Đề tài nghiên cứu Từ vi mô đến vĩ mô

Đề tài nghiên cứu Từ vi mô đến vĩ mô. Kiến thức chuyên sâu trong chương 11 Vật lý 12 nâng cao. Nhằm hỗ trợ các em những kiến thức trong kỳ thi Đại học. Đề tài nghiên cứu về hệ mặt trời, thuyết big bang và các phần tử vi mô

1 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ TIỂU LUẬN HỌC PHẦN PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ PHỔ THÔNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ VẬT LÝ 12 NÂNG CAO GVHD: PGS.TS Nguyễn Bảo Hoàng Thanh SVTH: Dương Thị Mỹ Ngọc Lớp 09SVL 2 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ TIỂU LUẬN: Chương X TÖØ VI MOÂ ÑEÁN VÓ MOÂ MỤC LỤC 3 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ A. MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….5 B. NỘI DUNG………………………………………………………………….6 I. Mục tiêu của chương II. Nhiệm vụ III.Chuẩn kiến thức, kỹ năng VI.Cấu trúc chương V.Các kiến thức cơ bản 1. Phần I: Các hạt sơ cấp…………………………………….……………………8 1.1 Khái niệm…………………………………………………8 1.2 Tính chất các hạt sơ cấp……………….…………………8 a) Khối lượng nghỉ b) Thời gian tồn tại c) Ðiện tích và Spin d) Số lạ e) Số Barion f) Spin đồng vị g) Phản hạt 1.3 Phân loại các hạt sơ cấp ……………………………… 14 a) Phân loại các hạt sơ cấp. b) Công thức Gellman Nishijma. 1.4 Tương tác của các hạt sơ cấp……………………………. 19 a) Tương tác mạnh. b) Tương tác điện từ. c) Tương tác yếu. d) Tương tác hấp dẫn. 2. Phần 2: Hệ mặt trời…………………………………………………………………23 4 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ 2.1 Cấu trúc……………………………………………………….…….23 2.3 Mặt trời……………………………………………………….…… 25 2.4 Các hành tinh trong thái dương hệ………………… ……………28 2.5 Sao chổi……………… …………………………………… ………37 3. Phần 3: Sao – Thiên hà……………………………………….… ….….39 3.1 Sao…………………………………………………………….………39 3.2 Thiên hà 43 3.3 Ngân hà…….…………………………………………………………46 4. Phần 4: Thuyết Big Bang…………………………… …… ……….…51 4.1 Lịch sử vũ trụ và thuyết vụ nổ lớn 52 4.2 Cơ sở lý thuyết cảu thuyết Big Bang…………………… ………….57 4.3 Vũ trụ trước sự kiện Big Bang……………………….……………58 C. PHỤ LỤC SƠ LƯỢC LỊCH SỬ TRÁI ĐẤT…………………………… …………………59 D.KẾT LUẬN………………………………………………………… ………… 62 E.TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………… ………… ……….62 MỞ ĐẦU 5 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ Những năm gần đây, Bộ Giáo dục và đào tạo Việt nam đã đưa vào sử dụng thống nhất trên toàn quốc bộ sách giáo khoa Vật lý trung học phổ thông cải cách. Bộ sách này phần lớn kiến thức cơ bản không có thay đổi gì nhiều so với các bộ sách trước đây, nhưng quan điểm trình bày, ý đồ sư phạm và hình thức trình bày có nhiều thay đổi hơn trước. Hiện nay quy định về chương trình và chuẩn kiến thức, kĩ năng đã quy định về sách giáo khoa, việc dạy của giáo viên, việc kiểm tra đánh giá giáo viên và học sinh. Theo đó, tất cả các tiêu chuẩn về kiến thức, chuẩn kĩ năng được cụ thể hóa rõ ràng. Tuy vậy, hiểu nội dung chương trình, sách giáo khoa, chuẩn kiến thức, kĩ năng như thế nào để đáp ứng được yêu cầu dạy học và kiểm tra, đánh giá giáo viên và học sinh là việc làm không đơn giản với không ít giáo viên hiện nay. Đáp