Giáo án vật lý 12 - Các hạt sơ cấp

Bài 58. CÁC HẠT SƠ CẤP I. MỤC TIÊU: - Hiểu được khái niệm về hạt sơ cấp và một số đặc trưng cơ bản của hạt sơ cấp. - Hiểu khái niệm phản hạt, hạt quac và tương tác cơ bản giữa các hạt sơ cấp. Riêng hạt quac, cần nhấn mạnh các đặc điểm “kì lạ” của nĩ. II. CHUẨN BỊ: - GV: Vẽ bảng 58.1, 58.2, 58.3. - HS: Ôn tập kiến thức về electron, photon, nơtron, nơtrino và cấu tạo của hạt nhân nguyên tử. III. TỒ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: Tiết 1 Hoạt động 1. (5’) HẠT SƠ CẤP. HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HS NỘI DUNG -GV dng gợi ý đầu bài để giới thiệu bài mới. -Giới thiệu bài như SGK, lưu ý HS hạt sơ cấp cịn gọi l hạt cơ bản. -Để HS hình dung được kích thước của hạt sơ cấp, có thể -Đọc SGK mục 1. -Ghi nhận kiến thức GV 1) Hạt sơ cấp: - Các hạt electron, proton, nơ tron, mêzôn, muyôn, pion gọi là hạt sơ cấp hay hạt cơ bản. - Nĩi chung, hạt sơ cấp có kích thước và khối lượng nhỏ hơn hạt nên hình ảnh: “10.000 tỉ hạt proton xếp hng đi qua lỗ kim mà vẫn cịn rộng chn”. Nu Câu hỏi gợi ý. H. hạt sơ cấp có kích thước và khối lượng như thế nào? H. Nếu nói hạt sơ cấp là hạt nhỏ hơn hạt nhân nguyên tử thì đ thật chính xc chưa? Câung cấp. -Thảo luận nhĩm, trả lời Câu hỏi: + Nĩi chung hạt sơ cấp có kích thước và khối lượng nhỏ hơn hạt nhân. + Trường hợp hạt nhân hidro thì khơng đúng vì proton chính l hạt NHÂN hidro. nhân. Hoạt động 2. (25’) CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP -Dng bảng 58.1, GV trình by cho HS hiểu cc đặc trưng của hạt sơ cấp. -Giới thiệu khối lượng nghỉ của hạt sơ cấp. Nêu câu hỏi: H. Cĩ hạt no thì cĩ khối lượng nghỉ bằng 0? Có thể dùng đại lượng nào thay cho khối lượng nghỉ? Vì sao? H. So sánh năng lượng nghỉ của electron và proton? -Ghi nhận các đặc trưng của hạt sơ cấp, GV giới thiệu. -Cá nhân độc lập suy nghĩ, trả lời câu hỏi. + Dùng năng lượng nghỉ vì vật cĩ năng lượng tỉ lệ với khối lượng. + Tính E0 của proton và nơtron. Suy ra E0 của proton rất lớn so với Eoe của Những đặc trưng chính của hạt sơ cấp. a) Khối lượng nghỉ mo hoặc năng lượng nghỉ E0 = moc2. b) Điện tích: -Giới thiệu số lượng tử điện tích bằng cách nêu câu hỏi: H. Các hạt sơ cấp có mang điện tích không? Nêu VD. H. Số lượng tử điện tích Q Biểu thị điện tích hạt sơ cấp như thế nào? - Giới thiệu momen của hạt bao gồm momen động lượng riêng và momen từ riêng. Số lượng tử Spin đặc trưng cho các momen này. + Nêu VD như SGK. - Giới thiệu các hạt sơ cấp bền, không bền, dễ PHÂN r tHÀNH cc hạt khc, thời gian sống của hạt như SGK. - Giới thiệu thời gian sống electron. -Thừa nhận đặc trưng Spin của hạt, xem bảng 8.1 để Bàiết Spin của một số hạt sơ cấp. - Xem bảng thời gian sống Hạt sơ cấp có thể có điện tích Q (đơn vị đo là điện tích nguyên tố e) Q =  1e của proton v electron. Q: gọi là số lượng tử điện tích. c) Spin (S): số lượng tử đặc trưng cho momen của hạt, bao gồm momen động lượng riêng và momen từ riêng. VD: momen động lượng riêng của hạt: 2 Sh  . Ví dụ: + Spin của proton notron: 1 2 S  + Spin của photon: S = 1. d) Thời gian sống trung bình - Các hạt sơ cấp bền: gồm 4 hạt: electron, proton, photon nơtrinô. - Tất cả cc hạt cịn lại khơng bền v PHÂN r tHÀNH hạt khc. Vậy: hạt sơ cấp không phải hạt trung bình của cc hạt sơ cấp (bảng 58.1) H. Có thể xem hạt sơ cấp là hạt nhỏ nhất cấu tạo nên vật chất không? trung bình của cc hạt sơ cấp - Trả lời Câu hỏi. nhỏ nhất cấu tạo vật chất vì cĩ hạt khơng bền, thời gian sống rất ngắn v PHÂN r tHÀNH hạt khc. Hoạt động 3. (15’) PHẢN HẠT -Yêu cầu HS nhắc lại PHÓNG xạ - v + để thấy việc xuất hiện nơtrino và phản hạt nơtrino. a) Trình by khi niện hạt v phản hạt