heim » Möbel » Untersuchung der Spuren geladener Teilchen anhand von Fotos. Laborarbeit „Untersuchung der Spuren geladener Teilchen anhand vorgefertigter Fotografien“ (Klasse 11). Stufe IV. Überprüfen Sie, ob Sie alles verstanden haben

Untersuchung der Spuren geladener Teilchen anhand von Fotos. Laborarbeit „Untersuchung der Spuren geladener Teilchen anhand vorgefertigter Fotografien“ (Klasse 11). Stufe IV. Überprüfen Sie, ob Sie alles verstanden haben

Unterrichtsart: Werkstattgebrauch Forschungsaufträge um das Problem der Identifizierung von Mikropartikeln zu lösen.

Methode der Arbeitsorganisation: Kollaboratives Lernen in kleinen, rotierenden Gruppen.

Unterrichtsdauer: 2 Lektionen.

Klasse: 11.

Ziele und Zielsetzungen des Unterrichts:

Bringen Sie den Schülern bei, Spuren geladener Teilchen anhand ihrer Länge, Dicke und Krümmung in einem Magnetfeld zu untersuchen. Lernen Sie, Partikel anhand ihrer Spuren anhand vorgefertigter Fotos zu identifizieren: Spezifisch berechnen Teilchenladungen, Impulse, Energie, bestimmen Ladungszeichen, unter Verwendung verschiedener Methoden zur Messung der Krümmungsradien von Gleisen, Methoden zur Berechnung schräger Kollisionen basierend auf den Gesetzen der Impuls- und Energieerhaltung und zur Bestimmung der Energie von Mikropartikeln aus Bewegungsenergiekurven für ein bestimmtes Medium.
Setzen Sie die Ausbildung praktischer Fähigkeiten und intellektueller Fähigkeiten fort, um physikalische Größen zu messen, die Mikropartikel charakterisieren („Wiegen von Welten und Atomen…“).
Entwicklung fördern Denken der Schüler, Aktivierung kognitive Aktivität durch die Nutzung Teilsuchmethode bei der Entscheidung problematische Situation Verwendung von Forschungsaufträgen verschiedene Level Komplexität (persönlich orientiert); fördern eine weitere Differenzierung und Individualisierung des Lernprozesses.
Bei den Studierenden die Fähigkeit zu entwickeln, die aus der Analyse von Spuren in Fotos gewonnenen Informationen zu verallgemeinern und zu systematisieren, Schlussfolgerungen und Schlussfolgerungen zu ziehen und Beweise für die vorgebrachten Thesen auszuwählen.
Setzen Sie die Bildung der weltanschaulichen Idee der Erkennbarkeit von Phänomenen und Eigenschaften der Mikrowelt fort. Den Schülern beibringen, Ursache-Wirkungs-Beziehungen in der Erkennbarkeit von Phänomenen der Mikrowelt zu erkennen und die Bedeutung von Informationen über Mikroobjekte für Wissenschaft und Technologie aufzuzeigen.
Weiterentwicklung fortsetzen Kommunikationsfähigkeit Einzelpersonen durch den Einsatz von Paargruppenarbeit an Aufgaben in rotierenden Gruppen. Fördern Sie die Zusammenarbeit in Paaren und Gruppen, schaffen Sie Bedingungen dafür, dass beide unabhängig voneinander einen Sinn für alle erhalten Informationsgruppen und eine allgemeine Schlussfolgerung aus der vorgeschlagenen Aufgabe zu entwickeln.

Bewertet:

Akademische Leistungen ( Allgemeine Schlussfolgerung– Gruppenerfolg, individuelle Arbeit an einer Aufgabe – jedermanns Erfolg).
Erfolge in der Zusammenarbeit:
a) Gegenseitige Hilfe.
b) Die Fähigkeit, ein Problem gemeinsam zu lösen.
c) Die Fähigkeit, eine gemeinsame Schlussfolgerung zu ziehen.

Materialien und Ausrüstung:

Fotografien mit Spuren geladener Teilchen, Transparentpapier, Mikrorechner, Lineale, Dreiecke, Zirkel, Informations- und Methodenmaterialien. Präsentation „Untersuchung der Spuren geladener Teilchen anhand vorgefertigter Fotografien“, CD „Open Physics“ LLC „PHYSIKON“, 1996-2001, (herausgegeben von MIPT-Professor S.M. Kozel)

Während des Unterrichts:

