Az óra típusa: Lecke-workshop kutatási feladatokkal a mikrorészecskék azonosításának problémájának megvalósítására.
A munka szervezése: Együttműködésen alapuló tanulás kiscsoportos műszakos csapatokban.
Az óra időtartama: 2 lecke.
Osztály: 11.
Az óra céljai és céljai:
Értékelve:
Anyagok és felszerelések:
Az órák alatt:
A tanár beszéde: Az atomok és mikrorészecskék olyan kicsik, hogy nemhogy egyetlen érzékszervünkkel sem érzékelik, de még elektronmikroszkóppal sem különböztethetők meg. Hová jutottunk részletes információk a mikrovilágról? Miért beszélünk ilyen magabiztosan az atomok, atommagok, elemi részecskék tulajdonságairól és paramétereiről? Amikor a fizikusok azt mondják, hogy a mikrovilág tárgyai rendkívül kicsik (összehasonlításképpen: egy mikrorészecske - egy alma - a földgömb), óriási sebességgel mozognak, és a mikrovilágban végbemenő folyamatok rendkívül gyorsak, hogyan fogadják ezt az információt, hogyan mérik a mikrorészecskékre jellemző értékeket? Milyen eszközöket használnak? Hogyan jönnek létre a nukleáris kölcsönhatások törvényei? Kétségtelen, hogy a mikrovilág törvényei megismerhetők; A mikrokozmosz fizikájának számos megoldatlan problémája van, de ma már mérnöki tudomány. A tudósok lézert építettek, nukleáris reaktor építésével vonták ki a feledésből az atomenergiát, közös erőfeszítésekkel próbálják megoldani a szabályozott termonukleáris fúzió problémáját, ma már mesterségesen hoznak létre transzurán elemeket és radioaktív izotópokat. Mi az a "konyha" főbb felfedezések magfizikában?
A tanár beszéde: Tudós - kísérletező finom érzékeny berendezés segítségével, anélkül, hogy magát a mikrorészecskét látná, az anyagban hagyott nyomai alapján meghatározza mind a részecske anyagon való áthaladásának tényét, mind a mikrorészecskék eredményét stb. A különböző eszközök működési elve eltérő, de közös mindegyikben az, hogy egy anyagon (nyomaiban) áthaladó mikrorészecske által kiváltott hatások olyan értékekig fokozódnak, amelyek az érzékszerveinket is érinthetik.
1. üzenet. Mikroobjektumok kölcsönhatása anyaggal. A töltött részecskék - kvantumok és neutronok - regisztrálásának módszerei.
2. üzenet. A pályaberendezések működési elve, előnyei és hátrányaik. ,,
Az üzenet anyaga megtalálható az internetes forrásban
A tanár beszéde: A kísérleti adatok elsődleges feldolgozásával a magfizika, az elemi részecskék átalakulásának kinematikája foglalkozik. A kinematika nem a részecskekapcsolatok, a természet szimmetriájának stb. összes rejtvényének és titkának megfejtését tűzi ki feladatul, de lehetővé teszi az általános fizikai fogalmak és törvényszerűségek alapján, pontos számítások és számítások alapján, hogy megmérjük a részecskekapcsolatok paramétereit. mikrorészecskéket és azonosítani, segít belátni, mi az, ami meghaladja a berendezés erejét; a kinematikai ismeretekkel felvértezett fizikus sokszor többet lát, és időnként megvan az előrelátás (új mikrorészecskék felfedezése) ajándéka.
3. üzenet. Töltött részecskék nyomvonalainak tanulmányozása.
A tanár beszéde: A megmaradási törvények különleges szerepet játszanak a magfizikában: egyrészt kognitív eszköz, másrészt igazságkritérium (ha a készülékek azt mutatják, hogy az energia vagy a lendület a kölcsönhatás vagy átalakulás után nem marad meg, akkor ez azt jelenti, hogy egy, vagy akár több észrevétlen részecske volt ). A makrokozmoszból a mikrokozmoszba való átmenet során a természetvédelmi törvények különösen hatékonyan kezdenek működni. Az alapelv a mikrokozmoszban működik: „Minden, amit a természetvédelmi törvények nem tiltanak, szükségszerűen megtörténik.
