Az óra típusa: Gyakorlati óra kutatási feladatokkal a mikrorészecskék azonosításának problémájának megvalósításához.

A munkaszervezés módja: Együttműködésen alapuló tanulás kis, rotációs csoportokban.

Az óra időtartama: 2 lecke.

Osztály: 11.

Az óra céljai és céljai:

• Tanítsd meg a tanulókat, hogy vizsgálják meg a töltött részecskék nyomait hosszúságuk, vastagságuk és görbületük alapján mágneses térben. Tanítsd meg azonosítani a részecskéket a nyomuk alapján kész fényképek segítségével: számítsd ki a részecskék fajlagos töltéseit, impulzusait, energiáit, határozd meg a töltés előjelét, különféle módszerekkel a pályák görbületi sugarának mérésére, ferde ütközések számítási módszereivel az impulzus- és energiamegmaradás törvényei alapján, valamint a mikrorészecskék energiájának meghatározása a „futásteljesítmény-energia” görbék segítségével adott környezetre.
• Folytassa a gyakorlati készségek és intellektuális képességek kialakítását a mikrorészecskéket jellemző fizikai mennyiségek mérésére („mérlegelési világok és atomok…”).
• A tanulók gondolkodásának fejlődésének elősegítése, a kognitív tevékenység aktiválása részleges keresési módszerrel problémahelyzet megoldása során különböző összetettségű (személyre orientált) kutatási feladatok segítségével;
• elősegíti a tanulási folyamat további differenciálódását és individualizálását.
• Fejleszteni kell a tanulókban azt a képességet, hogy általánosítsák és rendszerezzék a fényképeken szereplő nyomok elemzéséből nyert információkat, következtetéseket és következtetéseket alkossanak, és bizonyítékokat válasszanak ki az előterjesztett javaslatokhoz.
• Folytassa a mikrovilág jelenségeinek és tulajdonságainak megismerhetőségéről alkotott világnézeti elképzelés kialakítását.

Megtanítani a tanulókat az ok-okozati összefüggések azonosítására a mikrovilág jelenségeinek megismerhetőségében, feltárni a mikroobjektumokkal kapcsolatos információk jelentőségét a tudomány és a technológia számára.

• Folytassa az egyén kommunikatív tulajdonságainak fejlesztését a páros csoportos munka alkalmazásával a rotációs csoportokban végzett feladatokon.
• Elősegíteni a páros és csoportos együttműködést, feltételeket teremteni mind a csoport egésze szempontjából jelentős információk önálló megszerzéséhez, mind a javasolt feladat általános következtetéseinek kidolgozásához.
  Értékelve:
  Tanulmányi siker (általános következtetés – csoportos siker, egyéni munka egy feladaton – mindenki sikere).
  c) Közös következtetés levonásának képessége.

Anyagok és felszerelések:

• Fényképek töltött részecskék nyomaival, pauszpapírral, mikroszámítógépekkel, vonalzókkal, háromszögekkel, iránytűkkel, információs és módszertani anyagokkal.

Előadás „Töltött részecskék nyomvonalainak vizsgálata kész fényképek segítségével”, CD „Open Physics” LLC „PHYSIKON”, 1996-2001, (szerkesztette: S. M. Kozel MIPT professzor)

Az óra előrehaladása: A tanár nyitó beszéde:

Az atomok és a mikrorészecskék olyan kicsik, hogy nemhogy egyetlen érzékszervünkkel sem észlelhetők, de még elektronmikroszkóppal sem lehet őket megkülönböztetni. Hol kapunk részletes információkat a mikrokozmoszról? Miért beszélünk ilyen magabiztosan az atomok, atommagok és elemi részecskék tulajdonságairól és paramétereiről? Amikor a fizikusok azt mondják, hogy a mikrovilág objektumai rendkívül kicsik (összehasonlításképpen: mikrorészecske - alma - földgömb), óriási sebességgel mozognak, és a mikrovilágban zajló folyamatok rendkívül múlékonyak, akkor hogyan szerzik meg ezt az információt, hogyan mérik a mennyiségeket jellemző mikrorészecskék? Milyen eszközöket használnak? Hogyan jönnek létre a nukleáris kölcsönhatások törvényei? Kétségtelen, hogy a mikrovilág törvényei megismerhetők; A mikrovilág fizikájában számos megoldatlan probléma van, de ma már mérnöki tudomány. A tudósok lézert építettek, nukleáris energiát vontak ki a feledésből atomreaktor építésével, és közösen próbálják megoldani a szabályozott termonukleáris fúzió problémáját, ma már mesterségesen hoztak létre transzurán elemeket és radioaktív izotópokat. Mi a magfizika legfontosabb felfedezésének „konyhája”?

Az óra előrehaladása: 1. Beszámoló a teoretikusok egy csoportja által végzett munkáról.

A tudós-kísérletező finom érzékeny berendezéssel anélkül, hogy magát a mikrorészecskét látná, az anyagban hagyott nyomaiból meghatározza mind a részecske áthaladásának tényét az anyagon, mind a paramétereket, tulajdonságait (töltés, tömeg, energia; hogyan mozog) , történt-e ütközés és mi az eredménye stb.) mikrorészecskék. A különböző eszközök működési elve eltérő, de közös mindegyikben az, hogy egy anyagon (nyomaiban) áthaladó mikrorészecske által kiváltott hatások olyan értékekre fokozódnak, amelyek hatással lehetnek érzékszerveinkre. 1. üzenet.