Einleitende Bemerkungen des Lehrers: Atome und Mikropartikel sind so klein, dass sie nicht nur mit keinem unserer Sinne wahrgenommen werden können, sondern auch mit einem Elektronenmikroskop nicht unterschieden werden können. Woher bekommen wir es? genaue Informationüber den Mikrokosmos? Warum sprechen wir so sicher über die Eigenschaften und Parameter von Atomen, Kernen, Elementarteilchen? Wenn Physiker sagen, dass Objekte der Mikrowelt extrem klein sind (zum Vergleich: Mikroteilchen – Apfel – Globus), sich mit enormen Geschwindigkeiten bewegen und Prozesse in der Mikrowelt äußerst flüchtig sind, wie erhalten sie dann diese Informationen, wie messen sie die Mengen? Mikropartikel charakterisieren? Welche Geräte werden verwendet? Wie werden die Gesetze der nuklearen Wechselwirkungen festgestellt? Es besteht kein Zweifel daran, dass die Gesetze der Mikrowelt erkennbar sind; Es gibt viele ungelöste Probleme in der Physik der Mikrowelt, aber heute ist sie eine Ingenieurwissenschaft. Wissenschaftler haben einen Laser gebaut und ihn aus der Vergessenheit befreit Kernenergie Nach dem Bau eines Kernreaktors versuchen sie gemeinsam, das Problem der kontrollierten Kernfusion zu lösen; heute werden transuranische Elemente und radioaktive Isotope künstlich erzeugt. Wie ist die „Küche“? wichtigsten Entdeckungen in der Kernphysik?

1. Bericht über die Arbeit einer Gruppe von Theoretikern.

Einleitende Bemerkungen des Lehrers: Ein Wissenschaftler-Experimentator bestimmt mithilfe feinempfindlicher Geräte, ohne das Mikropartikel selbst zu sehen, anhand seiner in der Substanz hinterlassenen Spuren sowohl die Tatsache, dass das Partikel die Substanz passiert, als auch die Parameter und Eigenschaften (Ladung, Masse, Energie; Art und Weise, wie es sich bewegt hat). , ob eine Kollision stattgefunden hat und was sie zur Folge hatte usw.) Mikropartikel. Funktionsprinzip verschiedene Geräte ist unterschiedlich, aber allen gemeinsam ist die Verstärkung der Wirkungen, die ein Mikropartikel beim Durchgang durch eine Substanz (seine Spuren) hervorruft, auf Werte, die unsere Sinne beeinflussen können.

Nachricht 1. Wechselwirkung von Mikroobjekten mit Materie. Methoden zur Registrierung geladener Teilchen – Quanten und Neutronen.

http://nuclphys.sinp.msu.ru/spargalka/new/a11.htm
http://uc.jinr.ru/librarykul.htm

Nachricht 2. Das Funktionsprinzip von Ortungsgeräten, ihre Vor- und Nachteile. , ,

Material für die Nachricht kann über die Internetressource bezogen werden

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

Einleitende Bemerkungen des Lehrers: Die primäre Verarbeitung experimenteller Daten erfolgt auf dem Gebiet der Kernphysik, der sogenannten Kinematik der Transformation von Elementarteilchen. Die Kinematik hat nicht die Aufgabe, alle Geheimnisse und Geheimnisse der Beziehungen zwischen Teilchen, der Symmetrie der Natur usw. zu entschlüsseln, sondern ermöglicht es, auf der Grundlage allgemeiner physikalischer Konzepte und Gesetze, die auf genauen Berechnungen und Berechnungen basieren, die Parameter von zu messen Mikropartikel zu erkennen und zu identifizieren, hilft zu erkennen, was das Gerät nicht kann; Ein Physiker, der über Kenntnisse der Kinematik verfügt, sieht ein Vielfaches mehr und verfügt manchmal über die Gabe der Voraussicht (die Entdeckung neuer Mikropartikel).

Nachricht 3. Untersuchung der Spuren geladener Teilchen.

Material für die Nachricht kann von der Internetressource http://sm.aport.ru/scripts/template.dll?r=%E4%EB%E8%ED%E0+%F2%F0%E5%EA%EE% bezogen werden. 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 (Entdeckung des Positrons: historische Informationen) http://cnit.ssau.ru/organics/chem1/22_kvmex.htm (Bewegung von Mikropartikeln aus der Sicht der Quantenmechanik).

Einleitende Bemerkungen des Lehrers: Naturschutzgesetze spielen eine Rolle Kernphysik eine besondere Rolle: Es ist sowohl ein Erkenntnisinstrument als auch ein Wahrheitskriterium (wenn Instrumente zeigen, dass die Energie oder der Impuls nach einer Wechselwirkung oder Transformation nicht erhalten bleibt, bedeutet dies, dass es ein oder sogar mehrere unentdeckte Teilchen gab). Beim Übergang vom Makrokosmos zum Mikrokosmos beginnen die Erhaltungsgesetze besonders wirksam zu wirken. Im Mikrokosmos gilt der Grundsatz: „Alles, was nicht durch die Naturschutzgesetze verboten ist, geschieht zwangsläufig.“

Nachricht 4. Bewegung geladener Teilchen in einem Magnetfeld. (CD" Offene Physik”)

Material für die Nachricht kann über die Internetressource bezogen werden

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

Nachricht 5. Erhaltungsgesetze in der Kernphysik. Methodik zur Untersuchung von Kollisionen von Mikropartikeln. , ,

Material für die Nachricht kann über eine Ressource im Internet bezogen werden.

http://www.college.ru/physics/op25part2/content/chapter6/section/paragraph8/theory.html
http://www.philsci.univ.kiev.ua/biblio/Lakatos/11-2.html (Die Rolle von Erhaltungsgesetzen in der Kernphysik).