4. üzenet. A töltött részecskék mozgása mágneses térben. (CD "Open Physics")
Az üzenet anyaga megtalálható az internetes forrásban
5. üzenet. Megmaradási törvények a magfizikában. Mikrorészecskék ütközésének vizsgálati módszerei. ,,
Az üzenet anyaga az internetes forrásból elérhető.
Mikrocsoportos munka teoretikusok vezetésével.
A tanár beszéde: A matematikai kutatási módszereken alapuló modern fizika fizikai kísérlettel kombinálva lehetővé teszi a szinte „mérhetetlen” elemi részecskék menet közbeni mérését és azonosítását. Ha nincs mód arra, hogy megtegye és maga ellenőrizze, akkor a megértés illúziója merül fel. Az információszerzés mechanizmusának megértéséhez a következő feladatok elvégzését javaslom:
1. Feladat. Azonosítsa a részecskéket a mágneses térben lévő nyomuk alapján. Tanulja meg megítélni a mikrorészecskék mozgását a pálya vastagsága és görbülete alapján.
2. feladat. Azonosítsa a részecskéket a mágneses térben lévő nyomuk alapján. Tanuld meg meghatározni a mikrorészecskék töltés előjelét, mozgási irányát, mozgási energiájának változását.
3. feladat. Vizsgálja meg a széteső csillagokat tartalmazó fényképeket. Tanuld meg azonosítani a bomlási magokat. Győződjön meg a vágányok görbületi sugarainak közelítő meghatározására szolgáló módszerek objektivitásáról.
A fényképen (1. ábra) az atommagok (az úgynevezett bomlási „csillagok”) bomlása során keletkezett részecskék nyomai láthatók a Wilson-kamrában. A magbomlást a nyíl által jelzett irányba mozgó 90 MeV-os neutronok hatása okozza. A képen három bomlási „csillag” és egy proton teljes tartománya látható, 1,8 MeV kezdeti kinetikus energiával. A fényképezőgépet egyenletes mágneses térbe helyezik, amelynek indukciója 1,3 T, a fényképre merőlegesen.
1.opció.
Nézze meg a pályát, és határozza meg a proton irányát.
Számítsa ki a kör sugarát a proton ismert energiájával! kezdeti szakaszban a mozdulatait.
Mérje meg a kör sugarát az egyik módszerrel a proton mozgásának kezdeti szakaszában. Következtetést vonjon le a használat jogszerűségéről.
Miért változik a protonpálya görbülete a mozgás vége felé? Számítással erősítse meg a feltételezést.
A bomlás csillagában a volt reakció:? + n> 3n + 2H + 2He. Fejezze be a reakciót, és határozza meg, hogy a csillagból kiinduló nyomok melyik protonokhoz tartoznak és melyek? - részecskék.
2. lehetőség.
Határozza meg az erővonalak irányát! mágneses mező... Miért mozog egy proton egy egyenletes mágneses térben egy körív mentén, és miért görbülnek a többi részecskék nyomai?
Adja meg az okokat, amelyek miatt a részecskepálya vastagsága és görbülete a futás vége felé növekszik.
Mérje meg a protonpálya görbületi sugarait a mozgás kezdeti és végső szakaszában az egyik módszerrel, és számítsa ki a lendületét a pálya elején és végén. Mi a proton lendületének változása? Ez az eredmény alátámasztja feltételezését?
Hogyan lehet azonosítani a bomlási atommagot a bomlócsillagot alkotó részecskék nyomaiból? Milyen törvényeket kell alkalmazni?
Amelyik mag egy ponton szétesett v neutronok hatására, ha nyomokban négy a- részecskék? Miért különbözik az 1. és 2. pálya hossza és vastagsága?
Ellenőrző feladatok.
Hogyan változik a részecskék energiája és lendülete anyagi közegben való mozgásuk során? Ha a nyomokat levágják, az azt jelenti, hogy a részecskék megállnak?
Ön szerint mennyire objektív a vágányok görbületi sugarainak közelítő meghatározásának módszere?
Hogyan lehet azonosítani a bomlási magokat? Miféle fizikai törvények, nukleáris reakciókban végrehajtott, segít ebben?
