Vrsta lekcije: Lekcija-delavnica z uporabo raziskovalnih nalog za izvajanje problema identifikacije mikrodelcev.
Organizacija dela: Sodelujoče učenje v izmenskih skupinah majhnih skupin.
Trajanje lekcije: 2 lekciji.
Razred: 11.
Cilji in cilji lekcije:
Ocenjeno:
Materiali in oprema:
Med poukom:
Uvodni govor učitelja: Atomi in mikrodelci so tako majhni, da jih ne more zaznati ne samo naše čutilo, ampak jih ni mogoče razlikovati niti z elektronskim mikroskopom. Kje dobimo podrobne informacije o mikrosvetu? Zakaj s tako zaupanjem govorimo o lastnostih in parametrih atomov, jeder, osnovnih delcev? Ko fiziki pravijo, da so predmeti mikrosveta izredno majhni (za primerjavo: mikrodelec - jabolko - globus), se premikajo z ogromno hitrostjo, procesi v mikrosvetu pa so izjemno hitri, kako prejemajo te informacije, kako merijo vrednosti, ki so značilne za mikrodelce? Katere naprave se uporabljajo? Kako se določajo zakoni jedrskih interakcij? Nobenega dvoma ni, da so zakoni mikrosveta spoznavni; V fiziki mikrokozmosa je veliko nerešenih problemov, danes pa je to inženirska znanost. Znanstveniki so zgradili laser, jedrsko energijo iz pozabe izločili z izgradnjo jedrskega reaktorja, skupna prizadevanja poskušajo rešiti problem nadzorovane termonuklearne fuzije, danes se umetno ustvarjajo transuranski elementi in radioaktivni izotopi. Kaj je "kuhinja" najpomembnejših odkritij jedrske fizike?
Uvodni govor učitelja: Znanstvenik - eksperimentator s pomočjo fine občutljive opreme, ki ne vidi samega mikrodelca, glede na njegove sledi, ki so ostale v njegovem rezultatu itd.) Mikrodelcev. Načelo delovanja različnih naprav je različno, vendar je vsem skupno to, da se učinki, ki jih povzroči mikrodelec pri prehodu skozi snov (njene sledi), povečajo na vrednosti, ki lahko vplivajo na naše čutne organe.
Sporočilo 1. Interakcija mikropredmetov s snovjo. Metode za registracijo nabitih delcev - kvanti in nevtroni.
Sporočilo 2. Načelo delovanja tirnih naprav, njihove prednosti in slabosti. ,,
Gradivo za sporočilo lahko vzamete na internetnem viru
Uvodni govor učitelja: Primarna obdelava eksperimentalnih podatkov se obravnava na področju jedrske fizike, imenovane kinematika transformacije osnovnih delcev. Kinematika ne postavlja naloge razreševanja vseh ugank in skrivnosti razmerij delcev, simetrije narave itd., Vendar na podlagi splošnih fizikalnih pojmov in zakonov, na podlagi natančnih izračunov in izračunov omogoča merjenje parametrov mikrodelcev in jih prepoznati, pomaga videti, kaj je zunaj moči opreme; fizik, oborožen z znanjem kinematike, vidi veliko več in ima včasih dar predvidevanja (odkritje novih mikrodelcev).
Sporočilo 3.Študija sledi nabitih delcev.
Uvodni govor učitelja: Ohranitveni zakoni imajo v jedrski fiziki posebno vlogo: so hkrati kognitivno orodje in merilo resničnosti (če naprave pokažejo, da se energija ali zagon po interakciji ali transformaciji ne ohranita, potem to pomeni, da je bil en ali celo več neopaženih delcev). Pri prehodu iz makrokozmosa v mikrokozmos začnejo ohranitveni zakoni delovati še posebej učinkovito. V mikrokozmosu deluje načelo: »Vse, kar ni prepovedano z zakoni ohranjanja, se nujno zgodi.