Arbeiten Sie in Mikrogruppen unter Anleitung von Theoretikern.

Einleitende Bemerkungen des Lehrers: Die moderne Physik, basierend auf mathematischen Forschungsmethoden in Kombination mit physikalischen Experimenten, ermöglicht es, das nahezu „Unmessbare“ – Elementarteilchen – „on the fly“ zu messen und zu identifizieren. Wenn Sie nicht die Möglichkeit haben, es selbst zu tun und zu überprüfen, entsteht die Illusion des Verstehens. Um den Mechanismus zum Erhalten von Informationen zu verstehen, schlage ich vor, die folgenden Aufgaben auszuführen:

Übung 1. Identifizieren Sie Partikel anhand ihrer Spuren in einem Magnetfeld. Lernen Sie, die Bewegung von Mikropartikeln anhand der Dicke und Krümmung der Spur zu beurteilen.

Aufgabe 2. Identifizieren Sie Partikel anhand ihrer Spuren in einem Magnetfeld. Lernen Sie, das Vorzeichen der Ladung, die Bewegungsrichtung und die Änderung der kinetischen Energie von Mikropartikeln zu bestimmen.

Aufgabe 3. Studienfotos mit „Zerfallssternen“. Lernen Sie, Zerfallskerne zu identifizieren. Bestätigen Sie die Objektivität von Methoden zur ungefähren Bestimmung der Krümmungsradien von Gleisen.

Das Foto (Abb. 1) zeigt die Spuren von Teilchen, die beim Zerfall von Atomkernen (den sogenannten „Zerfallssternen“) in einer Wolkenkammer entstehen. Kernzerfälle werden durch die Wirkung von Neutronen mit einer Energie von 90 MeV verursacht, die sich in die durch den Pfeil angegebene Richtung bewegen. Das Bild zeigt drei Zerfallssterne und die gesamte Reichweite eines Protons mit einer anfänglichen kinetischen Energie von 1,8 MeV. Die Kamera wird in ein gleichmäßiges Magnetfeld mit einer Induktion von 1,3 Tesla gebracht, das senkrecht zum Foto gerichtet ist.

Variante 1.

Untersuchen Sie die Spur und bestimmen Sie die Bewegungsrichtung des Protons.

Berechnen Sie anhand der bekannten Protonenenergie den Radius des Kreises Erstphase seine Bewegungen.

Messen Sie den Radius des Kreises im Anfangsstadium der Protonenbewegung auf eine der folgenden Arten. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung über die Rechtmäßigkeit der Verwendung.

Warum ändert sich die Krümmung der Protonenbahn gegen Ende der Bewegung? Bestätigen Sie Ihre Annahme durch Berechnungen.

In einem Sternenzerfall A Reaktion aufgetreten: ? + n > 3n + 2H + 2He. Vervollständigen Sie die Reaktion und bestimmen Sie, welche vom Stern ausgehenden Spuren zu Protonen gehören und welche? – Partikel.

Option 2.

Bestimmen Sie die Richtung Stromleitungen Magnetfeld. Warum bewegt sich ein Proton in einem gleichmäßigen Magnetfeld auf einem Kreisbogen, während die Bahnen anderer Teilchen gekrümmt sind?

Geben Sie die Gründe an, warum die Dicke und Krümmung der Partikelspur gegen Ende des Laufs zunimmt.

Messen Sie die Krümmungsradien der Protonenbahn im Anfangs- und Endstadium ihrer Bewegung auf eine der folgenden Arten und berechnen Sie ihren Impuls am Anfang und Ende der Bahn. Wie groß ist die Impulsänderung des Protons? Bestätigt das Ergebnis Ihre Annahme?

Wie lässt sich der Zerfallskern anhand der Teilchenspuren identifizieren, die einen Zerfallsstern bilden? Welche Gesetze sollten angewendet werden?

Welcher Kern ist zu diesem Zeitpunkt zerfallen? V unter dem Einfluss von Neutronen, wenn Spuren von vier aus dem Zentrum des Sterns ausgehen A– Partikel? Warum sind die Spuren 1 und 2 unterschiedlich lang und dick?

Aufgaben zur Kontrolle.

Wie ändern sich Energie und Impuls von Teilchen, wenn sie sich in einem materiellen Medium bewegen? Wenn die Spuren aufhören, bedeutet das, dass die Partikel aufhören?

Wie objektiv ist Ihrer Meinung nach die Methode zur näherungsweisen Bestimmung der Krümmungsradien von Gleisen?

Wie lassen sich Zerfallskerne identifizieren? Welche physikalische Gesetze ausführen in Kernreaktionen, helfen Sie dabei?

Wie können Informationen über Zerfallsprodukte gewonnen werden, wenn Zerfallskerne bekannt sind?

Aufgabe 4. Lernen Sie, die Bewegung relativistischer Teilchen zu analysieren (am Beispiel eines Positrons).

Aufgabe 5. Lernen Sie, Fotos von Kollisionen von Mikropartikeln („Gabeln“) zu analysieren und dabei die Gesetze der Impuls- und Energieerhaltung anzuwenden.

