Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц

Разделы: Физика

Цели.

  • Общеобразовательные:
    • познакомить учащихся с устройствами регистрации элементарных частиц;
    • раскрыть принцип действия экспериментальных устройств для регистрации заряженных частиц (счетчики, камеры, фотоэмульсии);
    • научить определять характеристики заряженных частиц по их трекам.
  • Развивающие: развитие логического мышления, формирование способности к анализу, обобщению, умений делать выводы.
  • Воспитательные: воспитание сознательной потребности в знаниях, инициативности, трудолюбия, коммуникабельности и настойчивости в достижении цели.

Приборы и материалы: фотографии, инструкция по чтению треков.

ХОД РАБОТЫ

1. Организационный момент

На столах учащихся находятся листы с заданиями.

№УЭ

Содержание заданий

Рекомендации
УЭ 0 Интегрирующая цель:
  • По завершении работы над учебными элементами необходимо увидеть какое практическое значение имеют знания, полученные сегодня.
  • Знать следующие положения:
    • Существуют устройства, служащие для регистрации элементарных частиц.
    • Принцип действия приборов для регистрации частиц – процесс перехода системы в новое, более устойчивое состояние.
  • Уметь: по трекам определять и сравнивать скорость, энергию, массу, заряд элементарных частиц и их отношение.
  • В ходе занятий учиться: осуществлять самоконтроль, взаимоконтроль, работать на доверии.
  • Соотносить результат своей работы с поставленными целями.
  
УЭ 1

1 в.

Входной контроль

2 в.

Входной контроль
1. Что представляют собой img1.gif (155 bytes)-частицы? 1. Что представляют собой img2.gif (166 bytes)-частицы?
2. Как называется сила, с которой магнитное поле действует на заряженную частицу? Куда она направлена? 2. Как влияет магнитное поле на движение заряженной частицы?
3. Как найти радиус окружности, по которой движется частица в магнитном поле? 3. Правило левой руки для силы Лоренца.
4. Электрон, двигаясь со скоростью 3,54 • 105м/с, попадает в однородное магнитное поле с индукцией 2 • 10–5 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции и продолжает двигаться по окружности радиусом 10 см. Определите отношение заряда электрона к его массе. 4. Электрон и протон, двигаясь с одинаковыми скоростями, попадают в однородное магнитное поле перпендикулярно к линиям индукции. Сравните радиусы кривизны Rе и Rр траекторий движения электрона и протона
(Дома было повторить § 6 11 класс)

Листочки сдаются учителю
УЭ 2 Цель: выяснить, что называют регистрирующим прибором; на чем основан принцип действия приборов для регистрации частиц

Знать ответы на следующие вопросы:

1. С какими устройствами, которые дают информацию о событиях в микромире, мы познакомимся? (стр. 270-272 параграф 98)
2. Что такое регистрирующий прибор? (стр. 270)
3. На чем основан принцип действия приборов для регистрации частиц?
4. Подобно чему устройство, регистрирующее элементарные частицы?
5. Запишите определение регистрирующего прибора и его принцип действия.
6. Начертите таблицу в тетради и по мере знакомства с приборами заполняйте ее.

Наименование
устройства
(прибора)

Схематичное
изображение
устройства

Принцип
действия

Результат
(что позволяет
определить)
       
       
       
       
 
УЭ 3 Цель: познакомиться с устройством и принципом действия счетчика Гейгера.

1. Самостоятельно заполните 1 строку в таблице, ответив на вопросы таблицы. Для этого прочитайте на странице 270 газоразрядный счетчик Гейгера. По рисунку 253 рассмотрите устройство счетчика.
2. На странице 270 найдите, на чем основано действие прибора и на странице 271, что регистрирует прибор.
После изучения материала ответьте устно на вопросы:
Почему не регистрируются альфа-частицы с помощью счетчика Гейгера? Какова роль нагрузочного сопротивления R?

 Если затрудняешься ответить на вопросы, то обратись к учебнику стр. 270 -271
УЭ 4 Цель: познакомиться с устройством и принципом действия камеры Вильсона.

1. Самостоятельно заполните 2 строку в таблице, ответив на вопросы таблицы. Для этого прочитайте на странице 271 камера Вильсона.
По рисунку 254 рассмотрите устройство камеры.

2. На странице 271 найдите, на чем основано действие прибора и что регистрирует прибор.
Обратите внимание, что трек – это след, который оставляют пролетевшие частицы (рис. 255 стр. 271). Обычно треки частиц в камере Вильсона не только наблюдают, но и фотографируют.

Длина трека тем больше, чем больше (энергия) частицы и чем меньше (плотность среды). Толщина трека тем больше, чем больше (заряд) частицы и чем меньше её (скорость). При движении заряженной частицы в магнитном поле трек получается искривлённым, причём радиус кривизны трека тем больше, чем больше (масса) и (скорость) частицы и чем меньше её (заряд) и (модульиндукции) магнитного поля. Частица движется от конца трека с (большим) радиусом кривизны к концу с (меньшим) радиусом кривизны. Радиус кривизны по мере движения уменьшается, т.к. из-за сопротивления среды (уменьшается) скорость частицы.
Ответьте на следующие вопросы устно:
– Что такое трек? (страница 271)
– Какую информацию дают треки? (страница 271)
– Если поместить камеру Вильсона в магнитное поле, что происходит с траекторией движения частицы? (страница 272)
– Какая сила искривляет траекторию частицы (страница 272)
– Когда трек имеет большую кривизну? (страница 272)
– Что определяют по кривизне трека? (страница 272)
– Можно ли с помощью камеры Вильсона регистрировать незаряженные частицы? Какие характеристики частиц можно определить с помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле?