Hogyan szerezhető információ a bomlástermékekről, ha ismertek a bomlási magok?
4. feladat. Tanuld meg elemezni a relativisztikus részecskék mozgását (a pozitron példáján).
5. feladat. Tanulja meg elemezni a mikrorészecskék („villák”) ütközéseiről készült fényképeket, alkalmazva a lendület- és energiamegmaradás törvényeit.
6. feladat. Ellenőrizze az impulzusmegmaradás törvényének megvalósíthatóságát mikrorészecskék ütközésekor, és határozza meg az ütközés jellegét (rugalmas, rugalmatlan).
A fotó (2. ábra) az interakciót mutatja a- bizonyos maggal rendelkező részecskék, fotoemulziós módszerrel megfigyelve. Egy részecske energiája és úthossza közötti összefüggést egy fényképes emulzióban a kísérletileg kapott „út - energia” görbék mutatják (1. grafikon - a- részecskék). A fényképen látható részecskék relativisztikus hatásai elhanyagolhatóak.
1.opció.
Mérjük meg a szórási szöget a-részecskék. A sínek milyen tulajdonságai teszik lehetővé a szórási és a visszarúgási szögek megkülönböztetését?
Határozza meg a futásteljesítményt a- az ütközés utáni részecskék milliméterben, és a skála segítségével mikrométerben fejezzék ki.
Határozza meg az energiát a- részecskék ütközés után (MeV-ban) a „tartomány - energia” görbék segítségével (1. ábra).
Miért felel meg egy részecske energiájának egy bizonyos értéke egy adott közegben megtett útjának meghatározott hosszának? Használhatók-e a javasolt „futás-energia” görbék? a-részecskék mozognak a Wilson-kamrában?
Számítsa ki a lendületet a-részecske ütközés után, nem relativisztikus részecskének tekintve.
2. lehetőség.
Állapítsa meg a fénykép alapján, hogy a pályák mely részecskékhez tartoznak. Határozza meg a visszarúgás magját.
Határozza meg a visszarúgás mag tartományát az ütközés után milliméterben, és a skála segítségével fejezze ki mikrométerben.
Hogyan függ a pálya hossza a közeg tulajdonságaitól? Mi az előnye a fotoemulziós módszernek a töltött részecskék nyomainak rögzítésének más módszereivel szemben?
Határozza meg a visszapattanó mag ütközés utáni energiáját (MeV-ban) a „tartomány - energia” görbék segítségével (2. ábra).
Számítsd ki a visszapattanó mag lendületét az ütközés után, feltételezve, hogy nem relativisztikus részecske!
3. lehetőség.
Hogyan befolyásolja a sugárzás természete a nyomtávot homogén közegben, például fényképészeti emulzióban? Mi határozza meg egy adott típusú részecskék nyomvonalának hosszát?
Határozza meg a futásteljesítményt a-részecske ütközés előtt, és becsülje meg energiáját a „tartomány - energia” görbékből. Mi a hátránya ennek az energiameghatározási módszernek?
Határozza meg a futásteljesítményt és a mozgási energiát a- a részecskéket a görbék "tartomány - energia" ütközése után, és kiszámítja a kinetikus energiát ezekből az adatokból a-részecskék ütközés előtt. Hasonlítsa össze a kapott eredményeket, értékelje az egyes módszerek kinetikus energia meghatározásának megbízhatóságát.
Határozza meg a lendületet a-részecskék a visszarúgási maggal való ütközésük előtt, számlálás a A részecske egy nem relativisztikus részecske. Hogyan lehet ezt bizonyítani a-részecske nemrelativisztikus részecskének tekinthető?
Megkülönböztethető-e a rugalmas ütközés a rugalmatlan ütközéstől a fényképről?
Ellenőrző feladatok.
Vigye át a részecskék nyomait a pauszpapírra, és egy bizonyos léptékben (4 mm - 10 kg · m / s) konstruálja meg a részecskék momentumának vektorait. Keresse meg az eredő impulzust a paralelogramma szabály segítségével.
Ellenőrizze, hogy ebben a kölcsönhatásban teljesül-e a lendület megmaradásának törvénye. Mikor vitatható, hogy teljesül a lendület megmaradásának törvénye?