• Mikroobjektumok kölcsönhatása anyaggal. A töltött részecskék - kvantumok és neutronok - rögzítésének módszerei.
• http://nuclphys.sinp.msu.ru/spargalka/new/a11.htm

http://uc.jinr.ru/librarykul.htm 2. üzenet.

A nyomkövető eszközök működési elve, előnyei és hátrányaik. , ,

• http://nuclphys.sinp.msu.ru/spargalka/new/a15.htm
• http://www.n-t.org/ri/kr/mg11.htm
• http://www.smb-support.org/bp/arhiv/2/det.htm http://www.krugosvet.ru/articles/22/1002278/1002278a4.htm

Az óra előrehaladása: A kísérleti adatok elsődleges feldolgozását a magfizika, az elemi részecskék átalakulásának kinematikájának nevezett területe végzi. A kinematika nem a részecskék közötti kapcsolatok, a természet szimmetriájának stb. minden rejtélyének és titkának megfejtését tűzi ki feladatul, hanem lehetővé teszi az általános fizikai fogalmak és törvények alapján, pontos számításokon és számításokon alapuló paraméterek mérését. mikrorészecskéket és azonosítani, segít meglátni, amit a berendezés nem tud; a kinematikai ismeretekkel felvértezett fizikus sokszor többet lát, és néha megvan az előrelátás (új mikrorészecskék felfedezése) ajándéka.

3. üzenet. Töltött részecskék nyomvonalainak tanulmányozása.

• Az üzenethez szükséges anyag beszerezhető a következő internetes forrásból: http://sm.aport.ru/scripts/template.dll?r=%E4%EB%E8%ED%E0+%F2%F0%E5%EA%EE% E2+% E7%E0%F0%FF%E6%E5%ED%ED%FB%F5+%F7%E0%F1%F2%E8%F6& id=46355972&Rt=4&Site=1& DocNum=1&DocID=5834849&HID=4
• http://phys.web.ru/db/msg.html?mid=1169723 (A pozitron felfedezése: történelmi információk) http://cnit.ssau.ru/organics/chem1/22_kvmex.htm (Mikrorészecskék mozgása a kvantummechanika nézőpontja).

Az óra előrehaladása: A megmaradási törvények különleges szerepet játszanak a magfizikában: egyrészt a tudás eszközei, másrészt az igazság kritériumai (ha a műszerek azt mutatják, hogy egy kölcsönhatás vagy átalakulás után az energia vagy a lendület nem marad meg, ez azt jelenti, hogy egy vagy akár több nem is észlelhető részecskék). A makrokozmoszból a mikrokozmoszba való átmenet során a megmaradás törvényei különösen hatékonyan kezdenek működni. A mikrokozmoszban a következő elv érvényesül: „Minden, amit a természetvédelmi törvények nem tiltanak, szükségszerűen megtörténik.

4. üzenet. Töltött részecskék mozgása mágneses térben. (CD „Open Physics”)

A nyomkövető eszközök működési elve, előnyei és hátrányaik. , ,

• http://www.ispu.ru/library/physics/tom2/3_1.html
• http://phys.web.ru/db/msg.html?mid=1174896 (Skobeltsyn D.V.: ​​életrajzi információk)
• http://kvant.mccme.ru/1979/04/dvizhenie_zaryazhennyh_chastic_v_elektricheskom_i_magnitnom_polyah.htm

5. üzenet. Megmaradási törvények a magfizikában. A mikrorészecskék ütközésének tanulmányozásának módszertana. , ,

Az üzenethez szükséges anyag beszerezhető egy internetes forrásból.

• http://www.college.ru/physics/op25part2/content/chapter6/section/paragraph8/theory.html
• http://www.philsci.univ.kiev.ua/biblio/Lakatos/11-2.html (A megmaradási törvények szerepe a magfizikában).

Mikrocsoportos munka teoretikusok irányításával.

Az óra előrehaladása: A matematikai kutatási módszereken alapuló modern fizika fizikai kísérletekkel kombinálva lehetővé teszi a szinte „mérhetetlen” elemi részecskék „menet közbeni” mérését és azonosítását. Ha nincs lehetőséged magad megtenni és ellenőrizni, akkor felmerül a megértés illúziója. 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 töltésének előjelét, mozgási irányát, mozgási energiájának változását.

3. feladat. Tanulmányozzon „bomlócsillagokat” tartalmazó fényképeket. Tanuld meg azonosítani a bomlási magokat. Erősítse meg a vágányok görbületi sugarának közelítő meghatározására szolgáló módszerek objektivitását.

A fényképen (1. ábra) az atommagok bomlása során keletkezett részecskék (az ún. „bomlócsillagok”) nyomai láthatók egy felhőkamrában. A magbomlást a nyíllal jelzett irányba mozgó 90 MeV energiájú neutronok működése 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 Tesla, a fényképre merőlegesen.

1. lehetőség.

Vizsgáljuk meg a nyomvonalat és határozzuk meg a proton mozgási irányát.