Aufgabe 6.Überprüfen Sie die Durchführbarkeit des Impulserhaltungssatzes bei Kollisionen von Mikropartikeln und bestimmen Sie die Art der Kollision (elastisch, unelastisch).

Das Foto (Abb. 2) zeigt die Interaktion A- Partikel mit etwas Kern, beobachtet mit der Photoemulsionsmethode. Der Zusammenhang zwischen der Energie eines Teilchens und der Länge seines Weges in einer Photoemulsion wird in den experimentell ermittelten Kurven „Laufleistung – Energie“ (Grafik 1 - für) dargestellt A- Partikel). Relativistische Effekte für die im Foto gezeigten Teilchen können vernachlässigt werden.

Variante 1.

Messen Sie den Streuwinkel A-Teilchen. Welche Merkmale der Ketten ermöglichen es uns, zwischen Streu- und Rückstoßwinkeln zu unterscheiden?

Kilometerstand ermitteln A- Partikel nach der Kollision in Millimetern und mit Hilfe der Skala in Mikrometern ausdrücken.

Definieren Sie Energie A- Teilchen nach der Kollision (in MeV) unter Verwendung der „Entfernung – Energie“-Kurven (Abb. 1).

Warum einen bestimmten Wert Entspricht die Energie eines Teilchens einer festen Weglänge in einem bestimmten Medium? Ist es möglich, die vorgeschlagenen Fahrleistungs-Energie-Kurven für zu verwenden? A-Teilchen, die sich in einer Nebelkammer bewegen?

Berechnen Sie den Impuls A-Teilchen nach einer Kollision, wobei es sich um ein nichtrelativistisches Teilchen handelt.

Option 2.

Bestimmen Sie anhand des Fotos, zu welchen Partikeln die Spuren gehören. Identifizieren Sie den Rückstoßkern.

Bestimmen Sie den Abstand des Rückstoßkerns nach dem Aufprall in Millimetern und geben Sie ihn anhand der Skala in Mikrometern an.

Wie hängt die Spurlänge von den Eigenschaften des Mediums ab? Was ist der Vorteil der Fotoemulsionsmethode gegenüber anderen Methoden zur Aufzeichnung von Spuren geladener Teilchen?

Bestimmen Sie die Energie des Rückstoßkerns nach der Kollision (in MeV) anhand der Wegenergiekurven (Abb. 2).

Berechnen Sie den Impuls des Rückstoßkerns nach der Kollision unter der Annahme, dass es sich um ein nichtrelativistisches Teilchen handelt.

Option 3.

Wie beeinflusst die Art der Strahlung die Spurlänge in einem homogenen Medium, beispielsweise in einer fotografischen Emulsion? Was bestimmt die Bahnlänge einer bestimmten Partikelart?

Kilometerstand ermitteln A-Teilchen vor der Kollision und schätzen Sie seine Energie anhand der „Entfernung – Energie“-Kurven ab. Was ist der Nachteil dieser Methode der Energiebestimmung?

Kilometerstand und kinetische Energie ermitteln A-Teilchen entlang der „Entfernung – Energie“-Kurven nach seiner Kollision und berechnen Sie aus diesen Daten die kinetische Energie A-Teilchen vor der Kollision. Vergleichen Sie die erhaltenen Ergebnisse und bewerten Sie die Zuverlässigkeit der Bestimmung der kinetischen Energie mit jeder Methode.

Impuls definieren A-Teilchen vor seiner Kollision mit dem Rückstoßkern, gezählt A-Ein Teilchen ist ein nichtrelativistisches Teilchen. Wie kann man das beweisen? A-Kann das Teilchen als nichtrelativistisches Teilchen betrachtet werden?

Ist es möglich, elastische Kollisionen anhand von Fotos von inelastischen zu unterscheiden?

Aufgaben zur Kontrolle.

Übertragen Sie die Partikelspuren auf Pauspapier und konstruieren Sie in einem bestimmten Maßstab (4 mm - 10 kg m/s) die Impulsvektoren der Partikel. Ermitteln Sie mithilfe der Parallelogrammregel den resultierenden Impuls.

Prüfen Sie, ob bei dieser Wechselwirkung der Impulserhaltungssatz erfüllt ist. In welchem Fall können wir sagen, dass der Impulserhaltungssatz erfüllt ist?

Ermitteln Sie die Art der Wechselwirkung von Teilchen (elastisch, unelastisch), indem Sie die gesamte kinetische Energie der Teilchen nach der Wechselwirkung mit der kinetischen Energie vergleichen A-Teilchen vor der Kollision. Auf welcher Grundlage können wir Rückschlüsse auf die Art der Kollision ziehen?

Welche Weitere Informationen Können wir anhand der Art der Spuren Informationen über Partikel erhalten?