Határozza meg a részecskék kölcsönhatásának természetét (rugalmas, rugalmatlan) úgy, hogy összehasonlítja a részecskék kölcsönhatás utáni teljes kinetikus energiáját a mozgási energiával a-részecskék ütközés előtt. Milyen alapon vonható le következtetés az ütközés természetére vonatkozóan?
Mit További információ a részecskékről el lehet érni a nyomok fajtájával?
7. feladat. Tanulja meg elemezni a mikrorészecskék („villák”) ütközéséről készült fényképeket a „futási energia” görbék segítségével egy adott környezetben.
Munkaszervezés: minden kísérletező csoport egy feladatot kap, míg a csoport minden tagja elvégzi a feladat részét (változatát). Az elméleti szakemberek egy csoportja ad tanácsot. Figyelem: az eredményekből egyéni munka mindegyik a csoportos és a kollektív munka eredményétől függ. Másrészt mind a csoportos, mind a kollektív önálló munka eredményeit mindannyian felhasználhatják a további tevékenységekben. Ezért rendkívül fontos nem csak a tanulmányi siker, hanem az együttműködés sikere is.
A csoportvezetők beszámolója a feladat végrehajtásáról (lásd a feladatokat az ellenőrzéshez), a csoport- és kollektív munka eredményeinek megbeszélése, általánosítása. A kollektív önálló munka eredményeinek felhasználása az önellenőrzési feladatok elvégzésekor
Záró beszéd a tanártól: A mai órán éppen a mikrovilág fizikájának egyik területét érintettük, de szerintem ettől az érintkezéstől leszel „látottabb”, mert megtanultál információt kinyerni látszólag azonos képekből. Most már értékelheti az emberi elme erejét, találékonyságát és a talált megoldások zseniális egyszerűségét, amelyek sok tudós generáció önzetlen munkáján alapulnak.
Milyen kutatásokat végeznek ma a mikrovilág fizikájával kapcsolatban? Milyen problémákkal kell szembenéznie a jövőben? A mai napig azt mérték, amit könnyű mérni. Meg kell tanulnod mérni a „mérhetetlent”. Ez a kérdés szorosan kapcsolódik a problémához további fejlődés mérési technikák, új elméleti nézetek vonzása és számítástechnika. Javítani kell a mérések pontosságát. A magállandók mérési pontosságának növelése összefügg például az azonos típusú elemi részecskék azonosságának problémájának megoldásával (például a mérési pontosság növelésével). atomtömegek, izotópokat fedeztek fel). Aktuálisak a nagyon ritka folyamatok regisztrálásának, az elemi részecskék szerkezetének kísérleti vizsgálatának stb.
Jelenleg a tudósok előtt nem annyira a "világgépek" - gyorsítók - felépítése áll az információk új energiatartományban történő felhalmozására, hanem a meglévő információk feldolgozása, rendezése, annak feldolgozása. átfogó elemzés, harmonikus tudásrendszer felépítése a kutatás tárgyáról - elmélet. Lehetséges, hogy a legjobb módszer az intenzitás elméleti kutatás elektronikus számítógépek segítségével, számítási „kísérletek” alkalmazásában.
Mit ad a mikrofizika továbbfejlesztése a társadalom egészének? Hogyan valósítható meg az elért eredményei termelési terület? Meddig segít a fejlesztésére fordított kiadások növelése közös érdeklődési kör emberiség, a társadalom egészének fejlődése? A mikrofizika jelentősége csak ideológiai szerepére korlátozódik? Ez vitakérdések, amire csak a jövő tud válaszolni. De amint azt a tapasztalat mutatja, az alaptudományok felfedezései döntő hatással vannak a technológiára és a társadalom fejlődésére.
Hajtsa végre a „Töltött részecskék nyomainak tanulmányozása kész fényképekről” feladatot a 1. ábra segítségével. 8.16 fizika tankönyv a 11. osztály számára, szerk. A.A. Pinsky iskoláknak és osztályoknak a fizika elmélyült tanulmányozásával. Milyen kérdések vethetők fel és oldhatók meg a javasolt pályák elemzésével?