Sporočilo 4. Gibanje nabitih delcev v magnetnem polju. (CD "Odprta fizika")
Gradivo za sporočilo lahko vzamete na internetnem viru
Sporočilo 5. Ohranitveni zakoni v jedrski fiziki. Metode za preučevanje trkov mikrodelcev. ,,
Gradivo za sporočilo lahko vzamete na internetnem viru.
Mikroskupinsko delo pod vodstvom teoretikov.
Uvodni govor učitelja: Sodobna fizika, ki temelji na matematičnih raziskovalnih metodah v kombinaciji s fizičnim poskusom, omogoča merjenje "na letenje", identificiranje skoraj "neizmernih" - osnovnih delcev. Če ni možnosti, da bi to naredili in sami preverili, se pojavi iluzija razumevanja. Za razumevanje mehanizma pridobivanja informacij predlagam, da izvedete naslednje naloge:
Vaja 1. Prepoznajte delce po njihovih sledi v magnetnem polju. Naučite se presojati gibanje mikrodelcev po debelini in ukrivljenosti sledi.
2. naloga. Prepoznajte delce po sledi v magnetnem polju. Naučite se določiti znak naboja, smer gibanja, spremembo kinetične energije mikrodelcev.
Naloga 3. Preglejte fotografije z razpadlimi zvezdami. Naučite se prepoznati jedra razpada. Prepričajte se o objektivnosti metod za približno določitev polmerov ukrivljenosti tirov.
Fotografija (slika 1) prikazuje sledi delcev, pridobljenih med razpadom atomskih jeder (tako imenovane "zvezde" razpada) v Wilsonovi komori. Jedrski razpad je posledica delovanja nevtronov 90 MeV, ki se gibljejo v smeri puščice. Slika prikazuje tri "zvezde" razpada in celotno območje enega protona z začetno kinetično energijo 1,8 MeV. Kamera je postavljena v enakomerno magnetno polje z indukcijo 1,3 T, usmerjeno pravokotno na fotografijo.
Možnost 1.
Poglejte progo in določite smer protona.
Izračunajte polmer kroga v začetni fazi njegovega gibanja z uporabo znane energije protona.
Polmer kroga izmerite na enega od načinov na začetni stopnji gibanja protona. Naredite zaključek o zakonitosti njegove uporabe.
Zakaj se ukrivljenost protonske sledi spremeni proti koncu gibanja? Predpostavko potrdite z izračunom.
V zvezdi razpada ampak prišlo je do reakcije :? + n> 3n + 2H + 2He. Dokončajte reakcijo in ugotovite, katere sledi, ki izvirajo iz zvezde, pripadajo protonom in katere? - delci.
Možnost 2.
Določite smer linij magnetnega polja. Zakaj se proton v enotnem magnetnem polju premika vzdolž krožnega loka, sledi drugih delcev pa so ukrivljene?
Navedite razloge, zakaj se debelina in ukrivljenost sledi delcev povečata proti koncu teka.
Na enega od načinov izmerite polmere ukrivljenosti protonske sledi na začetni in zadnji stopnji gibanja ter izračunajte njen zagon na začetku in koncu poti. Kakšna je sprememba zagona protona? Ali ta rezultat podpira vašo domnevo?
Kako lahko razkrijemo jedro razpada po sledi delcev, ki tvorijo razpadajočo zvezdo? Katere zakone je treba uporabiti?
Katero jedro je v nekem trenutku razpadlo v pod vplivom nevtronov, če sledi štirih ampak- delci? Zakaj se tiri 1 in 2 razlikujeta po dolžini in debelini?
Nadzorne naloge.
Kako se energija in zagon delcev spreminjata med gibanjem v materialnem mediju? Če so sledi odrezane, ali to pomeni, da so delci ustavljeni?
Kako objektivna je po vašem mnenju metoda približnega določanja polmerov ukrivljenosti tirov?
