Презентация "Научная картинка мира" по физике – проект, доклад

Научная картина мира

Автор: Шакуров З. З.

Наука изощряет ум, ученье вострит память. Козьма Прутков

Цель урока: расширение кругозора и формирование мировоззрения.

Кто мешает тебе выдумать порох непромокаемый? Козьма Прутков

Поэма Лукреция Кара «О природе вещей» (нажми ссылку)

Демокрит Галилей Декарт Ньютон Фарадей Максвелл Резерфорд Планк Н. Бор Эйнштейн де Бройль Гейзенберг Шрёдингер Гелл-Манн

Античный атомизм «атом» «неделимый» «неизменный»

«отличаются по форме и размерам»

«вечный»

«различные тела состоят из различных атомов»

Считается, что идею выдвинул древнегреческий философ Демокрит, а развивал Эпикур. «Атом» — греч. «неделимый».

Атомизм 420 г. до н.э.

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.

Античный атомизм (420 г. до н.э.)

Механический мир (XVI – XVIII века)

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.

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

МКМ+НОВОЕ XIX–нач. XX

Все явления описываются с помощью гравитационного и электромагнитного взаимодействий.

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.

Не удалось объяснить: тепловое излучение; устойчивость атома; линейчатый спектр; радиоактивность; фотоэффект.

«Излучение испускается порциями (квантами), и энергия каждой порции пропорциональна частоте излучения Е = hν».

«Планк посадил в ухо физикам блоху» (Альберт Эйнштейн). Зарождение квантовой физики

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 Нач. XX

Зарождение квантовой физики

С точки зрения классической электродинамики атом неустойчив.

-e

Стабильность атома

ЭдКМ+НОВОЕ

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.

Идея квантования энергии. Макс Планк (1900 год); Эйнштейн (1905 год), Нильс Бор (постулаты Бора – стабильность атома на основании квантования энергии); Эйнштейн (фотоэффект hν = Ек + 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).

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.

Электромагнитное взаимодействие передается фотонами. Сильное взаимодействие между нуклонами – пи-мезонами (1945).

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.

Об этом мы рассказывали, начиная с 7-го класса.

Строение атома и атомного ядра

Строение атома 7Li3

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).

7Li3 литий

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

Порядковый (атомный) номер элемента. Обозначают буквой Z – он показывает число протонов (р) в ядре атома. p = Z = 3

3p+4n Ядро + -е

Не забудь делать щелчки!

Число электронов в слое = 2n2

Образование отрицательного иона 7Li -

7Li- литий

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)

Этот знак (минус) говорит о том, что заряд частицы отрицательный.

Наберись терпения и не щёлкай несколько секунд.

Образование положительного иона 7Li +

7Li+ литий

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.

Этот знак (плюс) говорит о том, что заряд частицы положительный.

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.

Облака вероятности электрона в атоме для некоторых случаев.

В микромире вместо линии ТРАЕКТОРИИ получается расплывающееся в пространстве облако ВЕРОЯТНОСТИ.

Ион Изотоп Новое вещество

В ядре меняется число протонов. Что образуется?

В ядре меняется число нейтронов, но число протонов не изменяется. Что образуется?

Стометровки не будет. Кто хочет вскочить и крикнуть – самое время.

Физкультминутка

Развитие квантово-полевой картины мира

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 10-17м. Ему подвержены все частицы, кроме фотона. Относительная интенсивность 1032.

Бета-распад ядер внёс свои коррективы.

КПКМ+НОВОЕ С сер. XX

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).

С середины XX века (1964). Гелл-Манн, Дж. Цвейг.

Адрон = мезоны и барионы Барионы= нуклоны и гипероны Нуклоны = протоны и нейтроны Протон (uud) Нейтрон (udd)

Кварки не могут наблюдаться в свободном виде. Для всех кварков существуют антикварки. Кварки участвуют в сильных, слабых и электромагнитных взаимодействиях.

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.

Современная стандартная модель мира

26

Стандартная модель мира

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.

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

Электронное нейтрино и антинейтрино

Мюон и антимюон

Мюонное нейтрино и антинейтрино

Таон и антитаон

Таонное нейтрино и антинейтрино

Взаимодействия между частицами происходят посредством обмена частицами – переносчиками этих взаимодействий.

Гравитоны пока не обнаружены. Бозоны обнаружены в начале 1980-х годов.

Теория великого объединения (ТВО или ТБО)

Температура ниже 1014 К – нет объединения: все 4 вида взаимодействия идут отдельно. От 1014 К до 1027К – электромагнитное и слабое объединены в электрослабое. Наблюдается лабораторно в ускорителях. Температура около 1027К – 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.

XVI – XXI века. Научная теория – это гипотеза, подтверждённая опытами.

XVI – XVIII века. Механическая картина мира. Галилей, Декарт, Ньютон. Механическое движение под действием сил гравитации.

XIX – начало XX века. Электродинамическая картина мира. Фарадей, Максвелл, Эйнштейн. Все явления описываются с помощью гравитационного и электромагнитного взаимодействий.

Начало XX – середина XX 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.

Домашнее задание

Используя приведенные ниже ссылки, составить конспект по теме: «Кварки, адроны, лептоны. Характеристики фундаментальных взаимодействий и их переносчики». 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.