(Meghosszabbított). Egyéni megbízás problémák megoldására. Tanácsadó segítség a következő internetes forrásban található: http://www.ibmh.msk.su/vivovoco/quantum/2001.01/PRKT_1_01.PDF
Az óra előkészítése során a következő szakirodalmat használtuk fel:
MKOU SHR "5. számú iskola"
"A bölcsesség iskolája"
Laboratóriumi munka 6. szám 11. évfolyam
"Töltött részecskék nyomainak tanulmányozása kész fényképekről"
2015 év
Shelekhov
Magyarázatok a munkához.
A laboratóriumi munka elvégzésekor emlékezni kell arra, hogy:
A) a pálya hossza a részecske energiájától függ. Minél nagyobb a pálya hossza, annál nagyobb a részecske energiája (és minél kisebb a közeg sűrűsége);
B) pálya vastagsága a részecsketöltés értékétől függ... Minél nagyobb a pálya vastagsága, annál nagyobb a részecske töltése és annál kisebb a sebessége;
V) A pálya görbülete a részecske tömegétől és sebességétől függ. Amikor egy töltött részecske mozog a mágneses térben, a nyomvonala görbültnek bizonyul, és minél nagyobb a pálya görbületi sugara, minél nagyobb a részecske tömege és sebessége, és annál kisebb a töltése és a mágneses tér modulusa. indukció. A részecskék a pálya végétől nagy görbületi sugárral a kisebb görbületi sugárral a végére mozognak.
1. Feladat.
2. feladat.
190. ábra
3. feladat.
190. ábra
4. feladat.
190. ábra
Fejezze be a kutatást a kérdések megválaszolásával.
1. Miért különböznek a különböző részecskék nyomvonalai?
2. Miért nem azonos a különböző részecskék pályavastagsága?
3. Miért változik a részecskepálya görbülete az idő múlásával?
Téma: Laboratóriumi munka "Töltött részecskék nyomainak vizsgálata kész fényképekről"
én szint. Elméleti információk
Egy Wilson-kamera segítségével a mozgó töltött részecskék nyomait (nyomait) figyeljük meg és fényképezzük le. A részecskepálya mikroszkopikus méretű víz- vagy alkoholcseppek lánca, amely e folyadékok túltelített gőzeinek ionokon történő kondenzációja eredményeként keletkezik. Az ionok egy töltött részecske és a kamrában lévő gőzök és gázok atomjaival és molekuláival való kölcsönhatása eredményeként jönnek létre.
Amikor egy részecske kölcsönhatásba lép egy atom elektronjával, az elektron olyan impulzust kap, amely egyenesen arányos a részecske töltésével és fordítottan arányos a részecske sebességével. Egyeseknek ez is elég kiváló érték impulzus hatására az elektron leválik az atomról és az utóbbi ionná alakul. A részecske útvonalának minden egységén minél több ion (és ennek következtében folyadékcsepp) keletkezik, annál nagyobb a részecske töltése és annál kisebb a sebessége. Kövesse tehát azokat a következtetéseket, amelyeket tudnod kell ahhoz, hogy "elolvashasd" a részecskenyomok fényképét:
Ha a Wilson-kamrát mágneses térbe helyezzük, akkor a benne mozgó töltött részecskékre a Lorentz-erő hat, ami (abban az esetben, ha a részecskesebesség merőleges a mágneses vonalakra): 
, hol a részecsketöltés; 
- sebesség; 
- mágneses indukció.
A bal oldali szabály azt mutatja, hogy a Lorentz-erő merőleges a részecskesebességre, ezért centripetális erő: 
, ahol 
- részecsketömeg; 
A nyomvonal görbületi sugara.
Innen kapjuk: 
.
Ha 
(azaz a részecske nem relativisztikus), akkor a kinetikus energiája egyenlő: 
.
A kapott képletekből olyan következtetések vonhatók le, amelyeket a részecskenyomok fényképeinek elemzéséhez is fel kell használni:
A pálya görbületi sugara a részecske tömegétől, sebességétől és töltésétől függ. Minél kisebb a sugár (azaz a pálya görbülete nagyobb), annál kisebb a részecske tömege és sebessége, és annál nagyobb a töltése. A részecske energiája és nyomvonalának görbülete közötti összefüggésből látható, hogy az egyenes vonalú mozgástól való eltérés nagyobb, ha a részecske energiája kisebb.