Az ismert protonenergia felhasználásával számítsa ki a kör sugarát a mozgás kezdeti szakaszában.

Mérje meg a kör sugarát az alábbi módok egyikével a protonmozgás kezdeti szakaszában. Vonjon le következtetést a használat jogszerűségéről.

Miért változik a protonpálya görbülete a mozgás vége felé? Számításokkal erősítse meg feltételezését.

Csillagromlásban A reakció történt: ? + 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 a mágneses erővonalak irányát! Miért mozog egy proton egy egyenletes mágneses térben körívben, míg más részecskék nyomvonalai görbültek?

Adja meg, hogy miért növekszik a részecskepálya vastagsága és görbülete a futás vége felé.

Hogyan azonosítható a bomlási mag a bomláscsillagot alkotó részecskenyomokból?

Milyen törvényeket kell alkalmazni? Melyik mag bomlott el azon a ponton V A neutronok hatására, ha a csillag középpontjából négy nyomai szállnak ki

- részecskék? Miért eltérő hosszúságú és vastagságú az 1. és 2. pálya?

Feladatok az ellenőrzéshez.

Hogyan változik a részecskék energiája és impulzusa az anyagi közegben való mozgás során? Ha a nyomok megállnak, az azt jelenti, hogy a részecskék megállnak?

Ön szerint mennyire objektív a vágányok görbületi sugarának közelítő meghatározására szolgáló módszer?

Hogyan lehet azonosítani a bomlási magokat? Milyen fizikai törvények, amelyek a nukleáris reakciókban érvényesülnek, segítik ezt?

Hogyan szerezhető információ a bomlástermékekről, ha ismertek a bomlási magok? 4. feladat.

Tanuld meg elemezni a relativisztikus részecskék mozgását (pozitron példáján). 5. feladat.

Tanulja meg elemezni a mikrorészecskék („villák”) ütközéseiről készült fényképeket a lendület- és energiamegmaradás törvényeinek alkalmazásával. 6. feladat.

Ellenőrizze az impulzusmegmaradás törvényének megvalósíthatóságát a mikrorészecskék ütközésekor, és határozza meg az ütközés jellegét (rugalmas, rugalmatlan). A A fénykép (2. ábra) a kölcsönhatást mutatja A- néhány maggal rendelkező részecskék, fotoemulziós módszerrel megfigyelve. A részecske energiája és a fotoemulzióban eltöltött út hossza közötti összefüggést a kísérletileg kapott „futásteljesítmény – energia” görbék mutatják (1. grafikon -

1. lehetőség.

- részecskék). A fényképen látható részecskékre vonatkozó relativisztikus hatások elhanyagolhatók. A Mérje meg a szórási szöget

-részecskék. A A pályák milyen jellemzői teszik lehetővé, hogy különbséget tegyünk a szórási és a visszarúgási szögek között?

Határozza meg a futásteljesítményt A- az ütközés utáni részecskék milliméterben, és a skála segítségével mikrométerben fejezzék ki.

Határozza meg az Energia fogalmát A- ütközés utáni részecskék (MeV-ban) a „távolság – energia” görbék segítségével (1. ábra).

Miért felel meg a részecskeenergiának egy bizonyos értéke egy rögzített úthossznak egy adott közegben? Használható-e a javasolt futásteljesítmény-energia görbék? A-felhőkamrában mozgó részecskék?

Fejezze be a reakciót, és határozza meg, hogy a csillagból kiinduló nyomok melyik protonokhoz tartoznak, és melyek? – részecskék.

Számítsa ki a lendületet

-részecskék ütközés után, nem relativisztikus részecskének tekintve.

Határozza meg a fénykép alapján, hogy a pályák mely részecskéihez tartoznak. Azonosítsa a visszacsapó magot.

Határozza meg a visszarúgási atommag ütközés utáni energiáját (MeV-ben) az utazási 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 nyomvonal hosszát homogén közegben, például fényképészeti emulzióban? Mi határozza meg egy adott típusú részecske nyomvonalának hosszát?

-részecskék. A-a részecske ütközés előtt, és a „távolság – energia” görbék segítségével becsülje meg az energiáját. Mi a hátránya ennek az energiameghatározási módszernek?

Határozza meg a futásteljesítményt és a kinetikus energiát A-a részecske ütközése után a „távolság – energia” görbék mentén, és ezekből az adatokból számítja ki a mozgási energiát A-részecskék ütközés előtt. Hasonlítsa össze a kapott eredményeket, értékelje az egyes módszerek kinetikus energia meghatározásának megbízhatóságát.

Határozza meg a lendületet A-részecske a visszarúgási maggal való ütközése előtt, számolás A-a részecske nem relativisztikus részecske. Hogyan lehet ezt bizonyítani A-nem relativisztikus részecskének tekinthető a részecske?

Meg lehet különböztetni a rugalmas ütközéseket a rugalmatlanoktól a fényképek alapján?

- részecskék? Miért eltérő hosszúságú és vastagságú az 1. és 2. pálya?

Vigye át a részecskék nyomait pauszpapírra, és egy meghatározott léptékben (4 mm - 10 kg m/s) konstruálja meg a részecske impulzusvektorait. A paralelogramma szabály segítségével keresse meg az eredő impulzust.