Kako je mogoče identificirati razpadajoča jedra? Kateri fizikalni zakoni, ki so izpolnjeni pri jedrskih reakcijah, pomagajo pri tem?
Kako je mogoče dobiti informacije o produktih razpadanja, če so znana jedra razpada?
Naloga 4. Naučite se analizirati gibanje relativističnih delcev (na primeru pozitrona).
Naloga 5. Naučite se analizirati fotografije trkov mikrodelcev ("vilice") z uporabo zakonov ohranjanja zagona in energije.
Naloga 6. Preverite izvedljivost zakona ohranitve zagona med trki mikrodelcev in določite naravo trka (elastično, neelastično).
Fotografija (slika 2) prikazuje interakcijo ampak- delci z določenim jedrom, opaženi s fotoemulzijsko metodo. Razmerje med energijo delca in njegovo dolžino poti v fotografski emulziji je prikazano na eksperimentalno dobljenih krivuljah »pot - energija« (graf 1 - za ampak- delci). Relativistične učinke za delce, prikazane na fotografiji, lahko zanemarimo.
Možnost 1.
Izmerite kot razprševanja ampak-delci. Katere značilnosti tirov vam omogočajo razlikovanje med koti sipanja in odboja?
Določite kilometrino ampak- delci po trku v milimetrih in jih z uporabo lestvice izrazijo v mikrometih.
Določite energijo ampak- delci po trku (v MeV) z uporabo krivulj »območje - energija« (slika 1).
Zakaj določena vrednost energije delca ustreza fiksni dolžini njegove poti v danem mediju? Ali je mogoče uporabiti predlagane krivulje "tekaške energije" za ampak-delci, ki se gibljejo v Wilsonovi komori?
Izračunajte zagon ampak-delec po trku, ki velja za nerelativistični delec.
Možnost 2.
Na fotografiji ugotovite, katerim delcem sledijo sledi. Opredelite jedro odboja.
Določite domet povratnega jedra po udarcu v milimetrih in ga z lestvico izrazite v mikrometih.
Kako je dolžina proge odvisna od lastnosti medija? Kakšna je prednost metode fotoemulzije pred drugimi načini snemanja sledi nabitih delcev?
Določite energijo jedra povratnega udarca po trku (v MeV) z uporabo krivulj »razpon - energija« (slika 2).
Izračunajte impulz trznega jedra po trku in predpostavite, da gre za nerelativistični delec.
Možnost 3.
Kako narava sevanja vpliva na dolžino sledi v homogenem mediju, na primer v fotografski emulziji? Kaj določa dolžino sledi določene vrste delcev?
Določite kilometrino ampak-delec pred trkom in ocenite njegovo energijo iz krivulj "obseg - energija". Kakšna je pomanjkljivost te metode določanja energije?
Določite kilometrino in kinetično energijo ampak-delci iz krivulj "območje - energija" po njihovem trku in iz teh podatkov izračunajo kinetično energijo ampak-delci pred trkom. Primerjajte dobljene rezultate, ocenite zanesljivost določanja kinetične energije po vsaki metodi.
Določite zagon ampak-delci pred trkom z jedrom odboja, štetje ampak-delec je nerelativističen delec. Kako to dokazati ampak-delec lahko štejemo za nerelativistični delec?
Ali je mogoče razlikovati elastične trke od neelastičnih trkov s fotografije?
Nadzorne naloge.
Sledove delcev prenesite na sledilni papir in v določenem merilu (4 mm - 10 kg · m / s) zgradite vektorje momentov delcev. Nastali impulz poiščite s pravilom paralelograma.
Preverite, ali je v tej interakciji izpolnjen zakon ohranjanja zagona. Kdaj lahko rečemo, da je zakon ohranjanja zagona izpolnjen?
Določite naravo interakcije delcev (elastičnih, neelastičnih) s primerjavo celotne kinetične energije delcev po interakciji s kinetično energijo ampak-delci pred trkom. Na podlagi česa je mogoče sklepati o naravi trka?
