаругин «Физика 11 класс»Учебник для общеобразовательных учреждений, М, Просвещение,, 2009.

Кл.Э.Суорц «Необыкновенная физика обыкновенных явлений» ч.2, М, Наука, 1988.

Электронный ресурс http://teros.org.ru/new/forum/viewtopic.php?p=22484

Электронный ресурс http://fatyf.hop.ru/gamma-radiation.htm

Электронный ресурс http://www.old.nkj.ru/05/0008/05008083.html

• 1 слайд

  Частицы
  МБОУ «Иракиндинская СОШ»
  
  Альмухаметова Екатерина 7 класс
  1
  

• 2 слайд

  Актуальность: какие в природе существуют частицы и сколько их?
  Цель моей работы: выяснить разновидности элементарных частиц, историю научных открытий элементарных частиц.
  
  Задачи
  Изучить историю научных открытий элементарных частиц. Определить разновидности элементарных частиц.
  Исследовать информацию о частицах в Интернете.
  Сделать выводы о существовании большого количества элементарных частиц.
  Объект исследования: частица.
  Предмет исследования: информация о разновидностях частиц. История открытия элементарных частиц.
  Методы исследования:
  Теоретические – изучение литературы и информации Интернета.
  Предполагаемый результат: расширить и обобщить представления о частицах их разновидностях и классификации, и истории открытия частиц.
  
  
  2
  

• 3 слайд

  3
  

• 4 слайд

  Броуновское движение
  
  В 1827 году, шотландский ботаник Роберт Броун. Изучая пыльцевые гранулы под микроскопом, обнаружил, что некоторые гранулы испускают крошечные частицы — которые затем удалялись от пыльцы в случайном нервном танце. Сначала Броун подумал, что частицы были каким-то неизвестным организмом. Он повторил эксперимент с другими субстанциями, вроде каменной пыли, которая явно была неживой, и снова увидел странное движение.
  4
  

• 5 слайд

  Открытие электрона
  В 1899 г.
  Дж. Томсон доказал реальность существования электронов.
  5
  

• 6 слайд

  В 1897 году Томсон для доказательства существования электрона использовал трубку Крукса
  6
  

• 7 слайд

  Открытие электрона
  В 1909 г.
  Р. Милликен впервые измерил заряд электрона:
  
  q e = 1,602·10-19 Кл
  7
  

• 8 слайд

  Открытие протона
  В 1919 г.
  Э. Резерфорд при бомбардировке азота альфа-частицами обнаружил протон:
  
  147N + 42He → 178O + 11 p
  8
  

• 9 слайд

  Открытие нейтрона
  В 1932 г. Д. Чедвик открыл новую частицу и назвал ее нейтроном, которая не имеет электрического заряда.
  В свободном состоянии нейтрон живет около 1000 с, потом распадается на протон, электрон и нейтрино:
  n → p + 0-1e + ν
  
  9
  

• 10 слайд

  Открытие позитрона
  В 1928 г.
  П. Дирак предсказал,
  а в 1932 г.
  Г. Андерсон открыл
  позитрон (е+ ), фотографируя следы космических частиц в камере Вильсона.
  10
  

• 11 слайд

  Открытие других элементарных частиц
  В 1931 г. В.Паули предсказал, а в 1955 г. экспериментально зарегистрировал нейтрино и антинейтрино.
  В 1955 г. был открыт антипротон, а в 1959 г. – антинейтрон.
  В 1947 г. Х. Юкатава открыл π- мезон.
  11
  

• 12 слайд

  Дальнейшие исследования частиц показали, что их нельзя считать элементарными. Каждая из этих частиц при взаимодействии с другими частицами и атомными ядрами может превращаться в другие частицы. Поэтому термин «элементарная частица» является условным.
  
  Сегодня обнаружено около 400 элементарных частиц.
  12
  

• 13 слайд

  Классификация частиц
  Классифицировать все частицы можно по:
  массе покоя,
  величине электрического заряда,
  спину,
  времени жизни,
  участию в различных взаимодействиях
  13
  

• 14 слайд

  Спасибо за внимание
  14
  

Краткое описание документа:

Мысль о том, что всё в природе состоит из атомов, возникла давно. Еще 2500 лет назад древнегреческие философы полага­ли, что вещество состоит из таких частиц, которые нельзя разделить. Само слово «атом» восходит к греческому слову «атомос», что значит «неделимый». В Древней Греции философы обсуждали гипотезу о том, что всё вещество в мире состоит из неделимых частиц. Правда, Аристотель в этом сомневался.