Ellenőrizze, hogy ebben a kölcsönhatásban teljesül-e a lendület megmaradásának törvénye. Milyen esetben mondhatjuk, 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 kinetikus energiával A-részecskék ütközés előtt. Milyen alapon vonhatunk le következtetést az ütközés természetére?

Milyen további információk nyerhetők a részecskékről a pályák típusából?

7. feladat. Tanulja meg elemezni a mikrorészecskék („villák”) ütközéseiről készült fényképeket a „futásteljesítmény-energia” görbék segítségével egy adott környezetben.

A munka szervezése: minden kísérletező csoport egy feladatot kap, minden csoporttag elvégzi a feladat részét (opció). A teoretikusok egy csoportja tanácsadói segítséget nyújt. Figyelem: mind a csoportos, mind a kollektív munka eredménye az egyes személyek munkájának eredményétől függ. Másrészt mind a csoportos, mind a kollektív önálló munka eredményeit mindannyian felhasználhatják a további tevékenységekben. Ezért nemcsak a tanulmányi, hanem az együttműködésben elért sikerek is rendkívül fontosak.

3. Összegzés

Csoportvezetők beszámolója a feladat elvégzéséről (lásd az ellenőrzési feladatokat), a csoport- és kollektív munka eredményeinek megbeszélése, szintézise. A kollektív önálló munka eredményeinek felhasználása az önellenőrzési feladatok elvégzésekor

A tanár utolsó szavai: A mai órán még csak a mikrovilág fizikájának egyik területével kerültünk kapcsolatba, de úgy gondolom, hogy ettől a kapcsolattartástól leszel „látottabb”, mert megtanultál információt kinyerni látszólag teljesen azonos fényképekből. Most megbecsülheti az emberi elme erejét, találékonyságát és a talált megoldások zseniális egyszerűségét, amelyek a tudósok sok generációjának elkötelezett munkáján alapulnak.

Milyen kutatásokat végeznek ma a mikrovilág fizikájában? Milyen problémákat kell még megoldani a jövőben? Ma, amit könnyű mérni, azt megmérték. Meg kell tanulnunk mérni a „mérhetetlent”. Ez a probléma szorosan összefügg a méréstechnika továbbfejlesztésének, az új elméleti nézetek és számítási apparátusok vonzásának problémájával. Javítani kell a mérések pontosságát. A magállandók mérési pontosságának növekedése összefügg például az azonos típusú elemi részecskék azonosságának problémájának megoldásával (például az atomtömegek mérési pontosságának növekedésével az izotópok felfedezték). A nagyon ritka folyamatok rögzítésének és az elemi részecskék szerkezetének kísérleti vizsgálatának problémái stb.

Jelenleg a tudósok előtt nem annyira „világgépek” – gyorsítók – felépítése áll az információk felhalmozására egy új energiatartományban, hanem sokkal inkább a meglévő információk feldolgozása, rendszerezése, átfogó elemzése és egy koherens rendszer kiépítése. a kutatás tárgyával kapcsolatos ismeretek - elmélet. Lehetséges, hogy az elméleti kutatás intenzívebbé tétele lehet az elektronikus számítástechnika és a számítási „kísérletek” segítségével.

Milyen előnyökkel jár a mikrofizika továbbfejlesztése a társadalom egésze számára? Hogyan lehet megvalósítani eredményeit a termelési szektorban? Meddig járulnak hozzá a fejlesztésére fordított kiadások növelése az emberiség általános érdekeihez és a társadalom egészének fejlődéséhez? A mikrofizika jelentősége csak ideológiai szerepére korlátozódik? Ezek vitatható kérdések, amelyekre csak a jövő adhat választ. A tapasztalatok szerint azonban az alaptudományok felfedezései döntő hatással vannak a technológiára és a társadalom fejlődésére.

4. Házi feladat

Töltse ki a „Töltött részecskék nyomainak tanulmányozása kész fényképek segítségével” feladatot az 1. ábra segítségével. A 11. osztályos fizika tankönyv 8.16., szerk. A.A. Pinsky iskoláknak és osztályoknak a fizika elmélyült tanulmányozásával. Milyen kérdéseket lehet feltenni és megoldani a javasolt pályák elemzésével?

(Meghosszabbított). Egyéni feladat a problémák megoldására. Tanácsadói segítség a következő internetes forrásban található: http://www.ibmh.msk.su/vivovoco/quantum/2001.01/PRKT_1_01.PDF

Az óra előkészítéséhez felhasznált irodalom:

