學習目標：
一、知識目標
1、知道輕核的聚變反應．
2、知道聚變反應的應用．
3、了解基本粒子的種類．
二、能力目標
使學生對粒子物理研究對象及前景有所了解，培養(yǎng)學生對科學的興趣以及探索精神．
三、情感目標
通過讓學生了解我國在受控熱核反應的研究上的新進展，加強對學生的愛國主義教育，啟發(fā)他們樹立為祖國現(xiàn)代化建設貢獻力量的理想．
擴展資料：
STM成像和單原子操縱的第一性原理方法的研究
掃描隧道顯微鏡(STM)作為新型的表面分析儀器，使人類第一次能夠?qū)崟r地觀察單個原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關的物理和化學性質(zhì)，在表面科學、材料科學、生命科學等領域的研究中有著重大的意義和廣闊的前景．它的發(fā)明者Bining和Rohrer榮獲了1986年諾貝爾物理學獎．
STM的基本原理是利用量子理論中的隧道效應．將具有原子線度的極細探針和被研究物質(zhì)的表面作為兩個電極，當樣品與針尖的距離非常接近時(通常小于1nm)，在外加電場的作用下，電子會穿過兩個電極之間的勢壘流向另一極而形成隧道電流．這種現(xiàn)象即是隧道效應．隧道電流強度對針尖與樣品表面之間距離非常敏感，它隨著探針接近表面而迅速增加，探針每靠近0.1nm，電流會增加約10倍．因此，利用電子反饋線路控制隧道電流的恒定，并用壓電陶瓷材料控制針尖對樣品的掃描，則探針在垂直于樣品方向上高低的變化就反映出了樣品的表面的起伏．將探針在樣品表面掃描時運動的軌道記錄下來，就得到了樣品表面態(tài)密度的分布或原子排列的圖像，這種工作方式稱為恒流模式．如果樣品表面的起伏不大，還可以使探針在垂直方向上位置固定，通過掃描隧道的電流變化信號來成像，這種工作方式稱為恒高模式．
由STM的工作原理可知，針尖、樣品表面和外電場是決定STM成像分辨率的關鍵因素．實驗上，人們已初步掌握一些技術和工藝，通過對STM針尖和樣品表面的處理，以及對外加電場的控制，使STM成像達到原子分辨率層次．但從理論上對這些處理和控制的理解還很少．對許多STM圖像，人們由于缺乏理論分析而無法提取出有用信息．目前已有的理論工作多數(shù)還基于唯象模型，而深入到量子理論層次的研究在國際上正處于起步階段，在國內(nèi)基本上是空白．目前國際上僅有的幾家從量子理論出發(fā)去研究STM的工作，雖然為我們理解一些STM實驗結果提供了很大的幫助，但對一些影響STM圖像的重要因素未作全面考慮．如，外加電場對STM針尖，樣品表面的電子結構的影響至今很少考慮到，外電場影響僅出現(xiàn)在隧道貫穿的勢壘中．另外，STM實驗用針尖已從最初的鎢針尖發(fā)展到眾多其它單質(zhì)及合金，而針尖組分對STM成像的影響，理論至今也很少考慮過．對一些由過渡金屬或其合金組成的針尖，由于針尖原子的配位數(shù)降低而可能具有磁性，這一點也是理論至今沒有涉足的方面．無疑，這些因素對STM的成像是至關重要的，只有了解這些因素對成像的影響，我們才能正確地提取STM圖像所包含的結構和電子結構信息．
STM不僅可以用于成像，還可以用于操作表面上的原子或分子．STM的針尖與樣品之間總存在著一定的作用力．調(diào)節(jié)針尖的位置和偏壓，就有可能改變這個作用力的大小和方向．在一些場合，這種力可以在探針向上移動時把表面上的原子提起來，再把它移動到適當?shù)奈恢梅畔聛恚诟唵蔚膱龊咸结槻话言訌谋砻嫔咸崞饋?，只拖曳此原子走過表面到所需的位置．在單原子操縱過程中，根據(jù)STM探針到樣品的距離不同，其物理機制也不同．當距離較小時(<0.4nm)，隨著針尖和表面距離的減小，在相同偏置電壓條件下不僅使隧道電流大大增大(可以增大1－2數(shù)量級)，同時針尖和樣品表面距離“電子云”的部分重疊，使兩者之間的相互作用也大大增強，單原子操縱將受助于針尖和樣品表面的化學相互作用．當距離較大時(>0.6nm)，針尖和樣品之間的化學相互作用在單原子操縱過程中將不起主要作用，這樣，原子的操縱則主要取決于針尖和樣品之間的純電場和電流效應．