Mivel a részecskesebesség az út vége felé csökken, a pálya görbületi sugara is csökken. A görbületi sugár megváltoztatásával meghatározható a részecske mozgási iránya: mozgásának kezdete, ahol a pálya görbülete kisebb.
Részecskenyomok a Wilson kamrában Proton pályák
II szint. Emlékezzünk vissza az elmélet főbb rendelkezéseire
III szint. Próbálja teljesíteni a feladatokat
Az alábbi, nukleáris sugárzás rögzítésére szolgáló eszközök közül melyikben okoz egy gyors töltésű részecske áthaladása folyadékcseppek nyomát a gázban?
A. Geiger-számláló;
B. Wilson Kamara;
B. Buborékkamra;
D. Vastagrétegű fényképészeti emulzió;
E. Cink-szulfid bevonatú szita.
A. ... gőzbuborékok;
B. ... folyadékcseppek;
B. ... a részecske fajlagos töltése;
G. ... egy részecske energiája és tömege.
Legyen megfelelő.
1. A Wilson kamrájában lévő pálya a következőkből áll:
2. A pálya hossza és vastagsága alapján meghatározhatja ...
3. A pálya sugara alapján meghatározhatja ...
Az ábrán egy elektron nyomvonala látható egy Wilson-kamrában, mágneses térbe helyezett. Milyen irányban mozgott az elektron?
Az ábrán egy proton nyomvonala látható egy Wilson-kamrában, mágneses térbe helyezett. Milyen irányba repül a részecske?
Az ábra két részecske nyomát mutatja a Wilson-kamrában. Mi a részecsketöltés előjele, ha a mágneses indukció vonalai merőlegesek a rajz síkjára és az olvasótól elfelé irányulnak? A részecskék tömege azonos?
A negatív mezon mozgásának meghatározásához a Wilson-kamrában ólomlemezeket helyeznek el, és a kamra mágneses térben van. Magyarázza el, hogyan határozható meg a részecske mozgási iránya!
V szint. Ez nehéz feladat, viszont ha megoldod, érezhető lépést teszel a fizika tudásában, minden okod meglesz arra, hogy a korábbinál nagyobb tisztelettel bánj magaddal
Munkaleírás: A munka két töltött részecske nyomvonalának kész fényképével történik (az egyik a protonhoz, a másik az azonosítandó részecskeé). A mágneses tér indukciós vonalai merőlegesek a fénykép síkjára. Mindkét részecske kezdeti sebessége azonos és merőleges a fénykép szélére.
Egy ismeretlen részecskét úgy azonosítanak, hogy összehasonlítják q / m fajlagos töltését egy proton fajlagos töltésével. A Lorentz-erő hatására egy töltött részecske R 1 sugarú körben mozog. Newton második törvénye szerint F l = ma vagy qνB = mv 2 / R 1. Honnan Egy protonhoz hasonlóan
A fajlagos töltések aránya fordítottan arányos a vágányok sugarainak arányával: A pálya görbületi sugarának mérésére két húrt húzunk, és azokra a merőlegeseket a húrok középpontjaiból visszaállítjuk. A kör középpontja ezeknek a merőlegeseknek a metszéspontjában van. A sugarát vonalzóval mérjük.
A munka megvalósítása: 1. Tekintse meg a fényképet két töltött részecske nyomvonaláról - fényelemek magjairól! Az I. pálya a protonhoz, a II. pálya - az azonosítandó részecskéhez 2. Határozza meg a fényképen látható ismeretlen részecske elektromos töltésének előjelét
3. Vigye át a részecskék nyomvonalait a fényképről a pauszpapírra, és mérje meg az ismeretlen részecske nyomvonalának R 1 sugarát. 4. Ugyanígy mérje meg a képen látható protonpálya R 2 sugarát! 5. Hasonlítsa össze egy ismeretlen részecske és egy proton fajlagos töltéseit! 6. Írja be az összes kapott eredményt a táblázatba. 7. Azonosítsa a részecskét 8. Írja le a következtetést: mit mért és mi volt az eredmény! R 1, m R 2, m
Házi feladat Ismételje meg az R. 1199., 1202. §-t