1. N.A. Rodina. Az atommag fizikájának tanulmányozása az iskolában. M.: Oktatás, 1966.
2. N.A. Rodina. Az atommag fizikája. M.: Oktatás, 1976.
3. A. I. Bugaev, V. I. Savchenko. A X. osztályos műhelyben magfizikai labormunka. /Fizika az iskolában. 1975, 2. szám Pp. 54-61.
4. A. I. Bugaev, V. I. Savchenko. Vastagrétegű fényképészeti emulziók módszere egy magfizikai oktatási kísérletben. / Fizika az iskolában. 1977, 2. sz. oldal. 64-68.
5. Frontális kísérleti feladatok fizikából: 10. évfolyam: Didaktikai anyag: Tanári kézikönyv / V. A. Burov, A. I. Ivanov, V. I. Sviridov; Szerk. V. A. Burova. M.: Oktatás, 1987.
6. Kvantumfizika. E. Vikhman. Fordítás angolból, A Nauka kiadó fizikai és matematikai irodalom főszerkesztősége, 1974.
7. I. Bekkerman. A láthatatlan nyomot hagy. M.: Atomizdat, 1970.
8. F. S. Zavelsky. Világok, atomok és elemi részecskék mérlegelése. M.: Atomizdat, 1970.
9. A. I. Abramov. A „mérhetetlen” mérése. M.: Atomizdat, 1972.
10. G. I. Kopilov. Csak filmművészet. M.: Nauka, 1981 (Kvant könyvtár).
11. A. A. Borovoy. Hogyan észlelhetők a részecskék. M.: Nauka, 1981 (Kvant könyvtár).
12. E.I. Dubova. Az elemi részecskék titokzatos világa. M.: Atomizdat, 1979.
13. V. M. Deryabin. Megmaradási törvények a fizikában. M.: Oktatás, 1982 (A tudás világa).
14. Cikkek a „Kvant” magazinból és másokból.

A munka leírása: A munka két töltött részecske nyomvonalának kész fényképével történik (az egyik a protonhoz, a másik az azonosítandó részecskeé). A mágneses erővonalak merőlegesek a fénykép síkjára. Mindkét részecske kezdeti sebessége azonos és merőleges a fénykép szélére.

Egy ismeretlen részecske azonosítását úgy végezzük, hogy összehasonlítjuk 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 A protonhoz hasonlóan

A fajlagos töltések aránya fordítottan arányos a pályák sugarainak arányával: A pálya görbületi sugarának mérésére két húrt húzunk, és az ezekre merőlegeseket állítjuk helyre a húrok középpontjaiból. A kör középpontja ezeknek a merőlegeseknek a metszéspontjában van. A sugarát vonalzóval mérjük.

A munka elvégzése: 1. Nézze meg a fényképet két töltött részecske nyomvonaláról - a fényelemek magjairól. Az I. pálya a protonhoz, a II. pálya az azonosítandó részecskéhez tartozik 2. Határozza meg a fényképen látható ismeretlen részecske elektromos töltésének előjelét

3. Vigye át a részecskenyomokat a fényképről a pauszpapírra, és mérje meg az ismeretlen részecske nyomvonalának R 1 sugarát. 4. Hasonlóképpen mérje meg a protonsáv R 2 sugarát a fényképen. 5. Hasonlítsa össze az ismeretlen részecske és a 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, mR 2, m

Házi feladat ismétlés R. 1199, 1202 §

A munka célja: kész fényképek segítségével tanulmányozza a töltött részecskék nyomait.

Elmélet: Felhőkamra segítségével a mozgó töltött részecskék nyomait (nyomait) megfigyelik és lefényképezik. A részecskepálya mikroszkopikus méretű víz- vagy alkoholcseppek lánca, amely e folyadékok túltelített gőzeinek ionokon történő kondenzációja következtében keletkezik. Az ionok egy töltött részecske és a kamrában elhelyezkedő gőzök és gázok atomjaival és molekuláival való kölcsönhatása eredményeként jönnek létre.

1. ábra.

Legyen egy részecske töltéssel Ze sebességgel mozog V az atom elektronjától r távolságra (1. ábra). A részecskével való Coulomb-kölcsönhatás miatt az elektron a részecske mozgási vonalára merőleges irányban kap némi lendületet. A részecske és az elektron kölcsönhatása akkor a leghatékonyabb, ha az elektronhoz legközelebb eső pályaszakasz mentén halad, és az r távolsággal összemérhető, például egyenlő 2r-rel. Ekkor a képletben, ahol az az idő, ameddig a részecske áthalad a 2r pályaszakaszon, azaz. ,a F- a részecske és az elektron közötti kölcsönhatás átlagos ereje ez idő alatt.

Erő F Coulomb törvénye szerint egyenesen arányos a részecske töltéseivel ( Ze)és elektron ( e) és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével. Ezért a részecske és az elektron közötti kölcsönhatás ereje megközelítőleg egyenlő:

(hozzávetőlegesen, mivel számításaink nem vették figyelembe a közeg más elektronjainak és atomjainak atommagjának hatását):

Tehát az elektron által kapott impulzus közvetlenül függ a közelében elhaladó részecske töltésétől, és fordítottan függ a sebességétől.

Kellően nagy lendülettel az elektron leválik az atomról, és az utóbbi ionná alakul. A részecskeút minden egységéhez annál több ion képződik

(és ennek következtében a folyadékcseppek), minél nagyobb a részecske töltése és annál kisebb a sebessége. Ez a következő következtetésekhez vezet, amelyeket tudnod kell ahhoz, hogy „elolvashasd” a részecskenyomok fényképét:

1. Más azonos körülmények között a pálya vastagabb a nagyobb töltésű részecske számára. Például azonos sebesség mellett a részecskék nyomvonala vastagabb, mint a proton és az elektron nyomvonala.

2. Ha a részecskék azonos töltésűek, akkor a kisebb sebességű és lassabban haladó pályája vastagabb, ezért nyilvánvaló, hogy a mozgás végére a részecske nyomvonala vastagabb, mint az elején. , mivel a részecske sebessége csökken a közeg atomjainak ionizációjához szükséges energiaveszteség miatt.

