Фундаментальные взаимодействия.

Семен
15/2/2007 01:02:29
Автор: Смирнова Любовь Анатольевна,Проф. Лицей 25

Элективный курс по предмету физика.

ЦЕЛИ КУРСА

усвоение основ физики как фундаментальной науки, ознакомление с научным методом познания природы;
формирование научного мировоззрения;
формирование физического образа окружающего мира, физической картины мира;
воспитание личности, формирование миропонимания учащихся через систему знаний о явлениях природы, свойствах пространства и времени, вещества и поля.

ЗАДАЧИ КУРСА

пополнить научные знания учащихся об экспериментальных фактах, понятиях, законах, теориях, методах физической науки, современной научной картины мира;
раскрыть структурную неисчерпаемость и единство строения материи, универсальности важнейших законов физики, физических теорий и соотношения роли теории и эксперимента в развитии физики;
сформировать современную естественнонаучную картину мира на основе приобретения знаний о методах и результатах исследования физической природы всех материальных объектов от элементарных частиц до небесных тел и их систем, строение и эволюции Вселенной;
привить умения самостоятельно приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять физические явления, делать выводы на основе экспериментальных данных;
привить интеллектуальные умения, которые включают: нахождение сходства и различий в тех или иных процессах, явлениях; точное употребление и интерпретирование научных понятий; объяснение явлений или процессов; выдвижение гипотез на основе фактов, наблюдений и экспериментов; обоснование своей точки зрения; использование табличных данных; извлечение информации из разных источников.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

Квантово – статистическая картина мира. Фундаментальные физические взаимодействия. Частицы – участники взаимодействий. Частицы – переносчики взаимодействий. Радиус действия.

Гравитационное взаимодействие. Гравитация. Закон всемирного тяготения. Строение и стабильность Солнечной системы. Законы Кеплера. Макротела. Микрочастицы. Космические скорости. Гравитационное поле. Гравитон. Общая теория относительности А. Эйнштейна. Свойства пространства и времени.

Электромагнитное взаимодействие. Заряды двух знаков. Закон Кулона. Взаимодействие токов. Опыты Ампера. Строение атома. Планетарная модель атома Э. Резерфорда.Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева.Электрон. Элементарный заряд. Электромагнитное поле. Уравнения Максвелла. Фотон – квант электромагнитного поля.

Сильное взаимодействие. Строение ядра атома. Нуклоны. Кварки. Группа адронов. Ядерные силы. Мезоны. Глюоны. Микрочастицы. Квантово - механическое описание состояния микрочастиц.

Слабое взаимодействие. Элементарные частицы. Фундаментальные частицы. Группа лептонов. Поле слабого взаимодействия. Векторные бозоны. Электрослабое взаимодействие как результат объединения электромагнитного и слабого взаимодействия.

Теоретическая схема Великого объединения. Два типа взаимодействий: объединённое (схема объединения сильного, слабого, электромагнитного взаимодействия) и гравитационное. Эволюция Вселенной. Лептонная, адронная, фотонная и звёздные эры эволюции Вселенной. Природные процессы и явления как результат фундаментальных взаимодействий.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ И ПОУРОЧНЫЙ ПЛАН КУРСА

№	Тема занятия	Количество часов	Форма проведения занятия	Примечание
1	Фундаментальные физические взаимодействия. Частицы – участники взаимодействий. Частицы – переносчики взаимодействий. Радиус действия.	1	Лекция	Доклады учащихся
2	Гравитационное взаимодействие. Гравитация. Закон всемирного тяготения.	1	Практическое занятие	Решение задач.Ответы на вопросы
3	Строение и стабильность Солнечной системы. Законы Кеплера	1	Практическое занятие	Решение задач.Ответы на вопросы
4	Макротела. Микрочастицы. Космические скорости. Гравитационное поле. Гравитон.	1	Лекция - рассуждение	Доклады учащихся
5	Электромагнитное взаимодействие. Заряды двух знаков. Закон Кулона. Взаимодействие токов.	1	Практическое занятие	Решение задач.Ответы на вопросы
6	Элементарный заряд. Строение атома. Электрон.	1	Практическое занятие	Использование таблицы Д.И. Менделеева
7	Электромагнитное поле. Фотон.	1	Лекция	Доклады учащихся
8	Сильное взаимодействие. Строение ядра атома. Нуклоны. Кварки.	1	Практическое занятие	Использование таблицы Д.И. Менделеева
9	Группа адронов. Ядерные силы. Мезоны. Глюоны.	1	Лекция	Доклады учащихся
10	Слабое взаимодействие. Элементарные частицы. Группа лептонов.	1	Лекция	Доклады учащихся
11	Теоретическая схема Великого объединения. Два типа взаимодействий: объединённое (схема объединения сильного, слабого, электромагнитного взаимодействия) и гравитационное.	1	Лекция - рассуждение	Гипотезы учащихся

ВОПРОСЫ

1.Почему закон, открытый Ньютоном для описания гравитационного взаимодействия между телами, называется законом всемирного тяготения?