Aufgabe 7. Lernen Sie, Fotos von Kollisionen von Mikropartikeln („Gabeln“) mithilfe von „Kilometer-Energie“-Kurven für eine bestimmte Umgebung zu analysieren.“

Arbeitsorganisation: Jede Gruppe von Experimentatoren erhält eine Aufgabe, jedes Gruppenmitglied erledigt seinen Teil der Aufgabe (Option). Eine Gruppe von Theoretikern steht beratend zur Seite. Bitte beachten Sie: aus den Ergebnissen individuelle Arbeit Jeder Mensch wird sowohl vom Ergebnis der Gruppen- als auch der Gemeinschaftsarbeit abhängig sein. Andererseits kann jeder von Ihnen die Ergebnisse sowohl der Gruppen- als auch der kollektiven eigenständigen Arbeit in späteren Aktivitäten nutzen. Daher ist nicht nur Ihr akademischer Erfolg, sondern auch Ihr Erfolg in der Zusammenarbeit äußerst wichtig.

3. Zusammenfassung

Bericht der Gruppenleiter über die Erledigung der Aufgabe (siehe Aufgaben zur Kontrolle), Diskussion und Zusammenfassung der Ergebnisse der Gruppen- und Gemeinschaftsarbeit. Nutzung der Ergebnisse kollektiver selbstständiger Arbeit bei der Aufgabenerfüllung zur Selbstkontrolle

Abschließende Worte des Lehrers: In der heutigen Lektion sind wir nur mit einem der Bereiche der Physik der Mikrowelt in Kontakt gekommen, aber ich denke, dieser Kontakt wird Sie „sehender“ machen, weil Sie gelernt haben, Informationen aus scheinbar völlig identischen Fotos zu extrahieren. Jetzt können Sie die Kraft des menschlichen Geistes, seinen Einfallsreichtum und die geniale Einfachheit der gefundenen Lösungen schätzen, die auf der engagierten Arbeit vieler Generationen von Wissenschaftlern basieren.

Welche Forschungen zur Physik der Mikrowelt werden heute betrieben? Welche Probleme müssen in Zukunft noch gelöst werden? Heute wird gemessen, was leicht zu messen ist. Wir müssen lernen, das „Unmessbare“ zu messen. Dieses Problem hängt eng mit dem Problem zusammen weitere Entwicklung Messtechniken, Anziehung neuer theoretischer Ansichten und Berechnungsgeräte. Es ist notwendig, die Genauigkeit der Messungen zu verbessern. Eine Erhöhung der Messgenauigkeit von Kernkonstanten ist beispielsweise mit der Lösung des Problems der Identität gleichartiger Elementarteilchen verbunden (z. B. mit einer Erhöhung der Messgenauigkeit). Atommassen, Isotope wurden entdeckt). Relevant sind die Probleme der Erfassung sehr seltener Prozesse und der experimentellen Untersuchung der Struktur von Elementarteilchen etc.

Derzeit stehen Wissenschaftler nicht so sehr vor der Aufgabe, „Weltmaschinen“ – Beschleuniger – zur Akkumulation von Informationen in einem neuen Energiebereich zu bauen, sondern vielmehr vor der Aufgabe, vorhandene Informationen zu verarbeiten und zu organisieren, sie umfassend zu analysieren und ein kohärentes System aufzubauen Kenntnisse über den Forschungsgegenstand - Theorie. Möglicherweise ist die Intensivierung der optimale Weg theoretische Forschung mit Hilfe elektronischer Computertechnologie, beim Einsatz rechnerischer „Experimente“.

Welchen Nutzen bringt die Weiterentwicklung der Mikrophysik für die Gesellschaft insgesamt? Wie können seine Erfolge verwirklicht werden? Produktionssektor? Wie lange werden höhere Ausgaben für seine Entwicklung helfen? gemeinsame Interessen Menschheit, die Entwicklung der Gesellschaft als Ganzes? Ist die Bedeutung der Mikrophysik auf ihre ideologische Rolle beschränkt? Dies sind umstrittene Fragen, die nur die Zukunft beantworten kann. Aber wie die Erfahrung zeigt, haben Entdeckungen in den Grundlagenwissenschaften einen entscheidenden Einfluss auf die Technologie und die Entwicklung der Gesellschaft.

4. Hausaufgaben

Vervollständigen Sie die Aufgabe „Untersuchung der Spuren geladener Teilchen anhand vorgefertigter Fotos“ anhand von Abb. 8.16 des Physiklehrbuchs für die 11. Klasse, hrsg. A.A. Pinsky für Schulen und Klassen mit vertieftem Physikstudium. Welche Fragen können durch die Analyse der vorgeschlagenen Tracks gestellt und gelöst werden?