STM單原子操縱使人類第一次實現(xiàn)了用原子組成具有特定功能的人工結構，其應用前景非常廣闊．目前對STM單原子操縱的物理機制的理論研究仍局限于類似上文的定性探討．為了為STM單原子操縱實驗提供具體指導和幫助，量子的、定量的有關其機制的理論研究勢在必行，特別是基于量子理論對STM單原子操縱過程的理論模擬研究．
僅用STM進行單原子操縱，很難真正實現(xiàn)人們的夢想－在原子的層次對任意物質(zhì)進行“手術”．為了搬動我們所需的原子，目前STM所用的兩種方式都有一些明顯的缺陷，如可能會引起局部的化學鍵斷裂，造成表面產(chǎn)生結構性缺陷、相變等．另外，為將STM操縱的原子集合起來組成一個我們所需的具有特殊功能的人造分子或納米器件，必須克服一些原子間的能量勢壘，而STM在這方面無能為力．因此，與其它一些實驗手段(如激光相干控制技術)相結合來進行單原子操縱將是這方面研究的發(fā)展方向．用激光或其它裝置產(chǎn)生的電磁場去囚禁、操縱原子已有較多的技術和理論，但和STM相結合是一個全新領域．為了使這方面的實驗探索有一個堅實的基礎，理論工作有必要先行一步．
綜上所述，對STM成像和單原子操縱的研究是當前一個十分重要的研究領域，并且有廣泛的應用前景，其理論研究仍處于開拓階段，迫切需要從量子理論出發(fā)對有關成像機理、單原子操縱過程的理解．我們基于以上考慮和已有的工作基礎，用第一性原理方法和原子團簇模型，在量子理論層次上對STM的針尖，樣品表面，外電場等對STM成像和單原子操縱的影響進行系統(tǒng)而全面的理論研究．研究內(nèi)容具體包含四個方面：
1.外加電場下的不同STM針尖和樣品表面的結構和電子結構；
2.STM圖像的理論計算和模擬；
3.STM單原子操縱的物理機制和過程的理論模擬；
4.激光相干控制與STM單原子操縱技術結合的可行性．
神秘的反物質(zhì)
1930年英國物理學家狄拉克提出電子有兩種，除了有帶負電荷的電子外，還有帶正電荷的電子，這兩種電荷恰好一正一反，帶負電荷的電子叫正電子，帶正電荷的電子叫反電子．
長期以來，人們一直認為電子只有一種，所以對狄拉克的預言半信半疑．沒想到兩年以后狄拉克的預言得到了證實，美國物理學家安德森在實驗室果然發(fā)現(xiàn)了反電子．
后來人們陸續(xù)又發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子、反中子等等各種各樣的反粒子．反粒子發(fā)現(xiàn)的多了，人們自然會想到，既然物質(zhì)是由電子、質(zhì)子和中子組成的，那么是不是由反電子、反質(zhì)子和反中子組成的物質(zhì)就是反物質(zhì)呢？
于是科學家們設計好方案進行實驗，功夫不負有心人，科學家們終于在實驗室得到了結構比較簡單的反氘，這說明反物質(zhì)的設想并不荒唐．
反物質(zhì)這東西很神秘的，只要一露面，立即就會與正物質(zhì)結合，同時放出大量的能量．據(jù)說1908年中西伯利亞的通古斯大爆炸就是由于天外飛來一塊由反物質(zhì)組成的隕石，反物質(zhì)與正物質(zhì)通古斯河上空結合放出大量能量而造成的．
據(jù)估計，一克反物質(zhì)與正物質(zhì)結合時，放出的能量相當于世界上幾個水電站發(fā)電量的總和．科學家預測假如利用反物質(zhì)推動太空船，六星期到達火星將不是夢想．
但是，要利用反物質(zhì)，就必須首先找到反物質(zhì)，在地球上人們尚未找到可利用的反物質(zhì)．令人可喜的是科學家發(fā)現(xiàn)在地球之外十分遙遠的銀河系中心存在一個反物質(zhì)源，它噴射出一個“反物質(zhì)噴泉”，這些反物質(zhì)能不能為人類所利用至今還是個謎．