2.Почему при расчёте силы гравитационного взаимодействия между Землёй и Луной эти небесные тела можно принять за материальные точки?

3.Сравните значение первой космической скорости для Солнца с орбитальной скоростью Земли. В чём причина различия этих скоростей?

4.В чём суть атомистической гипотезы древнегреческих мыслителей?

5.Приведите примеры физических явлений или экспериментов, подтверждающих существование электрического взаимодействия.

6.Какая физическая величина характеризует электрическое взаимодействие?

7.Электрические заряды бывают двух знаков: положительные и отрицательные. Что это означает?

8.Какие физические объекты являются носителями электрического заряда?

9.Каково значение элементарного электрического заряда?

10.Кто впервые измерил заряд электрона?

11.Приведите пример магнитных взаимодействий.

12.Где у Земли находится Северный магнитный полюс, а где Южный?

13.Почему отталкиваются или притягиваются проводники с током?

14.Опишите явление электромагнитной и магнитоэлектрической индукции.

15.Какими свойствами характеризуется электромагнитное поле?

16.Каково значение теории электромагнитного поля в развитии физического мировоззрения?

17.Какие физические эксперименты подтвердили гипотезу Максвелла об электромагнитной природе света?

18.Какие физические открытия положены в основу электронной теории строения вещества?

19.Как описываются взаимодействия в рамках электродинамической картины мира?

20.Какими свойствами обладает четырёхмерное пространство – время?

21.Как можно классифицировать физические события в четырёхмерном пространстве – времени?

22.В каком году М. Планк выдвинул идею о квантовании энергии электромагнитного поля?

23.Какова идея опытов Резерфорда по рассеянию альфа частиц на атомах вещества?

24.Какие недостатки имеет планетарная модель атома?

25.Чем определяется место химического элемента в таблице Менделеева?

26.Как происходит заполнение электронных оболочек по мере роста заряда ядра химического элемента?

27.В чём суть теории обменного взаимодействия нуклонов в ядре атома?

28.Какие частицы переносят взаимодействие между нуклонами?

29.Каков радиус действия ядерных сил?

30.Как удельная энергия связи нуклонов в ядре зависит от массового числа?

31.Почему ядра с большими значениями массового числа могут самопроизвольно распадаться?

32.Как классифицируются элементарные частицы в зависимости от характера их взаимодействия?

33.Какие частицы относятся к фундаментальным частицам?

34.Перечислите известные в настоящее время кварки?

35.Перечислите известные лептоны?

36.Опишите кварковую структуру нуклонов и мезонов.

37.Что такое Глюоны?

38.Какие особенности характерны для фундаментальных взаимодействий?

39.Существуют ли в природе гравитационные волны? Есть ли экспериментальные доказательства существования гравитационных волн?

40.В каких физических процессах проявляет себя электромагнитное взаимодействие?

41.В каких физических процессах проявляет себя сильное взаимодействие?

42.В каких физических процессах проявляет себя слабое взаимодействие?

43.Как расположить в порядке возрастания интенсивности фундаментальные взаимодействия?

44.Для взаимодействия, каких частиц, характерно каждое фундаментальное взаимодействие?

45.Какие фундаментальные взаимодействия, являются короткодействующими и какие – дальнодействующими?

46.Чему равен радиус действия каждого из фундаментальных взаимодействий?

47.Какие фрагменты структуры вещества или физические процессы определяют каждое фундаментальное взаимодействие?

48.Какие взаимодействия объединяет теория электрослабых взаимодействий?

49.Какие взаимодействия объединяет теория «великого объединения»?

50.Как описывается взаимодействие в рамках современной физической картины мира?

ЗАДАЧИ

1.Определите период обращения вокруг Солнца искусственной планеты, если известно, что большая полуось её эллиптической орбиты больше на 10^8 км большой полуоси земной орбиты.

2.Период обращения искусственного спутника Земли составляет 3 ч. Считая его орбиту круговой, определите, на какой высоте от поверхности Земли находится спутник.