3. Egy radioaktív anyagtól eltérő távolságra érkező sugárzás vizsgálatával azt találtuk, hogy az ionizáló és egyéb hatások - a sugárzás hirtelen leáll az egyes radioaktív anyagokra jellemző bizonyos távolságnál. Ezt a távolságot ún futásteljesítmény részecskék. Nyilvánvalóan a tartomány függ a részecske energiájától és a közeg sűrűségétől. Például 15 0 C hőmérsékletű és normál nyomású levegőben a 4,8 MeV kezdeti energiájú részecske tartománya 3,3 cm, a 8,8 MeV kezdeti energiájú részecskék tartománya 8,5 cm. Szilárd testben. például egy fényképészeti emulzióban az ilyen energiájú részecskék tartománya több tíz mikrométernek felel meg.

Ha egy felhőkamrát mágneses térbe helyezünk, akkor a benne mozgó töltött részecskékre a Lorentz-erő hat, amely egyenlő (abban az esetben, ha a részecskesebesség merőleges az erővonalra):

Ahol Ze- részecsketöltés, sebesség és IN - mágneses tér indukció. A bal oldali szabály lehetővé teszi, hogy megmutassuk, hogy a Lorentz-erő mindig merőleges a részecskesebességre, és ezért centripetális erő:

Ahol T - a részecske tömege, r a nyomvonalának görbületi sugara. Ezért (1).

Ha egy részecske sebessége sokkal kisebb, mint a fénysebesség (azaz a részecske nem relativisztikus), akkor a mozgási energia és a görbületi sugara közötti kapcsolat a következőképpen alakul: (2)

A kapott képletekből olyan következtetések vonhatók le, amelyeket a részecskenyomok fényképeinek elemzéséhez is fel kell használni.

1. A pálya görbületi sugara a részecske tömegétől, sebességétől és töltésétől függ. Minél kisebb a sugár (azaz nagyobb a részecske eltérése az egyenes vonalú mozgástól), annál kisebb a részecske tömege és sebessége, és annál nagyobb a töltése. Például ugyanabban a mágneses térben azonos kezdeti sebesség mellett az elektron elhajlása nagyobb lesz, mint a proton elhajlása, és a fénykép azt mutatja, hogy az elektronpálya egy kör, amelynek sugara kisebb, mint a proton sugara. proton pálya. Egy gyors elektron kevésbé térül el, mint egy lassú. Egy hélium atom, amelyből hiányzik egy elektron (ion Nem +), a részecskék gyengébbek lesznek, mivel azonos tömegeknél a részecskék töltése nagyobb, mint egy egyszeresen ionizált hélium atom töltése. A részecske energiája és nyomvonalának görbületi sugara közötti összefüggésből egyértelműen kitűnik, hogy az egyenes vonalú mozgástól való eltérés nagyobb abban az esetben, ha a részecske energiája kisebb.

2. Mivel a részecske sebessége futása vége felé csökken, a pálya görbületi sugara is csökken (növekszik az egyenes vonalú mozgástól való eltérés). A görbületi sugár megváltoztatásával meghatározhatja a részecske mozgásának irányát - mozgásának kezdetét, ahol a pálya görbülete kisebb.

3. A pálya görbületi sugarának mérése és néhány egyéb mennyiség ismeretében kiszámíthatjuk a töltés és a tömeg arányát egy részecske esetében:

Ez a kapcsolat a részecske legfontosabb jellemzőjeként szolgál, és lehetővé teszi annak meghatározását, hogy milyen részecskéről van szó, vagy ahogy mondani szokás, azonosítani a részecskét, pl. megállapítja annak azonosságát (azonosítását, hasonlóságát) egy ismert részecskével

Ha egy atommag bomlási reakciója zajlott le egy felhőkamrában, akkor a részecskék nyomaiból - bomlási termékekből meg lehet határozni, hogy melyik atommag bomlott le. Ehhez emlékeznünk kell arra, hogy a magreakciókban teljesülnek a teljes elektromos töltés és az összes nukleonszám megmaradásának törvényei. Például reagálva: a reakcióba belépő részecskék össztöltése 8 (8 + 0) és a reakciótermék részecskéinek töltése szintén 8 (4 * 2 + 0). A bal oldali nukleonok száma összesen 17 (16+1), a jobb oldalon szintén 17 (4 * 4+1). Ha nem ismert, hogy melyik elem magja bomlott el, akkor a töltése kiszámítható egyszerű aritmetikai számításokkal, majd a D.I. táblázat segítségével. Mengyelejevnek, hogy megtudja az elem nevét. A nukleonok teljes számának megmaradásának törvénye lehetővé teszi annak meghatározását, hogy ennek az elemnek melyik izotópjához tartozik a mag. Például reagálva:

Z = 4 – 1 = 3 és A = 8 – 1 = 7, tehát a lítium izotópja.

Eszközök és tartozékok: fényképek a pályákról, átlátszó papír, négyzet, iránytű, ceruza.