ứng được yêu cầu dạy học Vật lý THPT hiện nay, giáo viên phải hiểu chương trình, sách giáo khoa và chuẩn kiến thức, kĩ năng là việc làm rất cấp thiết đối với giáo viên. Trong bài tiểu luận này chung ta sẽ tìm hiểu chương X lớp 12 chương trình nâng cao chương “ Từ vi mô đến vĩ mô” . Chương này tìm hiểu về hạt sơ cấp, Mặt trời và hệ mặt trời, Sao và thiên hà, thuyết Big Bang…Chương trình học yêu cầu học sinh nắm được các khái niệm và giải một số bài tập liên quan. Trong bài tiểu luận này chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn chương “ Từ vi mô đến vĩ mô”,một số kiến thức mở rộng… Do vậy để đáp ứng được mục tiêu của chương đòi hỏi giáo viên phải tổ chức cho học tập, nghiên cứu một cách hợp lí các yêu cầu về chuẩn kiến thức, kĩ năng đã quy định. Để đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu tôi chọn tìm hiểu chương X lớp 12 nâng cao “Từ vi mô đến vĩ mô” Quá trình trình bày bài tiểu luận này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót nhất định, kính mong Thầy và các bạn giúp đỡ, góp ý cho bài tiểu luận này hoàn chỉnh hơn. NỘI DUNG 6 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ I. Mục tiêu của chương: + Biết phân biệt sao, hành tinh, thiên hà, nhóm thiên hà. + Biết sơ bộ phân biệt các loại thiên hà. + Biết một vài đặc điểm của thiên hà của chúng ta. + Nêu được một số nét khái quát về sự tiến hoá của các sao II. Nhiệm vụ : - Nghiên cứu các đặc trưng của hạt sơ cấp: khối lượng nghỉ m 0 , điện tích Q, Spin, thời gan sống trung bình… - Phân loại các hạt sơ cấp - Tương tác giữa các hạt sơ cấp - Nghiên cứu cấu tạo và sự chuyển động của hệ mặt trời. - Tìm hiểu về sao và thiên hà - Tìm hiểu về thuyết Big Bang III. Chuẩn kiến thức, kĩ năng *Kiến thức : - Nêu được hạt sơ cấp là gì và các đặc trưng của chúng - Nêu được tên gọi một số hạt sơ cấp - Trình bày sự phân loại các hạt sơ cấp - Nêu được phản hạt là gì - Nêu được sao là gì, thiên hà là gì - Trình bày được những nét khái quát sự tiến hóa của các sao - Nêu được những nét sơ lược về thuyết Big Bang *Kĩ năng: - Nắm được khái niệm và phân loại được các hạt sơ cấp - Nêu được cấu tạo và chuyển đông của hệ mặt trời - Kể được các hành tinh trong hệ mặt trời - Nắm được các giá trị thông dụng như bàn kính trái đất, khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời 4. Cấu trúc của chương : 7 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ 5. Các kiến thức cơ bản Phaàn 1: CAÙC HAÏT SÔ CAÁP Từ vi mô đến vĩ mô Từ vi mô đến vĩ mô Các hạt sơ cấp Các hạt sơ cấp Mặt Trời Hệ mặt trời Mặt Trời Hệ mặt trời Sao Thiên hà Sao Thiên hà Thuyết Big Bang Thuyết Big Bang 8 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ 1.1 Khái niệm: Hạt sơ cấp (còn được gọi là hạt cơ bản) là những thực thể vi mô tồn tại như một hạt nguyên vẹn, đồng nhất, không thể tách thành các phần nhỏ hơn, chúng có khối lượng rất nhỏ; ví dụ như các hạt photon, electron, mêzôn, muyôn, piôn, positron, neutrino 1.2 Tính chất các loại hạt sơ cấp. a) Khối lương nghỉ: Khối lượng nghỉ hay khối lượng tĩnh của một vật là khối lượng của vật xét