Katere dodatne informacije o delcih je mogoče pridobiti glede na vrsto sledi?
Naloga 7. Naučite se analizirati fotografije trka mikrodelcev ("vilice") z uporabo krivulj "energije teka" za dano okolje ".
Delovna organizacija: vsaka skupina eksperimentatorjev prejme eno nalogo, medtem ko vsak član skupine opravi svoj del naloge (varianta). Skupina teoretikov daje nasvete. Upoštevajte: rezultat skupinskega in skupinskega dela bo odvisen od rezultatov posameznega dela vsakega posameznika. Po drugi strani pa bo vsak od vas lahko uporabil rezultate skupinskega in kolektivnega samostojnega dela pri naslednjih dejavnostih. Zato je izjemnega pomena ne le vaš akademski uspeh, ampak tudi uspeh v sodelovanju.
Poročilo voditeljev skupin o izvajanju naloge (glej naloge za nadzor), razprava in posplošitev rezultatov skupinskega in kolektivnega dela. Uporaba rezultatov kolektivnega samostojnega dela pri opravljanju nalog za samokontrolo
Zaključna beseda učitelja: V današnji lekciji smo se pravkar dotaknili enega od področij fizike mikrosveta, vendar mislim, da boste zaradi tega stika postali bolj "vidni", ker ste se naučili izvleči informacije iz na videz enakih slik. Zdaj lahko cenite moč človeškega uma, njegovo iznajdljivost in iznajdljivo preprostost najdenih rešitev, ki temeljijo na nesebičnem delu številnih generacij znanstvenikov.
Kakšne raziskave fizike mikrosveta se danes izvajajo? S kakšnimi težavami se boste srečevali v prihodnosti? Do danes je bilo izmerjeno tisto, kar je enostavno izmeriti. Naučiti se moraš meriti »neizmerno«. Ta problem je tesno povezan s problemom nadaljnjega razvoja merilne tehnologije, privabljanjem novih teoretičnih pogledov in računskega aparata. Treba je izboljšati natančnost meritev. Povečanje natančnosti meritev jedrskih konstant je povezano na primer z rešitvijo problema identitete elementarnih delcev iste vrste (na primer s povečanjem natančnosti merjenja atomskih mas so bili odkriti izotopi ). Aktualni so problemi registracije zelo redkih procesov in eksperimentalne študije strukture elementarnih delcev itd.
Trenutno se znanstveniki soočajo z nalogami ne toliko pri izgradnji "svetovnih strojev" - pospeševalnikov - za zbiranje informacij v novem energetskem območju, temveč pri obdelavi in urejanju obstoječih informacij, njihovi celoviti analizi, izgradnji skladnega sistema znanja o predmet raziskovanja - teorija. Možno je, da je najboljši način okrepitev teoretskih raziskav s pomočjo elektronskih računalnikov, pri uporabi računalniških "eksperimentov".
Kaj daje nadaljnji razvoj mikrofizike družbi kot celoti? Kako je mogoče uresničiti njegove dosežke na proizvodnem področju? Kako dolgo bo povečanje porabe za njegov razvoj prispevalo k skupnim interesom človeštva in razvoju družbe kot celote? Ali je pomen mikrofizike omejen na njeno ideološko vlogo? To so sporna vprašanja, na katera lahko odgovori le prihodnost. Toda, kot kažejo izkušnje, odkritja v temeljnih vedah odločilno vplivajo na tehnologijo in razvoj družbe.
Izvedite nalogo »Proučevanje sledi nabitih delcev iz končnih fotografij« s pomočjo sl. 8.16 učbenik fizike za 11. razred, ur. A.A. Pinsky za šole in razrede s poglobljenim študijem fizike. Katera vprašanja je mogoče odkriti in rešiti z analizo predlaganih skladb?