(Verlängert). Individuelle Aufgabe zur Problemlösung. Beratungshilfe finden Sie auf der Internetressource http://www.ibmh.msk.su/vivovoco/quantum/2001.01/PRKT_1_01.PDF

Zur Unterrichtsvorbereitung verwendete Literatur:

N. A. Rodina. Physik studieren Atomkern in der Schule. M.: Bildung, 1966.
N. A. Rodina. Physik des Atomkerns. M.: Bildung, 1976.
A. I. Bugaev, V. I. Savchenko. Laborarbeit zur Kernphysik in der Werkstatt der X. Klasse. /Physik in der Schule. 1975, Nr. 2. S. 54 – 61.
A. I. Bugaev, V. I. Savchenko. Die Methode dickschichtiger fotografischer Emulsionen in einem pädagogischen Experiment zur Kernphysik. / Physik in der Schule. 1977, Nr. 2. Seite. 64 – 68.
Frontal experimentelle Aufgaben in Physik: 10. Klasse: Didaktisches Material: Handbuch für Lehrer / V. A. Burov, A. I. Ivanov, V. I. Sviridov; Ed. V. A. Burova. M.: Bildung, 1987.
Die Quantenphysik. E. Vikhman. Übersetzung aus dem Englischen, Hauptredaktion Physikalische und mathematische Literatur aus dem Nauka-Verlag, 1974.
I. Bekkerman. Das Unsichtbare hinterlässt Spuren. M.: Atomizdat, 1970.
F. S. Zavelsky. Welten, Atome und Elementarteilchen wiegen. M.: Atomizdat, 1970.
A. I. Abramow. Das „Unmessbare“ messen. M.: Atomizdat, 1972.
G. I. Kopylov. Nur Filmsequenzen. M.: Nauka, 1981 (Bibliothek „Kvant“).
A. A. Borovoy. Wie Partikel erkannt werden. M.: Nauka, 1981 (Bibliothek „Kvant“).
E. I. Dubova. Geheimnisvolle Welt Elementarteilchen. M.: Atomizdat, 1979.
V. M. Deryabin. Erhaltungsgesetze in der Physik. M.: Bildung, 1982 (Welt des Wissens).
Artikel aus der Zeitschrift „Kvant“ und anderen.

Thema: Labor arbeit„Untersuchung der Spuren geladener Teilchen anhand vorgefertigter Fotos“

Stufe I. Theoretische Informationen

Mithilfe einer Nebelkammer werden Spuren (Spuren) bewegter geladener Teilchen beobachtet und fotografiert. Die Partikelspur ist eine Kette mikroskopisch kleiner Wasser- oder Alkoholtröpfchen, die durch Kondensation übersättigter Dämpfe dieser Flüssigkeiten auf Ionen entstehen. Ionen entstehen durch die Wechselwirkung eines geladenen Teilchens mit Atomen und Molekülen von Dämpfen und Gasen, die sich in der Kammer befinden.

Wenn ein Teilchen mit einem Elektron eines Atoms wechselwirkt, erhält das Elektron einen Impuls, der direkt proportional zur Ladung des Teilchens und umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit des Teilchens ist. Bei manchen reicht es große Größe Durch einen Impuls wird ein Elektron einem Atom entrissen und dieses verwandelt sich in ein Ion. Je mehr Ionen (und folglich Flüssigkeitströpfchen) auf jeder Einheit der Partikelbahn gebildet werden, desto mehr mehr Ladung Teilchen und desto geringer ist seine Geschwindigkeit. Daraus ergeben sich folgende Schlussfolgerungen, die Sie wissen müssen, um ein Foto von Partikelspuren „lesen“ zu können:

§ Aus anderen Gründen gleiche Bedingungen Für das Teilchen mit der größeren Ladung ist die Spur dicker..gif" width="69" height="21">, wobei die Ladung des Teilchens, die Geschwindigkeit und die magnetische Induktion angegeben sind.

Die linke Regel zeigt, dass die Lorentzkraft senkrecht zur Geschwindigkeit des Teilchens gerichtet ist und daher eine Zentripetalkraft ist: https://pandia.ru/text/80/248/images/image007_16.gif" width= „17“ height="15 src ="> ist die Masse des Teilchens; ist der Krümmungsradius seiner Bahn.

Von hier aus erhalten wir: .

If (d.h..gif" width="24" height="41 src=">.

Diese Beziehung ist das wichtigste Merkmal eines Partikels und ermöglicht es, das Partikel zu „identifizieren“, also mit einem bekannten Partikel zu identifizieren.

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

Teilchenspuren in einer Nebelkammer Protonenspuren

Stufe II.Erinnern wir uns an die wichtigsten Bestimmungen der Theorie

1..gif" width="16" height="15">-Partikel, ihre Dicke, Richtung?

3. Wie heißt die Kraft, mit der ein Magnetfeld auf ein darin bewegtes geladenes Teilchen einwirkt? Wie wird es geleitet?

4. Wie beeinflusst ein Magnetfeld die Bewegung eines geladenen Teilchens?

5. Geben Sie den Grund an, warum der Krümmungsradius einer Partikelspur zum Ende ihrer Bahn hin abnimmt.

Kein schlechter Anfang. Versuchen Sie, die Fragen zu beantworten

1. Warum erscheint entlang der Flugbahn des Teilchens eine Kette von Ionen?

2. Warum wird die Spur sichtbar, wenn sich ein Teilchen in einer Nebelkammer bewegt?

3. Ist es möglich, Partikelspuren in einer Nebelkammer zu beobachten? Wie unterscheiden sie sich von Partikelspuren?

4. Warum wird die Teilchenspur gegen Ende ihres Laufs in der Nebelkammer dicker?

5. Wie hängt die Krümmung der Flugbahn eines geladenen Teilchens in einem Magnetfeld ab von: a) seiner Ladung; b) Bewegungsgeschwindigkeit; c) Magnetfeldinduktion?