trong một hệ quy chiếu mà theo hệ đó, vật là đứng yên. Đại đa số vật chất, trừ phôtôn và nơtrinô, đều có khối lượng nghỉ khác không. Các hạt sơ cấp đều có khối lượng nghỉ khác không. Phôtôn (γ) và nơtrinô (ν) khối lượng nghỉ xem như rất bé. Khối lượng nghỉ tính ra đơn vị khối lượng nghỉ của electron (me) hay tính ra MeV/c2. b) Thời gian tồn tại: Các hạt cơ bản đa số có thể phân rã thành các hạt khác. Thời gian sống của chúng giao động từ 10 -6 đến 10 -24 giây. Một số ít hạt cơ bản được gọi là bền, có thời gian sống 9 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ rất lớn, có thể coi là bền như electron 1022 năm, prôtôn 1030 năm. Người ta nghiên cứu thời gian sống của hạt cơ bản thông qua lý thuyết xác suất, dựa trên thời gian để một số lượng n hạt sơ cấp phân rã chỉ còn lại 0.5n hạt c). Điện tích và Spin: Một số hạt trung hòa về điện có điện tích bằng không như phôtôn γ và nơtrinô ν. Một số hạt khác mang điện tích âm hoặc dương, với trị số tuyệt đối đều bằng điện tích nguyên tố của electron 1.602 x 10 -19 C Spin là một khái niệm trong vật lý, là bản chất của mô men xung lượng và là một hiện tượng của cơ học lượng tử thuần túy, không cùng với những sự tương đồng trong cơ học cổ điển. Trong cơ học cổ điển, mô men xung lượng được phát triển từ xung lượng cho sự quay của một vật có khối lượng, và được biểu diễn bằng công thức L = r × p, nhưng spin trong cơ học lượng tử vẫn tồn tại ở một hạt với khối lượng bằng 0, bởi vì spin là bản chất nội tại của hạt đó. Các hạt cơ bản như electron có thể có spin khác 0, ngay cả khi nó được coi là chất điểm và không có cấu trúc nội tại. Khái niệm spin được đưa ra lần đầu vào năm 1925 bởi Ralph Kronig và, đồng thời, bởi George Unlenbeck và Samuel Goudsmit một cách độc lập. d). Số lạ: Số lạ là đại lượng đặc trưng lượng tử của các hạt cơ bản, được đưa ra khi nghiên cứu quá trình phân rã của các hạt mêzôn K: K+, K0, và hyperon Υ: Λ0, Σ+, Σ0, Σ- tuân theo định luật bảo toàn số lạ 1947, tìm ra loại HSC mới − hạt mêzôn K: K+, Ko (KLT khoảng 965me) và các hạt hyperôn Y có KLT lớn hơn nuclôn là: Lămđa (Λo), Zigma (∑+,∑o, ∑−), Ksi (Ξo, Ξ−), Omêga (Ω−). Gọi là các hạt lạ vì có 2 đặc điểm sau đây: - Sinh ra ở quá trình rất nhanh (≈ 10−23s) và rã trong những quá trình chậm (≈ 10−8s). - Luôn sinh ra đồng thời 2, 3 hạt lạ không cùng loại nhưng không sinh ra 1 hạt lạ hay vài hạt lạ cùngloại. 10 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ e) Số Barion: Các hạt sơ cấp có khối lượng lớn hơn hay bằng khối lượng prôtôn (p) có tên chung là các bariôn. Thành thử các bariôn gồm các nuclôn và các Hypêrôn. Ðiều đặc biệt là trong các quá trình biến đổi, người ta thấy khi nào mất đi một bariôn thì cũng có một bariôn mới xuất hiện. Thí dụ: 0 p p p K + + = + + ∑ o p π − Λ → + o o p K π − + → + Λ Để mô tả quá trình Bariôn tham gia người ta đưa ra một số lượng tử mới gọi là số Bariôn B, số Bariôn B của các hạt Bariôn (p, n, Σ, …) thì B đều bằng 1, của các đối hạt của chúng thì B đều bằng -1. Và các quá trình trên được giải thích bằng định luật sau đây được gọi là định luật bảo toàn