như SGK. H. Cho VD về hạt v phản hạt. - Giới thiệu đường đi của electron và poziton để HS hiểu sự sinh cặp hạt và phản hạt. (h 58.1). Yêu cầu HS giải thích. b) Trình by hiện tượng hủy cặp và sinh cặp như SGK. Nêu VD (SGK). - Yêu cầu HS đặc Bàiệt lưu ý -Ghi nhận khi niệm phản hạt. -Tìm VD về hạt v phản hạt: cĩ thể HS chọn cặp hạt electron v poziton. -Giải thích đường đi của hạt electron và poziton trong từ trường (h 58.1) + Hai hạt cùng khối lượng. + Có điện tích tương ứng bằng +1 và -1. Quỹ đạo của 2 hạt trong từ a) các hạt sơ cấp đều tạo thành cặp. Mỗi cặp gồm 2 hạt: - Cùng khối lượng nguyên tử - Các đặc trưng khác có trị số bằng nhau nhưng trái dấu nhau. + Một hạt và phản hạt của hạt đó. b) Trong qu trình tương tác của các hạt sơ cấp, có thể xảy ra hiện tượng hủy một cặp “hạt+phản hạt” có khối lượng nghỉ khác không thành các photon hoặc cùng lc sinh ra cặp “hạt+phản hạt” từ nhửng photon. VD: e+ + e- →  +  hiện tượng hủy một cặp “hạt + phản hạt” trường lệch về 2 phía đối xứng nhau. -Ghi nhận sự hủy một cặp “hạt v phản hạt”  +  → e+ + e- Tiết 2. Hoạt động 1. (10’) PHÂN LOẠI HẠT SƠ CẤP Trình by 4 loại hạt sơ cấp theo thứ tự khối lượng nguyên tử tăng dần. - photon. - lepton - mezon - barion. Ghi nhận giới thiệu của GV. SGK. Hoạt động 2. (15’) TƯƠNG TÁC CỦA CÁC HẠT SƠ CẤP. -Nu Câu hỏi gợi ý. H. Hy nu cc loại tương tác đ học? - Giới thiệu 4 loại tương tác -Cĩ thể HS trả lời: + Tương tác điện từ. Có 4 loại tương tác cơ bản đối với các hạt sơ cấp. a) Tương tác hấp dẫn. như SGK sau khi nêu câu hỏi: H. Tương tác hấp dẫn, tương tác điện từ xảy ra đối với các hạt vật chất như thế nào? -Ch ý PHÂN tích tương tác yếu là tương tác giữa các hạt trong phân r . Nu VD minh họa. H. Các tương tác có bản chất khác nhau, nhưng có điểm chung thế nào không? -Cho HS quan sát nội dung bảng 58.2, so sánh bản chất và mức độ của các loại tương tác. + Tương tác hấp dẫn. -Trả lời Câu hỏi: + Các hạt có khối lượng, có tương tác hấp dẫn + Các hạt vật chất mang điện. có tương tác điện từ. -Tiếp nhận kiến thức GV phổ Bàiến. -Thảo luận, tìm nt thể hiện chung của các tương tác: luôn được thể hiện bằng cách trao đổi hạt truyền tương tác. b) Tương tác điện từ. c) Tương tác yếu. d) Tương tác mạnh. Mỗi loại tương tác có phạm vi tác dụng nhỏ hơn một khoảng cách gọi là bán kính tác dụng của lực tương tác. Ở khoảng cách lớn hơn thì lực tương tác coi như bằng 0. Hoạt động 3. (15’) HẠT QUAC (QUARK) -Đặt vấn đề: liệu các hạt sơ cấp có được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn hay không? -Giới thiệu tất các các hadron đều cấu tạo từ những hạt nhỏ -Kiến thức mới, khá trừu tượng, hS chỉ ghi nhận thông tin từ phía GV. -Tất cả các hadron đều cấu tạo từ hạt nhỏ hơn, gọi là quac. -Cĩ 6 hạt quac: u, d, s, c, b, t v 6 phản hạt quac. hơn: hạt quac. -Giới thiệu 6 loại hạt quac và nhấn mạnh những đặc điểm kì lạ của hạt quac. H. Nhận xt gì về điện tích của hạt quac? H. Hạt notron, proton được cấu tạo như thế nào? Nhận xét gì về sự tồn tại của cc hạt quac? H. Hiểu thế nào về hạt thực sự là hạt sơ cấp? -Ghi nhận các đặc điểm như SGK. -Hiểu được hạt thực sự là sơ cấp chỉ gồm các hạt quac, lepton và các hạt truyền tương tác. -Điện tích các hạt quac và phản hạt luôn bằng: 2 3; ; ; 3 3 3 e e e    Quan sát được hạt quac ở trạng thái liên kết, chưa quan sát được hạt quac tự do. - Barion l tổ hợp của 3 quac VD: + proton: d – u – u + nơtron: d – u – d. Hoạt động 4. (5’) CỦNG CỐ - BÀI TẬP VỀ NHÀ: - GV lưu ý những vấn đề cơ bản: Hiện tượng sinh cặp, hủy cặp, đặc điểm kì lạ của cc hạt quac v sự tồn tại của nĩ. - Yêu cầu HS trả lời câu hỏi Câuối bài. Xem trước bài hệ mặt trời. IV. RÚT KINH NGHIỆM – BỔ SUNG.