Stufe III.Versuchen Sie, die Aufgaben zu erledigen

1. In welchem der folgenden Instrumente zur Aufzeichnung nuklearer Strahlung entsteht beim Durchgang eines schnell geladenen Teilchens eine Spur aus Flüssigkeitströpfchen in einem Gas?

A. Geigerzähler;

B. Wilson-Kammer;

B. Blasenkammer;

G. Dickfilmemulsion;

D. Mit Zinksulfid beschichtetes Sieb.

Übereinstimmen.

1. Die Spur in einer Nebelkammer besteht aus...

2. Anhand der Länge und Dicke der Schiene können Sie bestimmen...

3. Anhand des Gleisradius können Sie bestimmen...

3. Die Abbildung zeigt die Bahn eines Elektrons in einer Nebelkammer, die in einem Magnetfeld platziert ist. In welche Richtung bewegte sich das Elektron?

4. Die Abbildung zeigt die Bahn eines Protons in einer Nebelkammer in einem Magnetfeld. In welche Richtung fliegt das Teilchen?

5. Die Abbildung zeigt die Spuren zweier Teilchen in einer Nebelkammer. Welches Vorzeichen hat die Teilchenladung, wenn die magnetischen Induktionslinien senkrecht zur Zeichenebene verlaufen und vom Leser weg gerichtet sind? Sind die Massen der Teilchen gleich?

IVEbene. Überprüfen Sie, ob Sie alles verstanden haben

1. Um die Bewegung eines negativen Mesons zu bestimmen, werden Bleiplatten auf seinem Weg in einer Nebelkammer platziert, und die Kammer befindet sich in einem Magnetfeld. Erklären Sie, wie die Richtung der Teilchenbewegung bestimmt wird.

Stufe V. Das schwierige Aufgabe Wenn Sie es jedoch lösen, werden Sie einen spürbaren Fortschritt in Ihren physikalischen Kenntnissen machen und allen Grund haben, sich selbst mit mehr Respekt zu behandeln als zuvor

1. Wenn Bor ein sich schnell bewegendes Proton einfängt, bilden sich in der Nebelkammer, in der dieser Prozess stattfindet, drei nahezu identische Spuren, die sich auffächern verschiedene Seiten. Welche Teilchen haben diese Spuren gebildet?

Labor arbeit

„Untersuchung der Spuren geladener Teilchen anhand vorgefertigter Fotos“

Ziel der Arbeit : Grundlegende Fähigkeiten und Fertigkeiten zur Analyse von Fotos von Spuren geladener Teilchen entwickeln

Aufgabe 1. Untersuchung der Spuren geladener Teilchen, die in einer Nebelkammer erhalten wurden.

Ausrüstung : Fotografien von Spuren geladener Teilchen, die in einer Nebelkammer aufgenommen wurden.

Aufgabe 2. Untersuchung der Spuren geladener Teilchen, die in einer Blasenkammer erhalten wurden.

Ausrüstung : Fotografien von Spuren geladener Teilchen, die in einer Blasenkammer aufgenommen wurden.

Aufgabe 3. Untersuchung der Spuren geladener Teilchen in fotografischen Emulsionen

Ausrüstung : Fotografien von Spuren geladener Teilchen, die in einer fotografischen Emulsion erhalten wurden.

Aufgabe 4. Die Abbildung zeigt zwei Spuren geladener Teilchen in einer Nebelkammer, die sich in einem gleichmäßigen Magnetfeld befindet. senkrecht zur Ebene Zeichnung. SchieneICHgehört zum Proton.

Welches Teilchen (Proton, Elektron oα -Teilchen) gehört zur SpurII ? Es ist bekannt, dass die Partikel in der Musterebene mit gleicher Geschwindigkeit in die Nebelkammer flogen. Begründen Sie Ihre Antwort, indem Sie angeben, welche physikalischen Gesetze Sie zur Erklärung herangezogen haben.

Antworten

Arbeit 1. 1. Von oben nach unten. 2. Die Nebelkammer befindet sich in einem Magnetfeld. 3. Senkrecht zum Foto von oben nach unten. 4. Geschwindigkeit verringert-Teilchen

Arbeit 2. 1. Weil es sich in einem Magnetfeld mit abnehmender Geschwindigkeit bewegte. 2. Von der äußeren Windung der Spirale zu ihrer Mitte. 3. Senkrecht zum Foto von oben nach unten.

Arbeit 3. 1. Die Ladungen der Kerne sind nicht gleich. 2. Die linke Spur gehört zum Kern des Magnesiumatoms, die mittlere zum Kaliumkern und die rechte zum Eisenkern. 3. Je größer die Ladung des Atomkerns, desto dicker ist die Spur. 4. Partikelspuren in fotografischer Emulsion sind kürzer und dicker und haben gezackte Kanten.