組成物質(zhì)的基本粒子
世界上的物質(zhì)形形色色，有好幾百萬種，它們是由什么組成的呢？有很長一段時間，人們以為構成物質(zhì)的最小微粒就是原子．
直至20世紀初，物理學家才發(fā)現(xiàn)原子并不是最小的“微?！彼怯稍雍撕碗娮咏M成的，而且原子核還可以分成更小的“小不點兒”．這些“小不點兒”都是原子世界的“居民”它們的種類很多．一開始人們只發(fā)現(xiàn)了電子、光子、質(zhì)子和中子，后來又發(fā)現(xiàn)了正電子、中微子、介子、超子、變子等等，物理學家把它們統(tǒng)稱為“基本粒子”．
1972年，我國高能物理研究所云南宇宙線觀測站，在宇宙線中發(fā)現(xiàn)了一種新的重質(zhì)量荷電粒子．
1974年秋天，以美籍物理學家丁肇中教授為首的研究小組，發(fā)現(xiàn)了一種新的重光子，命名為J粒子．
1979年，丁肇中教授又發(fā)現(xiàn)了一種新的重要的基本粒――膠子．
據(jù)統(tǒng)計，科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了300多種基本粒子，科學家們把它們分成了四個大家族：
（1）夸克家族．它一共包括6種不同類型的夸克，它們是組成原子核或亞核粒子的最小微粒．
（2）輕子家族．它一共包括6種不同類型的輕子．我們熟悉的電子就是輕子家族的一員．
（3）傳遞力的粒子家族．其中有傳遞強力或核力的膠子，傳遞電磁力的光子和傳遞弱力的中間玻色子和Z°粒子．
（4）反粒子家族．它是指對于夸克和輕子中每一種粒子都有相對應的反粒子，反粒子的特點是與原粒子的質(zhì)量相同，但所帶的電荷相反．
這些基本粒子，是不是物質(zhì)世界“最基本”的微粒呢？科學家的回答是否定的，他們還在繼續(xù)探索，不久的將來，人們艱難個進入更小的微觀世界．
一、知識目標
1、知道輕核的聚變反應．
2、知道聚變反應的應用．
3、了解基本粒子的種類．
二、能力目標
使學生對粒子物理研究對象及前景有所了解，培養(yǎng)學生對科學的興趣以及探索精神．
三、情感目標
通過讓學生了解我國在受控熱核反應的研究上的新進展，加強對學生的愛國主義教育，啟發(fā)他們樹立為祖國現(xiàn)代化建設貢獻力量的理想．
擴展資料：
STM成像和單原子操縱的第一性原理方法的研究
掃描隧道顯微鏡(STM)作為新型的表面分析儀器，使人類第一次能夠?qū)崟r地觀察單個原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關的物理和化學性質(zhì)，在表面科學、材料科學、生命科學等領域的研究中有著重大的意義和廣闊的前景．它的發(fā)明者Bining和Rohrer榮獲了1986年諾貝爾物理學獎．
STM的基本原理是利用量子理論中的隧道效應．將具有原子線度的極細探針和被研究物質(zhì)的表面作為兩個電極，當樣品與針尖的距離非常接近時(通常小于1nm)，在外加電場的作用下，電子會穿過兩個電極之間的勢壘流向另一極而形成隧道電流．這種現(xiàn)象即是隧道效應．隧道電流強度對針尖與樣品表面之間距離非常敏感，它隨著探針接近表面而迅速增加，探針每靠近0.1nm，電流會增加約10倍．因此，利用電子反饋線路控制隧道電流的恒定，并用壓電陶瓷材料控制針尖對樣品的掃描，則探針在垂直于樣品方向上高低的變化就反映出了樣品的表面的起伏．將探針在樣品表面掃描時運動的軌道記錄下來，就得到了樣品表面態(tài)密度的分布或原子排列的圖像，這種工作方式稱為恒流模式．如果樣品表面的起伏不大，還可以使探針在垂直方向上位置固定，通過掃描隧道的電流變化信號來成像，這種工作方式稱為恒高模式．