(Podaljšano). Individualna naloga za reševanje problemov. Svetovalno pomoč najdete na internetnem viru http://www.ibmh.msk.su/vivovoco/quantum/2001.01/PRKT_1_01.PDF
Pri pripravi lekcije je bila uporabljena naslednja literatura:
MKOU SHR "Šola št. 5"
"Šola modrosti"
Laboratorijsko delo št. 6 razred 11
"Študija sledi nabitih delcev iz končnih fotografij"
Leto 2015
Šelehov
Pojasnila za delo.
Pri opravljanju tega laboratorijskega dela je treba zapomniti, da:
Ampak) dolžina sledi je odvisna od energije delca. Dolžina proge je večja, večja je energija delca (in manjša je gostota medija);
B) debelina sledi je odvisna od vrednosti naboja delcev... Debelina sledi je večja, večji je naboj delca in manjša je njegova hitrost;
IN) Ukrivljenost sledi je odvisna od mase in hitrosti delca. Ko se nabit delček premika v magnetnem polju, se izkaže, da je njegov tir ukrivljen, polmer ukrivljenosti sledi pa večji, večja je masa in hitrost delca ter nižji njegov naboj in modul magnetnega polja indukcija. Delci se premikajo od konca proge z velikim polmerom ukrivljenosti do konca z manjšim polmerom ukrivljenosti.
Vaja 1.
2. naloga.
Slika 190
Naloga 3.
Slika 190
Naloga 4.
Slika 190
Raziskavo zaključite tako, da odgovorite na vprašanja.
1. Zakaj so sledi različnih delcev različne?
2. Zakaj debelina sledi različnih delcev ni enaka?
3. Zakaj se ukrivljenost sledi delcev s časom spreminja?
Tema: Laboratorijsko delo "Študija sledi nabitih delcev iz končnih fotografij"
jaz ravni. Teoretični podatki
S pomočjo Wilsonove kamere opazujemo in fotografiramo sledi (sledi) premikajočih se nabitih delcev. Sled delca je veriga mikroskopskih kapljic vode ali alkohola, ki nastanejo kot posledica kondenzacije prenasičenih hlapov teh tekočin na ioni. Ioni nastanejo kot posledica interakcije nabitega delca z atomi in molekulami hlapov in plinov v komori.
Ko delec sodeluje z elektronom atoma, elektron prejme impulz, ki je neposredno sorazmeren z nabojem delca in obratno sorazmeren s hitrostjo delca. Pri določeni dovolj veliki vrednosti giba se elektron loči od atoma in slednji se spremeni v ion. Na vsaki enoti poti delcev nastane več ionov (in posledično kapljic tekočine), večji je naboj delca in manjša je njegova hitrost. Zato sledite sklepom, ki jih morate vedeti, da lahko "preberete" fotografijo sledi delcev:
Če je Wilsonova komora postavljena v magnetno polje, potem na nabite delce, ki se gibljejo v njej, vpliva Lorentzova sila, ki je (v primeru, ko je hitrost delcev pravokotna na magnetne črte): 
, kje je naboj delcev; 
- hitrost; 
- magnetna indukcija.
Levo pravilo kaže, da je Lorentzova sila pravokotna na hitrost delcev in je zato centripetalna sila: 
, kje 
- masa delcev; 
Je polmer ukrivljenosti njegove proge.
Od tu dobimo: 
.
Če 
(tj. delec je nerelativističen), potem je njegova kinetična energija enaka: 
.
Iz pridobljenih formul lahko sklepamo, da jih je treba uporabiti tudi za analizo fotografij sledi delcev:
Polmer ukrivljenosti sledi je odvisen od mase, hitrosti in naboja delca. Polmer je manjši (tj. Ukrivljenost sledi večja), manjša sta masa in hitrost delca in večji je njegov naboj. Iz razmerja med energijo delca in ukrivljenostjo njegove sledi je razvidno, da je odstopanje od pravokotnega gibanja večje, kadar je energija delca manjša.