3.Планета массой M движется по окружности вокруг Солнца со скоростью v (относительно гелиоцентрической системы отсчёта). Определите период обращения этой планеты вокруг Солнца.

4.Определите, во сколько раз сила притяжения на Марсе, если радиус Марса составляет 0,53 радиуса Земли, а масса Марса – 0,11 массы Земли.

5.Два одинаковых однородных шара из одинакового материала, соприкасаясь, друг с другом, притягиваются. Определите, как изменится сила притяжения, если массу шаров увеличить в n=3 раза за счёт увеличения их размеров.

6.Принимая, что радиус Земли известен, определите, на какой высоте h над поверхностью Земли напряжённость поля тяготения равна 4,9 H/кг .

7.Определите, в какой точке ( считая от Земли ) на прямой, соединяющей центры Земли и Луны, напряжённость поля тяготения равна нулю. Расстояние между центрами Земли и Луны равна R, масса Земли в 81 раз больше массы Луны.

8.Два тела массой m, находящегося в гравитационном поле Земли над её поверхностью, выведите зависимость потенциальной энергии тела от расстояния до центра Земли. Считая известными радиус Земли R0 и ускорение свободного падения g на поверхности Земли.

9.Как известно, искусственный спутник Земли движется вокруг неё по круговой орбите. Определите, во сколько раз гравитационная потенциальная энергия спутника больше его кинетической энергии.

10.Два алюминиевых шарика радиусами r1=3 см, r2=5 см и плотностью алюминия p=2,7г/см^3 соприкасаются друг с другом. Определите потенциальную энергию их гравитационного взаимодействия.

11.Два одинаковых однородных шара из одинакового материала соприкасаются друг с другом. Определите, как изменится потенциальная энергия их гравитационного взаимодействия, если массу шаров увеличить в 3 раза.

12.Искусственный спутник Земли движется по круговой орбите на высоте h=500 км. Определите скорость его движения.

13.Определите числовое значение второй космической скорости, то есть наименьшей скорости, которую надо сообщить телу, чтобы его орбита в поле тяготения Земли стала параболической ( тело могло превратиться в спутник Солнца).

14.Определите числовое значение второй космической скорости для Луны.

15.Определите, во сколько раз увеличивается время жизни нестабильной частицы ( по часам неподвижного наблюдателя ), если она начинает двигаться со скоростью 0,9c.

16.Мюоны, рождаясь в верхних слоях атмосферы, при скорости v=0,995c пролетают до распада l=6 км. Определите: 1) собственную длину пути, пройденную ими до распада; 2) время жизни мюона для наблюдателя на Земле; 3) собственное время жизни мюона.

17.Определите релятивистский импульс p и кинетическую энергию T протона, движущегося со скоростью v=0,75c.

18.Определите релятивистский импульс электрона, кинетическая энергия которого T=1 ГэВ.

19.Определите энергию, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро дейтрона на протон и нейтрон. Массу ядра дейтрона принять равной 3,343*10^-27 кг. Ответ выразите в электрон – вольтах.

20.Сила гравитационного притяжения двух водяных одинаково заряженных капель радиусами 0,1 мм уравновешивается кулоновской силой отталкивания. Определите заряд капель. Плотность воды равна 1 г/cм^3 .

21.В Боровский модели атома водорода электрон движется по круговой орбите радиусом r=52,8 пм, в центре которой находится протон. Определите: 1) скорость электрона на орбите; 2) потенциальную энергию электрона в поле ядра, выразив её в электрон – вольтах.

22.Докажите с помощью одного из уравнений Максвелла, что переменное во времени магнитное поле не может существовать без электрического поля.

23.Определите, на сколько изменилась энергия электрона в атоме водорода при излучении атомом фотона с длиной волны λ=4,86*10^-7 м.

24.Определите число протонов и нейтронов, входящих в состав ядер первых 20 химических элементов таблицы Д.И.Менделеева.

25.Определите энергию связи ядра атома гелия.

26.Пользуясь таблицей Менделеева и правилами смещения,определите, в какой элемент превращается изотоп урана – 238 после трёх альфа- и двух бета (минус) – распадов.

27.Запишите схемы распада положительного и отрицательного мюонов.

28.При захвате протоном отрицательного мюона образуется нейтрон и ещё одна частица. Запишите эту реакцию и определите, что эта за частица.

29.Запишите продукты распада нейтрона.

30.Запишите, какие комбинации известных в настоящее время кварков воспроизводят свойства нейтрона и протона.

ХОР

ФИЗИКА

Инструменты

Персональный раздел

Категории