由STM的工作原理可知，針尖、樣品表面和外電場是決定STM成像分辨率的關鍵因素．實驗上，人們已初步掌握一些技術和工藝，通過對STM針尖和樣品表面的處理，以及對外加電場的控制，使STM成像達到原子分辨率層次．但從理論上對這些處理和控制的理解還很少．對許多STM圖像，人們由于缺乏理論分析而無法提取出有用信息．目前已有的理論工作多數(shù)還基于唯象模型，而深入到量子理論層次的研究在國際上正處于起步階段，在國內(nèi)基本上是空白．目前國際上僅有的幾家從量子理論出發(fā)去研究STM的工作，雖然為我們理解一些STM實驗結果提供了很大的幫助，但對一些影響STM圖像的重要因素未作全面考慮．如，外加電場對STM針尖，樣品表面的電子結構的影響至今很少考慮到，外電場影響僅出現(xiàn)在隧道貫穿的勢壘中．另外，STM實驗用針尖已從最初的鎢針尖發(fā)展到眾多其它單質(zhì)及合金，而針尖組分對STM成像的影響，理論至今也很少考慮過．對一些由過渡金屬或其合金組成的針尖，由于針尖原子的配位數(shù)降低而可能具有磁性，這一點也是理論至今沒有涉足的方面．無疑，這些因素對STM的成像是至關重要的，只有了解這些因素對成像的影響，我們才能正確地提取STM圖像所包含的結構和電子結構信息．
STM不僅可以用于成像，還可以用于操作表面上的原子或分子．STM的針尖與樣品之間總存在著一定的作用力．調(diào)節(jié)針尖的位置和偏壓，就有可能改變這個作用力的大小和方向．在一些場合，這種力可以在探針向上移動時把表面上的原子提起來，再把它移動到適當?shù)奈恢梅畔聛恚诟唵蔚膱龊咸结槻话言訌谋砻嫔咸崞饋?，只拖曳此原子走過表面到所需的位置．在單原子操縱過程中，根據(jù)STM探針到樣品的距離不同，其物理機制也不同．當距離較小時(<0.4nm)，隨著針尖和表面距離的減小，在相同偏置電壓條件下不僅使隧道電流大大增大(可以增大1－2數(shù)量級)，同時針尖和樣品表面距離“電子云”的部分重疊，使兩者之間的相互作用也大大增強，單原子操縱將受助于針尖和樣品表面的化學相互作用．當距離較大時(>0.6nm)，針尖和樣品之間的化學相互作用在單原子操縱過程中將不起主要作用，這樣，原子的操縱則主要取決于針尖和樣品之間的純電場和電流效應．
STM單原子操縱使人類第一次實現(xiàn)了用原子組成具有特定功能的人工結構，其應用前景非常廣闊．目前對STM單原子操縱的物理機制的理論研究仍局限于類似上文的定性探討．為了為STM單原子操縱實驗提供具體指導和幫助，量子的、定量的有關其機制的理論研究勢在必行，特別是基于量子理論對STM單原子操縱過程的理論模擬研究．
僅用STM進行單原子操縱，很難真正實現(xiàn)人們的夢想－在原子的層次對任意物質(zhì)進行“手術”．為了搬動我們所需的原子，目前STM所用的兩種方式都有一些明顯的缺陷，如可能會引起局部的化學鍵斷裂，造成表面產(chǎn)生結構性缺陷、相變等．另外，為將STM操縱的原子集合起來組成一個我們所需的具有特殊功能的人造分子或納米器件，必須克服一些原子間的能量勢壘，而STM在這方面無能為力．因此，與其它一些實驗手段(如激光相干控制技術)相結合來進行單原子操縱將是這方面研究的發(fā)展方向．用激光或其它裝置產(chǎn)生的電磁場去囚禁、操縱原子已有較多的技術和理論，但和STM相結合是一個全新領域．為了使這方面的實驗探索有一個堅實的基礎，理論工作有必要先行一步．
綜上所述，對STM成像和單原子操縱的研究是當前一個十分重要的研究領域，并且有廣泛的應用前景，其理論研究仍處于開拓階段，迫切需要從量子理論出發(fā)對有關成像機理、單原子操縱過程的理解．我們基于以上考慮和已有的工作基礎，用第一性原理方法和原子團簇模型，在量子理論層次上對STM的針尖，樣品表面，外電場等對STM成像和單原子操縱的影響進行系統(tǒng)而全面的理論研究．研究內(nèi)容具體包含四個方面：
1.外加電場下的不同STM針尖和樣品表面的結構和電子結構；
2.STM圖像的理論計算和模擬；
