Логотип Инфоурока

Получите 30₽ за публикацию своей разработки в библиотеке «Инфоурок»

Добавить материал

и получить бесплатное свидетельство о размещении материала на сайте infourok.ru

Инфоурок Физика Другие методич. материалыУрок на тему «Методы наблюдения и регистрации заряженных частиц».

Урок на тему «Методы наблюдения и регистрации заряженных частиц».

Скачать материал
Скачать тест к этому уроку
Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ УРОК откр.docx

библиотека
материалов

Разработала и провела учитель физики С.К.Аликбирова

2019-20 учебный год


Открытый урок в 11 классе на тему:

«Методы наблюдения и регистрации заряженных частиц».



Цели урока:

1. Образовательная: повторить процессы hello_html_43b55a9c.jpg-, hello_html_m3f85aa20.jpg- распада, hello_html_2398d4a.jpg-излучения.
Изучить методы регистрации частиц, путем обсуждения материала, найденного учащимися самостоятельно. Заполнить таблицу по сообщениям учащихся.

2. Развивающая: развивать познавательный интерес учащихся, умение работать с литературой, таблицей. Способствовать формированию умения анализировать, сравнивать, обобщать факты.

3. Воспитательная: воспитывать чувство ответственности, умение работать в коллективе.

Тип урока: урок-семинар

Оборудование: Счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера, видеопроектор, презентация, таблица “Методы регистрации частиц”.

Эпиграф: “ ….. воспитание творческих способностей в человеке основывается на развитии самостоятельного мышления” П.П. Капица

Структура урока:

  1. Организационный момент.

  2. Цели и задачи урока.

  3. Актуализация знаний.

  4. Вступление в беседу.

  5. Доклады учащихся.

  6. Заполнение таблицы.

  7. Подведение итогов урока.

  8. Работа с учебником.

  9. Домашнее задание.

Ход урока:

1. Организационный момент.

Здравствуйте ребята и уважаемые гости. Я рада приветствовать вас на уроке физики.

2. Подведение к теме, задачи урока.

Узбекская пословица гласит: “ Что в юности узнал на камне выбито, что в старости узнал – по льду написано.

На прошлом уроке мы с вами узнали, что такое радиоактивность и что представляет из себя hello_html_43b55a9c.jpg-, hello_html_m3f85aa20.jpg- распад, hello_html_2398d4a.jpg- излучение.

Сегодня мы продолжим “выбивать на камне” ваши знания, а именно, обсудим тот материал, который вам удалось найти в литературе. Прослушаем ваши сообщения по теме “Экспериментальные методы исследования частиц” и заполним таблицу.

Итак, запишите тему урока в тетрадь.

3.Актуализация знаний:

Перед тем, как приступить к семинарскому занятию, проведем небольшую самостоятельную работу по вариантам. Листочки у вас на столах, подпишите фамилию и группу. См/раб состоит из двух заданий.

Вариант 1.

  1. Напишите реакции hello_html_7a615d94.gifи hello_html_mf81335d.gifраспадов кюрия hello_html_55584ddd.gif.

  2. Элемент hello_html_28ff3db9.gifиспытал два hello_html_7a615d94.gifраспада и один hello_html_mf81335d.gifраспад. Какой новый элемент получился? Напишите уравнения реакций.

Вариант 2.

  1. Запишите реакцию hello_html_7a615d94.gifраспада ядра радия hello_html_2de1f25e.gif.

  2. Элемент hello_html_m76720219.gifиспытал два hello_html_mf81335d.gifраспада. Какой новый элемент образовался? Напишите уравнения реакций.

Вариант 3.

  1. Запишите реакцию hello_html_mf81335d.gifраспада ядра марганца hello_html_419ea05b.gif.

  2. Ядро hello_html_ma597eb6.gifиспускает две hello_html_7a615d94.gifчастицы и одну hello_html_mf81335d.gifчастицу. Какой элемент при этом образуется? Напишите уравнения реакций.

Вариант 4.

  1. В какой изотоп превращается изотоп тория hello_html_360c5b96.gifпосле трёх последовательных hello_html_7a615d94.gifраспадов. Напишите уравнения реакций.

  2. В какой элемент превращается hello_html_28ff3db9.gifпосле двух hello_html_mf81335d.gif- распадов и одного hello_html_7a615d94.gif- распада?

4. Вступление в беседу.

Элементарные частицы (например, электроны и ионы), а также атомные ядра невозможно увидеть ни в один микроскоп, даже электронный.

Для дальнейшего развития ядерной физики (в частности, для исследования строения атомных ядер) необходимы были специальные устройства, с помощью которых можно было бы регистрировать различные частицы, а также изучать их взаимодействия.

Были созданы специальные методы и приборы, позволяющие определить характеристики частиц: массу, скорость, энергию, знак и величину, и другие характеристики.