Thema: Laborarbeit „Untersuchung der Spuren geladener Teilchen anhand vorgefertigter Fotos“

ICH Ebene. Theoretische Informationen

Wenn ein Teilchen mit einem Elektron eines Atoms wechselwirkt, erhält das Elektron einen Impuls, der direkt proportional zur Ladung des Teilchens und umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit des Teilchens ist. Bei einem ausreichend großen Impuls löst sich ein Elektron vom Atom und dieses verwandelt sich in ein Ion. Je mehr Ionen (und folglich Flüssigkeitströpfchen) in jeder Einheit der Partikelbahn gebildet werden, desto größer ist die Ladung des Partikels und desto geringer ist seine Geschwindigkeit. Daraus ergeben sich folgende Schlussfolgerungen, die Sie wissen müssen, um ein Foto von Partikelspuren „lesen“ zu können:

Befindet sich eine Nebelkammer in einem Magnetfeld, so wirkt auf die darin bewegten geladenen Teilchen die Lorentz-Kraft, die gleich ist (für den Fall, dass die Teilchengeschwindigkeit senkrecht ist). magnetische Linien):
, wo ist die Teilchenladung; - Geschwindigkeit; - magnetische Induktion.

Die Linke-Hand-Regel zeigt, dass die Lorentzkraft senkrecht zur Teilchengeschwindigkeit gerichtet ist und daher eine Zentripetalkraft ist:
, Wo
– Partikelmasse; ist der Krümmungsradius seiner Spur.

Von hier aus erhalten wir:
.

Wenn
(d. h. das Teilchen ist nicht relativistisch), dann ist es kinetische Energie ist gleich:
.

Aus den erhaltenen Formeln können wir Schlussfolgerungen ziehen, die auch zur Analyse von Fotografien von Partikelspuren herangezogen werden müssen:

Der Krümmungsradius der Bahn hängt von der Masse, Geschwindigkeit und Ladung des Teilchens ab. Der Radius ist kleiner (d. h. die Krümmung der Spur ist größer) als weniger Gewicht und die Geschwindigkeit des Teilchens und desto größer ist seine Ladung. Aus dem Zusammenhang zwischen der Energie eines Teilchens und der Krümmung seiner Bahn wird deutlich, dass die Abweichung von geradlinige Bewegung größer, wenn die Teilchenenergie geringer ist.

Da die Teilchengeschwindigkeit gegen Ende ihres Laufs abnimmt, verringert sich auch der Krümmungsradius der Bahn. Durch Ändern des Krümmungsradius können Sie die Bewegungsrichtung des Partikels bestimmen: Am Anfang seiner Bewegung ist die Krümmung der Bahn geringer.

Diese Beziehung ist das wichtigste Merkmal eines Partikels und ermöglicht es, das Partikel zu „identifizieren“, d. h. Identifizieren Sie es mit einem bekannten Teilchen.

Teilchenspuren in einer Nebelkammer Protonenspuren

II Ebene. Erinnern wir uns an die wichtigsten Bestimmungen der Theorie

Kein schlechter Anfang. Versuchen Sie, die Fragen zu beantworten

III Ebene. Versuchen Sie, die Aufgaben zu erledigen

In welchem der folgenden Instrumente zur Detektion nuklearer Strahlung entsteht beim Durchgang eines schnell geladenen Teilchens eine Spur aus Flüssigkeitströpfchen in einem Gas?

A. Geigerzähler;

B. Wilson-Kammer;

B. Blasenkammer;

G. Dickfilmemulsion;

D. Mit Zinksulfid beschichtetes Sieb.

A. ... Dampfblasen;

B. ...Flüssigkeitströpfchen;

V. ... spezifische Ladung eines Teilchens;

G. ... Energie und Masse des Teilchens.

Werde konform.

1. Die Spur in einer Nebelkammer besteht aus...

2. Anhand der Länge und Dicke der Schiene können Sie bestimmen...

3. Anhand des Gleisradius können Sie bestimmen...

Die Abbildung zeigt die Bahn eines Elektrons in einer Nebelkammer in einem Magnetfeld. In welche Richtung bewegte sich das Elektron?

Die Abbildung zeigt die Bahn eines Protons in einer Nebelkammer in einem Magnetfeld. In welche Richtung fliegt das Teilchen?

Die Abbildung zeigt die Spuren zweier Teilchen in einer Nebelkammer. Welches Vorzeichen hat die Teilchenladung, wenn die magnetischen Induktionslinien senkrecht zur Zeichenebene verlaufen und vom Leser weg gerichtet sind? Sind die Massen der Teilchen gleich?

IV Ebene. Überprüfen Sie, ob Sie alles verstanden haben

Um die Bewegung eines negativen Mesons zu bestimmen, werden Bleiplatten auf seinem Weg in einer Nebelkammer platziert, und die Kammer befindet sich in einem Magnetfeld. Erklären Sie, wie die Richtung der Teilchenbewegung bestimmt wird.

V Ebene. Dies ist eine schwierige Aufgabe, aber wenn Sie sie lösen, werden Sie einen spürbaren Fortschritt in Ihren Kenntnissen der Physik machen und allen Grund haben, sich selbst mit mehr Respekt als zuvor zu behandeln