3.STM單原子操縱的物理機制和過程的理論模擬；
4.激光相干控制與STM單原子操縱技術結合的可行性．
神秘的反物質(zhì)
1930年英國物理學家狄拉克提出電子有兩種，除了有帶負電荷的電子外，還有帶正電荷的電子，這兩種電荷恰好一正一反，帶負電荷的電子叫正電子，帶正電荷的電子叫反電子．
長期以來，人們一直認為電子只有一種，所以對狄拉克的預言半信半疑．沒想到兩年以后狄拉克的預言得到了證實，美國物理學家安德森在實驗室果然發(fā)現(xiàn)了反電子．
后來人們陸續(xù)又發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子、反中子等等各種各樣的反粒子．反粒子發(fā)現(xiàn)的多了，人們自然會想到，既然物質(zhì)是由電子、質(zhì)子和中子組成的，那么是不是由反電子、反質(zhì)子和反中子組成的物質(zhì)就是反物質(zhì)呢？
于是科學家們設計好方案進行實驗，功夫不負有心人，科學家們終于在實驗室得到了結構比較簡單的反氘，這說明反物質(zhì)的設想并不荒唐．
反物質(zhì)這東西很神秘的，只要一露面，立即就會與正物質(zhì)結合，同時放出大量的能量．據(jù)說1908年中西伯利亞的通古斯大爆炸就是由于天外飛來一塊由反物質(zhì)組成的隕石，反物質(zhì)與正物質(zhì)通古斯河上空結合放出大量能量而造成的．
據(jù)估計，一克反物質(zhì)與正物質(zhì)結合時，放出的能量相當于世界上幾個水電站發(fā)電量的總和．科學家預測假如利用反物質(zhì)推動太空船，六星期到達火星將不是夢想．
但是，要利用反物質(zhì)，就必須首先找到反物質(zhì)，在地球上人們尚未找到可利用的反物質(zhì)．令人可喜的是科學家發(fā)現(xiàn)在地球之外十分遙遠的銀河系中心存在一個反物質(zhì)源，它噴射出一個“反物質(zhì)噴泉”，這些反物質(zhì)能不能為人類所利用至今還是個謎．
組成物質(zhì)的基本粒子
世界上的物質(zhì)形形色色，有好幾百萬種，它們是由什么組成的呢？有很長一段時間，人們以為構成物質(zhì)的最小微粒就是原子．
直至20世紀初，物理學家才發(fā)現(xiàn)原子并不是最小的“微?！彼怯稍雍撕碗娮咏M成的，而且原子核還可以分成更小的“小不點兒”．這些“小不點兒”都是原子世界的“居民”它們的種類很多．一開始人們只發(fā)現(xiàn)了電子、光子、質(zhì)子和中子，后來又發(fā)現(xiàn)了正電子、中微子、介子、超子、變子等等，物理學家把它們統(tǒng)稱為“基本粒子”．
1972年，我國高能物理研究所云南宇宙線觀測站，在宇宙線中發(fā)現(xiàn)了一種新的重質(zhì)量荷電粒子．
1974年秋天，以美籍物理學家丁肇中教授為首的研究小組，發(fā)現(xiàn)了一種新的重光子，命名為J粒子．
1979年，丁肇中教授又發(fā)現(xiàn)了一種新的重要的基本粒――膠子．
據(jù)統(tǒng)計，科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了300多種基本粒子，科學家們把它們分成了四個大家族：
（1）夸克家族．它一共包括6種不同類型的夸克，它們是組成原子核或亞核粒子的最小微粒．
（2）輕子家族．它一共包括6種不同類型的輕子．我們熟悉的電子就是輕子家族的一員．
（3）傳遞力的粒子家族．其中有傳遞強力或核力的膠子，傳遞電磁力的光子和傳遞弱力的中間玻色子和Z°粒子．
（4）反粒子家族．它是指對于夸克和輕子中每一種粒子都有相對應的反粒子，反粒子的特點是與原粒子的質(zhì)量相同，但所帶的電荷相反．
這些基本粒子，是不是物質(zhì)世界“最基本”的微粒呢？科學家的回答是否定的，他們還在繼續(xù)探索，不久的將來，人們艱難個進入更小的微觀世界．