số Bariôn. Trong quá trình biến đổi, tổng số đại số Bariôn của hệ không đổi (∆B=0). Ta có thể kiểm tra sự đúng đắn của định luật bảo toàn số Bariôn từ các phản ứng trên. f) Spin đồng vị: Ta biết rằng tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân có một đặc tính là không phụ thuộc điện tích. Cụ thể tương tác giữa p ( p, n ( n, p ( n là như nhau (nếu các nuclôn đó ở những trạng thái như nhau). Nói cách khác, trong tương tác hạt nhân hai hạt p và n là không phân biệt. Người ta cho rằng khối lượng của p khác khối lượng của n là do p có mang điện tích nghĩa là do tương tác điện từ tạo ra sự khác biệt. Như vậy, trong tương tác hạt nhân, người ta có thể coi p và n là hai trạng thái của cùng một hạt, tức là nuclôn (N). Nếu không để ý đến tương tác điện từ thì hai trạng thái đó tương ứng với cùng một khối lượng, do đó cùng một năng lượng. Nếu để ý đến tương tác điện từ thì hai trạng thái đó tương ứng với hai khối lượng khác nhau chút ít, do đó tương ứng với hai mức năng lượng gần nhau. Ta có thể so sánh tính chất này với tính chất của electron trong nguyên tử. Nếu không để ý đến Spin thì mỗi trạng thái electron trong nguyên tử tương ứng với cùng một mức năng lượng. Nếu để ý đến mức Spin thì mức năng lượng đó tách thành hai mức gần nhau, tương ứng với hai trạng thái của electron khác nhau về sự định hương của moomen Spin (S z = +1/2ħ và S z = -1/2ħ). Đối với nuclon, đẻ tiện tính toán người ta cũng đưa ra một đại lượng gọi là Spin đồng vị I.Ta đã biết nếu hệ có Spin thông thường thì s là hệ số có (2s+1) trạng thái ứng với các hình chiếu khác nhau của Spin. Tương tự nếu hệ có [...]... -Chun đề: TỪ VI MƠ ĐẾN VĨ MƠ 24 b) Quỹ đạo: Đa số các vật thể trên quỹ đạo quanh Mặt Trời đều nằm trong mặt phẳng quỹ đạo gần nhau, và gần mặt phẳng hồng đạo, và cùng quay một hướng  -Chun đề: TỪ VI MƠ ĐẾN VĨ MƠ 25 c) Phân bố khối lượng: Mặt Trời, một sao thuộc dãy chính G2, chiếm 99,86% khối lượng hiện được biết đến của cả hệ Mặt Trời Hai... -Chun đề: TỪ VI MƠ ĐẾN VĨ MƠ 26 c) Sự hoạt động của mặt trời: Qua ảnh chụp Mặt Trời trong nhiều năm cho ta thấy quang cầu sáng khơng đều, tùy từng thời kì còn xuất hiện nhiều dấu vết khác: vết đen, bùng sáng, tai lửa Tia X và dòng các hạt tích điện từ bùng sáng truyền tới Mặt Trời gây ra nhiều tác động đến Trái Đất: nhiễu loạn thơng tin liên lạc, làm cho từ trường Trái Đất biến thiên, gây ra bão từ ... -Chun đề: TỪ VI MƠ ĐẾN VĨ MƠ 16 Có 12 loại lepton được biết đến, bao gồm 3 loại hạt vật chất là electron, muon và tauon, cùng 3 neutrino tương ứng và 6 phản hạt của chúng Tất cả các lepton điện tích đều có điện tích là -1 hoặc + 1 (phụ thuộc vào vi c chúng là hạt hay phản hạt) và tất cả các neutrino cùng phản neutrino đều có điện tích trung hòa Số lepton của cùng... điện từ: Lực điện từ là lực mà điện -từ trường tác dụng lên hạt mang điện tích (chuyển động hay đứng n) Theo biểu diễn cổ điển của lực điện từ, lực này gồm hai thành phần, do điện trường tạo ra (lực điện) và do từ trường tạo ra (lực từ) Lực điện từ đơi khi còn được gọi là lực Lorentz, mặc dù thuật ngữ này cũng có thể