 Если затрудняешься ответить на вопросы, то обратись к учебнику стр. 271-272 и листку
УЭ 5 Цель: познакомиться с устройством и принципом действия пузырьковой камеры.

1. Самостоятельно заполните 3 строку в таблице, ответив на вопросы таблицы. Для этого прочитайте на странице 272 пузырьковая камера. По данному рисунку рассмотрите устройство камеры.

2. На странице 272 найдите, на чем основано действие прибора и что регистрирует прибор.

По фотографии трека различают частицы: , , img3.gif (163 bytes).
3. По рисунку 256 на странице 272 рассмотрите треки частиц. Из чего они состоят?
Ответьте на следующие вопросы устно:
1. В чем преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона?
2. Что позволяет это наблюдать? (страница 272).

 Если затрудняешься ответить на вопросы, то обратись к учебнику стр. 272
УЭ 6 Цель: познакомиться с устройством и принципом действия метода фотоэмульсий.

1. Самостоятельно заполните 4 строку втаблице, ответив на вопросы таблицы. Для этого прочитайте на странице 272 – 273 метод толстослойных фотоэмульсий. По рисунку 257 и данному, рассмотрите устройство и найдите на чем основано действие прибора, и что позволяет определить этот метод.

Ответьте на следующие вопросы устно:

– Что представляет собой фотоэмульсия? (страница 273)
– Как образуется скрытое изображение?
– Как образуется трек частицы?
– В чем преимущество фотоэмульсий?

 Если затрудняешься ответить на вопросы, то обратись к учебнику стр. 273
УЭ 7 Цель: обобщение и систематизация полученных знаний

Примерное заполнение:

Наименование устройства (прибора) Схематичное изображение устройства Принцип действия Результат (что позволяет определить)
Счетчик Гейгера

Ударная ионизация

 Автоматический подсчет частиц, регистрации электронов и - квантов (фотонов большой энергии)
Камера Вильсона

Действие основано на конденсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капелек воды Определяется энергия, скорость, удельный заряд, заряд, масса частиц
Пузырьковая камера

Перегретая жидкость под большим давлением закипает по пути следования ионизирующих частиц. След из пузырьков. Изучение взаимодействия быстрых заряженных частиц с атомными ядрами. Треки – источник информации о поведении и свойствах частиц
Метод фото-эмульсий

Частица ионизирует атомы брома, восстанавливая ионы серебра. Образуется черный след серебра после проявления. Определяется энергия, заряд, масса частиц, вид ядерной реакции
 
УЭ 8 Цель: проверьте свои умения применять полученные знания при решении задач.

Воспользуйтесь «инструкцией по чтению треков»:

1. Разная толщина треков частиц указывает на отличие их зарядов или скоростей. Так при одинаковых скоростях трек толще у частицы с большим зарядом, при одинаковых зарядах он толще у частицы с меньшей скоростью.
2. Из последнего следует, что к концу движения трек частицы становится толще, так можно определить направление – откуда и куда двигалась частица.
3. Радиус кривизны трека частицы зависит от ее заряда, скорости и массы; он тем меньше, чем меньше масса и скорость и чем больше ее заряд.
4. Направление движения можно определить и по изменению радиуса кривизны – в конце движения он уменьшается, так как уменьшается и скорость частицы.

1 вариант

1. Где больше длина пробега img1.gif (155 bytes)-частицы: у поверхности Земли или в верхних слоях атмосферы?

2. На рисунке 248 показаны треки двух частиц в камере Вильсона. Каков знак заряда частиц, если линии магнитной индукции перпендикулярны плоскости чертежа и идут от читателя. Одинаковы ли массы частиц?

2 вариант

1. Какие изменения могут произойти в работе счетчика Гейгера (см. рис), если резистор сопротивлением R1 заменить другим сопротивлением R2 < R1?

2. На рисунке 247 изображен трек электрона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. В каком направлении двигался электрон, если линии магнитной индукции поля идут от нас.

 Сделайте это на отдельном листке и передайте соседу для взаимопроверки.
Поставьте оценку:
«3» – решена одна задача;
«4» – решены две задачи, но есть недочеты
«5» – решены две задачи правильно
(ответы на слайде)
УЭ 9 Резюме: самостоятельно сделайте вывод, достигли ли вы учебной цели. Для этого вернитесь к началу модуля и прочитайте, какие цели стояли перед вами.  
УЭ 10 Рефлексия

1. Какое значение для тебя лично имеют знания и умения, полученные сегодня?
2. При изучении материала ты помогал другим или тебе помогали?
3. Что вызвало наибольшую трудность? Домашнее задание: §98. Если за работу оценка 4 или 5, то задача № 1158 Р. Если за работу оценка 3, то задача № 1160 Р. Если за работу оценка 2, то повторить УЭ 2 – 7, задача №747 Р.

  

Список литературы:

1. Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б. Физика-11
2. Марон А.Е., Марон Е.А. Дидактические материалы.
3. Перышкин. А.В., Гутник Е.М. Физика-9