Ker se hitrost delcev proti koncu poti zmanjšuje, se zmanjša tudi polmer ukrivljenosti sledi. S spreminjanjem polmera ukrivljenosti lahko določite smer gibanja delca: začetek njegovega gibanja, kjer je ukrivljenost sledi manjša.
Sledovi delcev v Wilsonovi komori Protonski sledi
II ravni. Spomnimo se glavnih določb teorije
III ravni. Poskusite dokončati naloge
V kateri od naslednjih naprav za beleženje jedrskega sevanja prehod hitrega nabitih delcev povzroči nastanek sledi kapljic tekočine v plinu?
A. Geigerjev števec;
B. Wilsonova zbornica;
B. Komora za mehurčke;
D. debeloslojna fotografska emulzija;
E. Sito, prevlečeno s cinkovim sulfidom.
A. ... parni mehurčki;
B. ... kapljice tekočine;
B. ... specifični naboj delca;
G. ... energija in masa delca.
Postanite skladni.
1. Skladbo v Wilsonovi komori sestavljajo ...
2. Po dolžini in debelini steze lahko določite ...
3. Po polmeru proge lahko določite ...
Slika prikazuje sled elektrona v Wilsonovi komori, postavljeni v magnetno polje. V katero smer se je gibal elektron?
Slika prikazuje sled protona v Wilsonovi komori, postavljeni v magnetno polje. V katero smer letijo delci?
Slika prikazuje sledi dveh delcev v Wilsonovi komori. Kakšen je znak naboja delcev, če so črte magnetne indukcije pravokotne na ravnino risbe in usmerjene stran od bralnika? Ali je masa delcev enaka?
Za določitev gibanja negativnega mezona na njegovi poti so svinčene plošče postavljene v Wilsonovo komoro, komora pa v magnetno polje. Pojasnite, kako je določena smer gibanja delca.
V ravni. To je težka naloga, če pa jo rešite, boste naredili opazen korak v poznavanju fizike, imeli boste vse razloge, da se do sebe ravnate bolj spoštovano kot prej.
Opis dela: Delo se izvede s končano fotografijo sledi dveh nabitih delcev (eden pripada protonu, drugi delcu, ki ga je treba identificirati). Indukcijske črte magnetnega polja so pravokotne na ravnino fotografije. Začetne hitrosti obeh delcev so enake in pravokotne na rob fotografije.
Neznanega delca identificiramo s primerjavo njegovega specifičnega naboja q / m s specifičnim nabojem protona. Pod delovanjem Lorentzove sile se nabit delček premika v krogu s polmerom R 1. Po drugem Newtonovem zakonu je F = ma ali qνB = mv 2 / R 1. Od tod tudi za protona
Razmerje specifičnih nabojev je obratno sorazmerno z razmerjem polmerov tirov: Za merjenje polmera ukrivljenosti tira se potegneta dva akorda in pravokotniki se jima povrnejo iz središč akordov. Središče kroga leži na presečišču teh pravokotnikov. Njegov polmer se meri z ravnilom.
Izvedba dela: 1. Oglejte si fotografijo sledi dveh nabitih delcev - jeder svetlobnih elementov. Pot I pripada protonu, sledi II - delcu, ki ga je treba identificirati 2. Določite znak električnega naboja neznanega delca na fotografiji
3. Prenesite sledi delcev s fotografije na sledilni papir in izmerite polmer R 1 sledi neznanega delca. 4. Na enak način izmerite polmer R 2 protonske sledi na fotografiji. 5. Primerjaj specifične naboje neznanega delca in protona. 6. V tabelo vnesite vse dobljene rezultate. 7. Prepoznajte delce 8. Zapišite zaključek: kaj ste izmerili in kakšen je bil rezultat. R 1, m R 2, m
Ponovitev domače naloge § R. 1199, 1202
.jpg)