Действия большинства приборов основаны на том, что быстрая заряженная частица, пролетая через газ или жидкость ионизирует их атомы и молекулы. А вот эту ионизацию можно обнаружить уже с помощью различных приборов.

Я предлагаю вам начертить таблицу в тетрадь, и будем ее заполнять, после прослушивания ваших докладов.

Вывожу таблицу на белый экран с помощью мультимедийного видеопроектора.

Название устройства

Схематическое изображение

Физические принципы действия

Результат

Счетчик Гейгера

 

 

 

Камера Вильсона

 

 

 

Пузырьковая камера

 

 

 

Метод толстослойных фотоэмульсий

 

 

 

Сцинтилляционный метод

 

 

 

Учащиеся выступают со своими докладами, после чего мы обобщаем информацию с помощью слайдов презентации и заполняем данную таблицу. (Приложение 1,2)















5. выступления учащихся:

Газоразрядный счетчик Гейгера.

Счетчик Гейгера — один из важнейших приборов для автоматического счета частиц, изобретенный в 1908г.

Счетчик Гейгера состоит из металлического цилиндра, являющегося катодом (т. е. отрицательно заряженным электродом) и натянутой вдоль его оси тонкой проволочки — анода (т. е. положительного электрода). Катод и анод через сопротивление R присоединены к источнику высокого напряжения (порядка 200—1000В), благодаря чему в пространстве между электродами возникает сильное электрическое поле.

Оба электрода помещают в герметичную стеклянную трубку, заполненную разреженным газом (обычно аргоном).

Действие счетчика основано на ударной ионизации.

Пока газ не ионизирован, ток в электрической цепи источника напряжения отсутствует. Если же в трубку сквозь ее стенки влетает какая-нибудь частица, способная ионизировать атомы газа, то в трубке образуется некоторое количество электрон-ионных пар. Электроны и ионы начинают двигаться к соответствующим электродам.

Если напряженность электрического поля достаточно велика, то электроны на длине свободного пробега (т. е. между соударениями с молекулами газа) приобретают достаточно большую энергию и тоже ионизируют атомы газа, образуя новое поколение ионов и электронов, которые тоже могут принять участие в ионизации, и т. д. В трубке образуется так называемая электронно-ионная лавина, в результате чего происходит кратковременное и резкое возрастание силы тока в цепи и напряжения на сопротивлении R. Этот импульс напряжения, свидетельствующий о попадании в счетчик частицы, регистрируется специальным устройством.

Поскольку сопротивление R очень велико (порядка 10?Ом), то в момент протекания тока основная доля напряжения источника падает именно на нем, в результате чего напряжение между катодом и анодом резко уменьшается и разряд автоматически прекращается (так как это напряжение становится недостаточным для образования новых поколений электрон-ионных пар). Счетчик готов к регистрации следующей частицы.

Счетчик Гейгера применяется в основном для регистрации электронов, но существуют модели, пригодные и для регистрации ?-квантов.

Счетчик Гейгера позволяет только регистрировать тот факт, что через него пролетает частица.

После выступления проводится демонстрация работы счетчика Гейгера.

Камера Вильсона.

Гораздо большие возможности для изучения микромира дает прибор, изобретенный в 1912г. и называемый камерой Вильсона.

Камера Вильсона состоит из невысокого стеклянного цилиндра со стеклянной крышкой. Внутри цилиндра может двигаться поршень. На дне камеры находится черная ткань. Благодаря тому, что ткань увлажнена смесью воды со спиртом, воздух в камере насыщен парами этих жидкостей.

Действие камеры Вильсона основано на конденсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капелек воды.

При быстром движении поршня вниз находящиеся в камере воздух и пары расширяются, их внутренняя энергия уменьшается, температура понижается.

В обычных условиях это вызвало бы конденсацию паров (появление тумана). Однако в камере Вильсона этого не происходит, так как из нее предварительно удаляются так называемые ядра конденсации (пылинки, ионы и пр.). Поэтому в данном случае при понижении температуры в камере пары становятся пересыщенными, т. е. переходят в крайне неустойчивое состояние, при котором они будут легко конденсироваться на любых образующихся в камере ядрах конденсации, например на ионах.

Изучаемые частицы впускаются в камеру через тонкое окошко (иногда источник частиц помещают внутри камеры). Пролетая с большой скоростью через газ, частицы создают на своем пути ионы. Эти ионы и становятся ядрами конденсации, на которых пары конденсируются в виде маленьких капелек (водяной пар конденсируется преимущественно на отрицательных ионах, пары этилового спирта — на положительных). Вдоль всего пути частицы возникает тонкий след из капелек (трек), благодаря чему траектория движения становится видимой.