Munkarend:

A fényképen (2. ábra) a könnyűelem-magok nyomai láthatók (útjuk utolsó 22 cm-e). Az atommagok mágneses térben indukció útján mozogtak IN= 2,17 Tesla, a fényképre merőlegesen. Az összes atommag kezdeti sebessége azonos és merőleges a térvonalra.

2. ábra.

1. Töltött részecskék nyomvonalainak vizsgálata (elméleti anyag).

1.1. Határozza meg a mágneses tér indukciós vektorának irányát, és készítsen magyarázó rajzot, figyelembe véve, hogy a részecske mozgási sebességének irányát a töltött részecske nyomvonalának görbületi sugarának változása (mozgásának kezdete) határozza meg. ahol kisebb a pálya görbülete).

1.2. Magyarázza el, hogy a részecskepályák miért körök a laboratóriumi elmélet segítségével.

1.3. Mi az oka annak, hogy a különböző magok pályáinak görbülete eltérő, és miért változik az egyes pályák görbülete a részecske útjának elejétől a végéig? Válaszoljon ezekre a kérdésekre az elmélet segítségével a laboratóriumi munkához.

2. Töltött részecskék nyomvonalainak vizsgálata kész fényképek segítségével (2. ábra).

2.1. Helyezzen egy átlátszó papírlapot a fényképre (használhat pauszpapírt), és óvatosan vigye rá az 1. sávot és a fénykép jobb szélét.

2.2. Mérje meg az 1. részecske nyomvonalának R görbületi sugarát körülbelül a futás elején és végén, ehhez a következő konstrukciókat kell elkészítenie:

a) húzz 2 különböző akkordot a szám elejétől;

b) keresse meg az 1-es, majd a 2-es húr felezőpontját körző és négyzet segítségével;

c) ezután húzz vonalakat az akkordszakaszok felezőpontjain keresztül;) ;

c) a kapott szám az elem sorszáma lesz;

d) a kémiai elemek periodikus rendszerével határozza meg, hogy melyik elem magja a III.

3. Vonjon le következtetést az elvégzett munkáról.

4. Válaszoljon a biztonsági kérdésekre.

Biztonsági kérdések:

Melyik atommaghoz - deutériumhoz vagy tríciumhoz - tartozik a II. és IV. pálya (a válaszhoz a töltött részecskék nyomairól és a szerkezetekről készült fényképeket használva)?

20. sz. LABORATÓRIUMI MUNKA.

MKOU ShR "5. középiskola"

"A bölcsesség iskolája"

Laboratóriumi munka 6. szám 11. évfolyam

„Töltött részecskék nyomainak tanulmányozása kész fényképek segítségével”

2015

Shelehov

• Téma:„Töltött részecskék nyomainak tanulmányozása kész fényképek segítségével”
• A munka célja: magyarázza el a töltött részecskék mozgásának természetét.
• Felszerelés: felhőkamrában, buborékkamrában és fényképészeti emulzióban nyert töltött részecskék nyomairól készült fényképek.

Magyarázatok a munkához.

A laboratóriumi munka elvégzésekor emlékeznie kell a következőkre:

A) a pálya hossza a részecske energiájától függ. Minél hosszabb a pálya, annál nagyobb a részecske energiája (és annál kisebb a közeg sűrűsége);

B) a pálya vastagsága a részecsketöltéstől függ. Minél nagyobb a részecske töltése és minél kisebb a sebessége, annál nagyobb a pálya vastagsága;

IN) A pálya görbülete a részecske tömegétől és sebességétől függ. Amikor egy töltött részecske mágneses térben mozog, a nyomvonala görbültnek bizonyul, és a pálya görbületi sugara annál nagyobb, minél nagyobb a részecske tömege és sebessége, és minél kisebb a töltése és a mágneses tér indukciós modulusa . A részecskék a pálya végétől nagy görbületi sugárral a kisebb görbületi sugárral a végére mozognak.

1. feladat.

• A bemutatott három fénykép közül kettő (188.189. és 190. ábra) mágneses térben mozgó töltött részecskék nyomait ábrázolja. Kérjük, jelezze, hogy melyek. Válaszát indokolja.

2. feladat.

• Tekintse meg a felhőkamrában mozgó α részecskék nyomainak fényképét (188. ábra), és válaszoljon a kérdésekre!
• A) Milyen irányban mozogtak az α részecskék?
• B) Az α-részecske pályák hossza megközelítőleg azonos. Ez mit jelent?
• K) Hogyan változott a pálya vastagsága a részecskék mozgásával? Mi következik ebből?

190. ábra

3. feladat.

• A 189. ábra egy mágneses térben elhelyezkedő felhőkamrában lévő α-részecskenyomok fényképét mutatja. Határozd meg a kép alapján:
• A) Miért változott a görbületi sugár és a pályák vastagsága az α részecskék mozgásával?
• B) Milyen irányban mozogtak az α részecskék?

190. ábra

4. feladat.

• A 190. ábra egy mágneses térben elhelyezkedő buborékkamrában lévő elektronpálya fényképét mutatja. Határozd meg a kép alapján:
• A) Miért van a pálya spirál alakú?
• B) milyen irányba mozdult el az elektron?
• Mi lehet az oka annak, hogy a 190. ábra elektronpályája sokkal hosszabb, mint a 189. ábrán látható alfarészecske-nyomok?

190. ábra

A kérdések megválaszolásával vonja le a tanulmány következtetését!

