План урока по физике в 11 классе. Тема: Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

• 1 слайд

  Физика
  атомного ядра
  

• 2 слайд

  Ядерная физика – раздел физики, в котором исследуется строение и превращение атомных ядер.
  

• 3 слайд

  Методы наблюдения
  и
  регистрации
  элементарных частиц
  

• 4 слайд

  Рассмотрим устройства, благодаря которым возникла и начала развиваться физика атомного ядра и элементарных частиц.
  Это устройства для регистрации и изучения столкновений и взаимных превращений ядер и элементарных частиц.
  

• 5 слайд

  Счётчик Гейгера – прибор для автоматического подсчёта частиц.
  R
  катод
  анод
  Счётчик состоит из закрытой трубки, по оси которой натянута струна (А), а стенки покрыты тонким проводящим слоем (К).
  

• 6 слайд

  Трубка заполняется аргоном. Между А и К образуется сильное электрическое поле. Частица, попадающая в трубку, пролетая в газе, ионизирует газ, вследствие чего возникает разрядный ток. Т.о., частица вызывает импульс тока, который через усилитель подается на регистрирующее устройство.
  
  Счётчик применяется в основном для регистрации электронов и -квантов.
  

• 7 слайд

  Камера Вильсона
  В камере Вильсона быстрая заряженная частица оставляет след, который можно наблюдать непосредственно или сфотографировать.
  стекло
  окошечко, через которое впускаются излучаемые частицы
  влажная материя
  поршень
  Цилиндр со стеклянными боковыми стенками и крышкой, в котором перемещается поршень. Камера заполнена парами воды или спирта.
  

• 8 слайд

  При быстром выдвижении поршня воздух в камере охлаждается и пар становится перенасыщенным.
  Частицы, пролетая через камеру, ионизируют воздух.
  На образовавшихся ионах конденсируется перенасыщенный пар.
  Капельки образуют видимый след пролетевшей частицы – трек.
  Затем камера возвращается в исходное состояние, и ионы удаляются электрическим полем.
  

• 9 слайд

  Информация, которую дают треки:
  по длине трека определяют энергию частицы; чем длиннее трек, тем больше ее энергия;
  по числу капелек на единицу длины трека – ее скорость; чем больше капелек воды образуется на единицу длины трека, тем меньше ее скорость;
  частицы с большим зарядом оставляют трек большей толщины.
  

• 10 слайд

  Пузырьковая камера
  - содержит перегретую жидкость (жидкий водород или гелий). При резком уменьшении давления происходит закипание жидкости, пузырьки пара прежде всего возникают в местах, где имеются заряженные частицы.
  Путь заряженных частиц (трек) обозначается цепочкой пузырьков жидкости, которая и фотографируется.
  

• 11 слайд

  Метод толстослойной фотоэмульсии
  - частицы, попадая на фотоэмульсию, «выбивают» электроны из атомов бромистого серебра.
  После проявления те места, где частицами «выбиты» электроны из атомов бромистого серебра, образуют след – траекторию полета частицы. По характеру видимого следа, его толщине, расстоянию между «выбитыми» электронами, можно судить о свойствах пролетавшей частицы – скорости, энергии.
  

Краткое описание документа:

Цель урока: ознакомить учащихся с устройствами, с помощью которых развивалась физика атомных ядер и элементарных частиц; необходимую информацию о процессах в микромире получили именно благодаря этим приборам.

Ход урока

• Проверка домашнего задания методом фронтального опроса

• В чем заключалось противоречие модели атома Резерфорда с классической физикой.
• Квантовые постулаты Бора.

9) Задача. Насколько изменилась энергия электрона в атоме водорода при излучении атомом фотона с длиной волны 4,86 ∙10-7м?

Решение. ∆Е = h ν; ν = c/λ; ∆Е = h c /λ; ∆E=4,1 ∙10-19 Дж.

2. Изучение нового материала

Регистрирующий прибор – это макроскопическая система, находящаяся в неустойчивом положении. При любом возмущении, которое вызывает пролетевшая частица, система переходит в более устойчивое положение. Процесс перехода позволяет регистрировать частицу. В настоящее время имеется много устройств, для регистрации элементарных частиц. Рассмотрим некоторые из них.

А) Газоразрядный счетчик Гейгера.

Этот прибор служит для автоматического подсчета частиц.

Устройство счетчика объяснить, используя плакат. Действие счетчика основано на ударной ионизации.

Применяется счетчик Гейгера для регистрации γ – квантов и электронов, счетчик хорошо замечает и считает почти все электроны и только один из ста γ – квант.

Тяжелые частицы счетчиком не подсчитываются. Имеются счетчики, которые работают на других принципах.

Б) Камера Вильсона.

Счетчик только подсчитывает число пролетевших частиц. Камера Вильсона, сконструированная в 1912 году, располагает оставшимся, после пролета частицы треком (след), который можно наблюдать, фотографировать, изучать.

Ученые называли камеру Вильсона окном в микромир.

Устройство и принцип действия камеры объяснить по плакату. Действие камеры Вильсона основано на конденсации перенасыщенного пара, который образует на ионах треки из капелек воды. По длине трека можно определить энергию частицы; по числу капелек на единицу длины трека вычисляют ее скорость; по толщине трека определяют заряд пролетевшей частицы. Поместив камеру в магнитное поле, заметили кривизну трека, которая тем больше, чем больше заряд и чем меньше масса частицы. Определив, заряд частицы и зная кривизну трека, вычисляют ее массу.

В) Пузырьковая камера.

Американский ученый Глейзер, в 1952 году, для изучения элементарных частиц создал новый тип камеры. Она была похожа на камеру Вильсона, но в ней было заменено рабочее тело; перенасыщенные пары были заменены на перегретую жидкость. Быстродвижущаяся частица, при движении по жидкости, образовывала пузырьки на ионах (так как жидкость закипала) – камеру назвали пузырьковой.

Большая плотность рабочего вещества дает преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона.

Пробеги частиц в пузырьковой камере короткие, а взаимодействия более сильными и часть частиц застревает в рабочем веществе. В результате появляется возможность наблюдать превращения частиц . Треки – главный источник информации о свойствах частиц.

Г) Метод толстослойных фотоэмульсий.

Ионизирующее действие заряженных частиц на эмульсию фотопластинки, используется для изучения свойств элементарных частиц наряду с пузырьковой камерой и камерой Вильсона. Заряженная частица с большой скоростью пронизывает фотоэмульсию, которая содержит кристаллы бромида серебра. Отрывая электроны, от некоторых атомов брома в фотоэмульсии появляется, скрытое изображение. Трек частицы появляется после проявления фотопластинки. По длине и толщине трека вычисляют энергию и массу частиц.

Существует много других устройств и приборов, которые регистрируют и исследуют элементарные частицы.

3. Закрепление изученного материала.

1) Что такое регистрирующий прибор?

2) Принцип действия счетчика Гейгера; камеры Вильсона; пузырьковой камеры, метода толстослойных фотоэмульсий.

3) Какие преимущества имеет пузырьковая камера перед камерой Вильсона?

Подведем итоги урока.

Домашнее задание: §98, повт, §97