chỉ dùng để nói về thành phần gây ra bởi từ trường Lý do là trong lý thuyết điện từ và... Vương được coi là một phần của vành đai Kuiper Giống như những vật thể khác trong vành đai, nó có quỹ đạo lệch tâm nghiêng 17 độ so với mặt phẳng hồng đạo và ở -Chun đề: TỪ VI MƠ ĐẾN VĨ MƠ 35 khoảng cách từ 29,7 AU ở điểm cận nhật đến 49,5 AU ở điểm vi n nhật Các vật thể thuộc vành đai Kuiper có quỹ đạo giống với Sao Diêm Vương được gọi là thiên thể kiểu Diêm Vương... rất khó khăn, khơng máy gia tốc nào có thể tạo ra dù chỉ một vi n đạn bằng phản hạt Còn nếu một người hành tinh nào đó sống tại nơi chỉ có tồn phản hạt thì khi đến tấn cơng Trái Đất, vấn đề của họ sẽ là vật chất của chúng ta lại chính là phản vật chất của họ Ví dụ về hạt và phản hạt: -Chun đề: TỪ VI MƠ ĐẾN VĨ MƠ 14 Điện tử e- - Positron e+ Nơtron n - Phản nơtron (... hành tinh lùn (dwarf planet) Sao Diêm Vương) Sao Thủy khơng có một vệ tinh tự nhiên nào Độ sáng biểu kiến của Sao Thủy thay đổi từ −2,0 đến 5,5, nhưng -Chun đề: TỪ VI MƠ ĐẾN VĨ MƠ 29 vì q gần Mặt Trời nên sự quan sát hành tinh này qua vi n vọng kính hay qua các kỹ thuật khác rất khó khăn và ít khi thực hiện được Sao Thủy có một cấu tạo gồm 70% kim loại và 30% chất... biểu kiến của Sao Kim biến đổi trong khoảng -4,6m đến -3,8m • Trái đất (The Earth) -Chun đề: TỪ VI MƠ ĐẾN VĨ MƠ 30 Trái Đất, cũng còn được gọi là Địa Cầu hay Quả Đất, là hành tinh thứ ba trong Thái Dương Hệ tính từ Mặt Trời trở ra Địa Cầu là hành tinh lớn nhất trong các hành tinh có đất và đá của Thái Dương Hệ Cho đến nay đây là nơi duy nhất trong tồn vũ trụ được... -Chun đề: TỪ VI MƠ ĐẾN VĨ MƠ 13 gặp phản hạt của chính mình, cả hai sẽ cùng tiêu hủy và trở về dưới dạng năng lượng Nhiều bộ phim vi n tưởng đã từng làm ra những quả bom hay những cuộc tấn cơng của người hành tinh khác bằng phản hạt, sẽ là khơng thể chống lại vì những bức tường vật chất thơng thường để chống bom sẽ cùng tan biến với phản vật chất khi gặp nhau Tuy nhiên chúng ta có thể n tâm vì vi n... loại phản hạt thứ hai, hạt antiproton (phản hạt của proton), -Chun đề: TỪ VI MƠ ĐẾN VĨ MƠ 12 hạt này mang điện tích âm (trong khi proton mang điện tích dương) (sau này người ta biết rằng proton tạo thành từ các quark và do đó các antiproton tất nhiên phải tạo thành từ antiquark/phản quark), giải Nobel năm 1959 được trao cho hai nhà khoa học nêu trên vì phát hiện này . khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời 4. Cấu trúc của chương : 7 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ 5. Các kiến thức cơ bản Phaàn 1: CAÙC HAÏT SÔ CAÁP Từ vi mô đến vĩ mô Từ vi mô đến vĩ mô Các hạt. 1 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ TIỂU LUẬN HỌC PHẦN PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ PHỔ THÔNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ VẬT LÝ. Thanh SVTH: Dương Thị Mỹ Ngọc Lớp 09SVL 2 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ TIỂU LUẬN: Chương X TÖØ VI MOÂ ÑEÁN VÓ MOÂ MỤC LỤC 3 Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ A. MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….5 B.