1. Miért különböznek a különböző részecskék nyomvonalai?

2. Miért nem azonos a különböző részecskék nyomvonalának vastagsága?

3. Miért változik a részecskepálya görbülete az idő múlásával?

Téma: Laboratóriumi munka „Töltött részecskék nyomainak tanulmányozása kész fényképek segítségével”

I. szint. Elméleti információk

Felhőkamra segítségével a mozgó töltött részecskék nyomait (nyomait) megfigyelik és lefényképezik. A részecskepálya egy mikroszkopikus víz- vagy alkoholcseppek lánca, amely e folyadékok túltelített gőzeinek ionokon történő kondenzációja eredményeként keletkezik. Az ionok egy töltött részecske és a kamrában elhelyezkedő gőzök és gázok atomjaival és molekuláival való kölcsönhatása eredményeként jönnek létre.

Amikor egy részecske kölcsönhatásba lép egy atom elektronjával, az elektron olyan lendületet kap, amely egyenesen arányos a részecske töltésével és fordítottan arányos a részecske sebességével. Valamilyen kellően nagy impulzus hatására egy 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. Ez a következő következtetésekhez vezet, amelyeket tudnod kell ahhoz, hogy „elolvashasd” a részecskenyomok fényképét:

§ Ha egyéb dolgok megegyeznek, a pálya vastagabb a nagyobb töltésű részecskéknél..gif" width="69" height="21">, ahol a részecske töltése; a sebesség; a mágneses indukció .

A bal oldali szabály azt mutatja, hogy a Lorentz-erő merőleges a részecske sebességére, ezért centripetális erő: https://pandia.ru/text/80/248/images/image007_16.gif" width= "17" height="15 src ="> a részecske tömege a nyomvonalának görbületi sugara.

Innen kapjuk: .

Ha (azaz.gif" width="24" height="41 src=">.

Ez a kapcsolat a részecske legfontosabb jellemzője, és lehetővé teszi a részecske „azonosítását”, azaz azonosítását egy ismert részecskével.

https://pandia.ru/text/80/248/images/image014_3.jpg" width="200" height="287 src=">

Részecskenyomok egy felhőkamrában Proton nyomok

II. szint.Emlékezzünk vissza az elmélet főbb rendelkezéseire

1..gif" width="16" height="15">-részecskék, vastagságuk, irányuk?

3. Mi a neve annak az erőnek, amellyel a mágneses tér a benne mozgó töltött részecskére hat? Hogyan van irányítva?

4. Hogyan hat a mágneses tér a töltött részecske mozgására?

5. Adja meg annak okát, hogy a részecskepálya görbületi sugara miért csökken útja vége felé!

Nem rossz kezdés. Próbálj meg válaszolni a kérdésekre

1. Miért jelenik meg ionlánc a részecske pályája mentén?

2. Miért válik láthatóvá a pálya, amikor egy részecske mozog a felhőkamrában?

3. Megfigyelhető-e a részecskenyomok felhőkamrában? Miben különböznek majd a részecskenyomoktól?

4. Miért válik vastagabbá a részecskenyom a felhőkamrában való futásának vége felé?

5. Hogyan függ egy töltött részecske pályájának görbülete mágneses térben: a) töltésétől; b) mozgási sebesség; c) mágneses tér indukció?

Szint III.Próbálja teljesíteni a feladatokat

1. Az alábbi nukleáris sugárzás rögzítésére szolgáló műszerek közül melyikben okoz egy gyors töltésű részecske áthaladása folyadékcseppek nyomát a gázban?

A. Geiger-számláló;

B. Wilson kamra;

B. Buborékkamra;

G. Vastagfilm emulzió;

D. Cink-szulfiddal bevont szita.

Mérkőzés.

1. A felhőkamrában lévő pálya a következőkből áll...

2. A pálya hossza és vastagsága alapján meghatározható...

3. A pálya sugara alapján meghatározható...

3. Az ábra egy elektron nyomvonalát mutatja mágneses térbe helyezett felhőkamrában. Milyen irányba mozdult el az elektron?

4. Az ábra egy proton nyomvonalát mutatja mágneses térbe helyezett felhőkamrában. Milyen irányba repül a részecske?

5. Az ábra két részecske nyomvonalát mutatja egy felhőkamrában. Mi a részecsketöltés előjele, ha a mágneses indukció vonalai merőlegesek a rajz síkjára és az olvasótól elfelé irányulnak? A részecskék tömege azonos?

IVszint. Ellenőrizze, hogy mindent megértett-e

1. A negatív mezon mozgásának meghatározásához ólomlemezeket helyezünk az útjába egy felhőkamrában, a kamra pedig mágneses térben van. Magyarázza el, hogyan határozható meg a részecskék mozgásának iránya!

V. szint. Nehéz feladat ez, de ha megoldod, érezhető lépést teszel a fizika ismereteiben, minden okod meglesz arra, hogy az eddigieknél nagyobb tisztelettel bánj magaddal

1. Amikor a bór befog egy gyorsan mozgó protont, három szinte egyforma pálya képződik a felhőkamrában, ahol ez a folyamat zajlik, különböző irányokba legyezve. Milyen részecskék alkották ezeket a nyomokat?

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete