Giáo án Vật Lí 12 Bài 40: Các hạt sơ cấp mới nhất

HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)

Mục tiêu: HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới.

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Trong vật lý hiện đại, các hạt như các:

quark, lepton (electron, positron, neutrino...), gauge boson, photon là các hạt sơ cấp. Vậy hạt sơ cấp là gì?

Chúng ta cùng tìm hiểu bài học hôm nay..

- HS ghi nhớ

- HS đưa ra phán đoán

CÁC HẠT SƠ CẤP

HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’)

Mục tiêu:

- Nêu được hạt sơ cấp là gì.

- Nêu được tên một số hạt sơ cấp.

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

- Y/c HS đọc Sgk và cho biết hạt sơ cấp là gì?

- Nêu một vài hạt sơ cấp đã biết?

- Y/c Hs đọc Sgk từ đó cho biết cách để đi tìm các hạt sơ cấp?

- Nêu một số hạt sơ cấp tìm được?

- Hạt muyôn có khối lượng cỡ 207m_e.

- Hạt π⁺ và π^- có khối lượng 273,2m_e.

- Hạt π^o có khối lượng 264,2m_e.

- Các hạt kaôn có khối lượng cỡ 965m_e.

(Xem ở Bảng 40.2: Một số hạt sơ cấp)

- Y/c HS đọc sách và cho biết các hạt sơ cấp được phân loại như thế nào?

- Học sinh đọc Sgk để trả lời.

- Phôtôn (Ɣ), êlectron (e^-), pôzitron (e⁺), prôtôn (p), nơtrôn (n), nơtrinô (n).

- Dùng các máy gia tốc hạt nhân.

- HS nêu các hạt sơ cấp tìm được.

- HS ghi nhận một số hạt sơ cấp.

+ Các leptôn (các hạt nhẹ) có khối lượng từ 0 đến 200m_e): nơ tri nô, êlectron, pôzitron, mêzôn µ.

+ Các hađrôn có khối lượng trên 200m_e.

⇒ Mêzôn: π, K có khối lượng trên 200m_e, nhưng nhỏ hơn khối lượng nuclôn.

⇒ Hipêron có khối lượng lớn hơn khối lượng nuclôn.

I. Khái niệm các hạt sơ cấp

1. Hạt sơ cấp là gì?

- Hạt sơ cấp (hạt vi mô, hay vi hạt) là những hạt có kích thước vào cỡ kích thước hạt nhân trở xuống.

2. Sự xuất hiện các hạt sơ cấp mới

- Để tạo nên các hạt sơ cấp mới, người ta sử dụng các máy gia tốc làm tăng vận tốc của một số hạt và cho chúng bắn vào các hạt khác.

- Một số hạt sơ cấp:

+ Hạt muyôn (µ^-) - 1937.

+ Hạt π⁺ và π^-.

+ Hạt π^o.

+ Các hạt kaôn K^- và K^o.

+ Các hạt rất nặng (m > m_p):

3. Phân loại

- Thời gian sống của các hạt sơ cấp là gì?

- Thông báo về thời gian sống của các hạt sơ cấp.

- Ví dụ:

- Y/c Hs đọc Sgk và cho biết phản hạt là gì?

- Nêu một vài phản hạt mà ta đã biết?

- Trường hợp hạt sơ cấp không mang điện như nơtrôn thì thực nghiệm chứng tỏ nơtrôn vẫn có momen từ khác không → phản hạt của nó có momen từ ngược hướng và cùng độ lớn.

- Y/c HS xem bảng 40.1 và cho biết hạt nào là phản hạt của chính nó.

- Thực nghiệm và lí thuyết chứng tỏ rằng mỗi hạt vi mô tồn tại một đại lượng gọi là momen spin (hay thông số spin hoặc số lượng tử spin)

- Thông báo về số lượng tử spin, từ đó phân loại các vi hạt theo s.

Lưu ý:

+ Các fecmion có s là các số bán nguyên: e^-, µ^-, n, p, n, …

+ Các boson là các số không âm: γ, π …

- Là thời gian từ lúc nó được sinh ra đến khi nó mất đi hoặc biến đổi thành hạt sơ cấp khác.

- HS trả lời.

+ êlectron (e^-) và pôzitron (e⁺)

+ nơtrinô (n) và phản nơtrinô …

- Các hạt piôn và phôtôn.

- HS ghi nhận đại lượng momen spin.

- HS ghi nhận phân loại các vi hạt theo s.

II. Tính chất của các hạt sơ cấp

1. Thời gian sống (trung bình)

- Một số ít hạt sơ cấp là bền, còn đa số là không bền, chúng tự phân huỷ và biến thành hạt sơ cấp khác.

2. Phản hạt

- Mỗi hạt sơ cấp có một phản hạt tương ứng.

- Phản hạt của một hạt sơ cấp có cùng khối lượng nhưng điện tích trái dấu và cùng giá trị tuyệt đối.

- Kí hiệu:

3. Spin

- Đại lượng đặc trưng cho chuyển động nội tại của hạt vi mô gọi là momen spin (hay thông số spin hoặc số lượng tử spin)

- Độ lớn của momen spin được tính theo số lượng tử spin, kí hiệu s.

- Phân loại các vi hạt theo s

- Thông báo về các tương tác của các hạt sơ cấp.

- Tương tác điện từ là gì?

- Tương tác điện từ là bản chất của các lực Cu-lông, lực điện từ, lực Lo-ren…

- Tương tác mạnh là gì?

- Một trường hợp riêng của tương tác mạnh là lực hạt nhân.

- Tương tác yếu là gì?

Ví dụ:

- Các nơtrinô n_e luôn đi đối với e⁺ và e^-. Sau đó tìm được 2 leptôn tương tự như êlectron là µ^- và π^-, tương ứng với hai loại nơtrinô v_µ và v_π.

- Tương tác hấp dẫn là gì?

Ví dụ: trọng lực, lực hút giữa Trái Đất và Mặt Trăng, giữa Mặt Trời và các hành tinh…

- Thông báo về sự thống nhất của các tương tác khi có năng lượng cực cao. Y/c HS đọc Sgk để tìm hiểu về sự thống nhất đó.

- HS ghi nhận 4 loại tương tác cơ bản.

- HS đọc Sgk và trả lời câu hỏi.

- HS đọc Sgk và trả lời câu hỏi.

- HS đọc Sgk và trả lời câu hỏi.

- HS đọc Sgk và trả lời câu hỏi.

- HS đọc Sgk để tìm hiểu.

III. Tương tác của các hạt sơ cấp

- Có 4 loại cơ bản

1. Tương tác điện từ

- Là tương tác giữa phôtôn và các hạt mang điện và giữa các hạt mang điện với nhau.

2. Tương tác mạnh

- Là tương tác giữa các hađrôn.

3. Tương tác yếu. Các leptôn

- Là tương tác có các leptôn tham gia.

- Có 6 hạt leptôn:

4. Tương tác hấp dẫn

- Là tương tác giữa các hạt (các vật) có khối lượng khác không.

5. Sự thống nhất của các tương tác

- Trong điều kiện năng lượng cực cao, thì cường độ của các tương tác sẽ cùng cỡ với nhau. Khi đó có thể xây dựng một lí thuyết thống nhất các loại tương tác đó.

HOẠT ĐỘNG 3:  Hoạt động luyện tập (10')

Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học

Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

1. Trong phạm vi kích thước và cấu tạo xét trong bài này, những hạt nào không thể coi là hạt sơ cấp ?

A. Electron.                        

B. Hạt nhân hiđrô.         

C. Nơtron.                 

D. Hạt nhân

2. Electron là hạt sơ cấp thuộc loại

A. leptôn.                           

B. hipêron.                       

C. mêzôn.                  

D. nuclon.

3. Hạt nào sau đây không phải là hạt sơ cấp ?

A. prôtôn (p).                     

B. anpha (α).                    

C. pôzitron (e+).       

D. êlectron (e).

Đáp án

HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’)

Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình.

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

- Yêu cầu HS thảo luận:

Nêu những đặc trưng của các hạt sơ cấp.

- GV Phân tích nhận xét, đánh giá, kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh.

Thực hiện nhiệm vụ học tập:

- HS sắp xếp theo nhóm, dưới sự hướng dẫn của GV

Báo cáo kết quả hoạt  động và thảo luận

- Đại diện các nhóm nhận xét kết quả

Những đặc trưng của các hạt sơ cấp là:

a. Khối lượng nghỉ m₀ .

Thí dụ: me = 9,1.10^-31kg

b. Năng lượng nghỉ E₀ = m₀c².

Thí dụ: E₀ = 0,511MeV

c. Điện tích Q có đơn vị là điện tích nguyên tố e.

Thí dụ: proton Q = +1, photon Q = 0

d. Spin: là đặc trưng cho chuyển động nội tại của một hạt cơ bản.

+ Momen spin được tính theo số lượng tử spin s.

Thí dụ: Electron, proton, neutron s = 1/2; photon s = 1.

+ Mômen động lượng riêng: Tính bởi công thức: s.h/(2π)

e. Thời gian sống trung bình T:

+ Hạt bền: Hạt bền là hạt không phân rã. Có 4 hạt: proton, electron, photon, neutrino

+ Không bền: là các hạt phân rã thành hạt khác. Các hạt có thời gian sống ngắn: từ 10^-24 đến 10^-6s. Nơtron thời gian sống dài, khoảng 932s.

HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’)

Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức

Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Tìm hiểu thêm về các loại hạt mới khác trên các tư liệu mạng