Если поместить камеру Вильсона в магнитное поле, то траектории заряженных частиц искривляются. По направлению изгиба следа можно судить о знаке заряда частицы, а по радиусу кривизны определять ее массу, энергию, заряд.

Треки существуют в камере недолго, так как воздух нагревается, получая тепло от стенок камеры, и капельки испаряются. Чтобы получить новые следы, необходимо удалить имеющиеся ионы с помощью электрического поля, сжать воздух поршнем, выждать, пока воздух в камере, нагревшийся при сжатии, охладится, и произвести новое расширение.

Обычно треки частиц в камере Вильсона не только наблюдают, но и фотографируют. При этом камеру освещают сбоку мощным пучком световых лучей.

С помощью камеры Вильсона был сделан ряд важнейших открытий в области ядерной физики и физики элементарных частиц.

После выступления проводится демонстрация камеры Вильсона.

Пузырьковая камера.

В 1952г. американским ученым Д. Глейзером было предложено использовать для обнаружения треков частиц перегретую жидкость. В такой жидкости на ионах, образующихся при движении быстрой заряженной частицы, возникают пузырьки пара, дающие видимый трек. Камеры такого типа были названы пузырьковыми. Они состоят из стеклянного цилиндра, заполненного жидкостью и немного напоминают камеру Вильсона.

Принцип действия ее основан на том, что в перегретом состоянии чистая жидкость, находясь под высоким давлением, не закипает при температуре выше точки кипения. При резком понижении давления жидкость оказывается перегретой и в течение небольшого времени она будет находиться в неустойчивом состоянии. Заряженные частицы, пролетающие именно в это время, вызывают появление треков, состоящих из пузырьков пара. В качестве жидкостей используются главным образом жидкий водород и пропан. Длительность рабочего цикла пузырьковой камеры невелика — около 0,1с.

Треки в камере Вильсона и пузырьковой камере — один из главных источников информации о поведении и свойствах частиц.

Наблюдение следов элементарных частиц производит сильное впечатление, создает ощущение непосредственного соприкосновения с микромиром.

Метод толстослойных фотоэмульсий.

Для регистрации частиц наряду с камерами Вильсона и пузырьковыми камерами применяются толстослойные фотоэмульсии. Ионизирующее действие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки позволило французскому физику А. Беккерелю открыть в 1896г. радиоактивность. Метод фотоэмульсии был разработан в 1928г. советскими физиками Л. В. Мысовским, А. П. Ждановым.

Этот метод проделывают при помощи фотопластины покрытой фотоэмульсией.

Его сущность заключается в использовании специальных фотоэмульсий для регистрации заряженных частиц.

Фотоэмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов бромида серебра. Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик, отрывает электроны от отдельных атомов брома. Цепочка таких кристалликов образует скрытое изображение. При проявлении в этих кристалликах восстанавливается металлическое серебро и цепочка зерен серебра образует трек частицы. По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы.

Из-за большой плотности фотоэмульсии треки получаются очень короткими (порядка 10??см для ?-частиц, испускаемых радиоактивными элементами), но при фотографировании их можно увеличить.

Метод сцинтилляций.

Этот метод был использован Резерфордом в 1911г, а предложил его У. Крупе в 1903г. Простейшим средством регистрации излучений был экран, покрытый люминесцирующим веществом (от лат. lumen – свет). Это вещество светится при ударе о него заряженной частицы, если энергии этой частицы достаточно для возбуждения атомов вещества. В том месте, куда частица попадает, возникает вспышка – сцинтилляция (от лат. scintillatio – сверкание, искрение). Вспышки на экране наблюдаются с помощью микроскопа. Такие счётчики и получили название сцинтилляционные.

Вся эта установка помещается в сосуд, из которого откачен воздух (чтобы устранить рассеяние частиц за счет их столкновений с молекулами воздуха). Если на пути частиц нет никаких препятствии, то они попадают на экран узким, слегка расширяющимся пучком. При этом все возникающие на экране вспышки сливаются в одно небольшое светлое пятно.

Но этот метод не дают точности, так как результат подсчета вспышек на экране в большей степени зависит от остроты зрения наблюдателя. Кроме того, длительное наблюдение оказывается невозможным, так как глаз быстро устает.

6. Подведение итогов урока.

Итак, сегодня мы с вами познакомились с методами регистрации частиц, какие это методы? Перечислите их?

Мы рассказали далеко не о всех приборах, регистрирующих элементарные частицы. Современные приборы для обнаружения редко встречающихся и очень мало живущих частиц очень сложны. В их сооружении принимают участие сотни людей.

7. Дополнительные вопросы: (работа с учебником).

1. Какие преимущества имеет пузырьковая камера по сравнению с камерой Вильсона? (§76, стр.188).

2. Какие преимущества имеет метод фотоэмульсий? (§76, стр.188).

А сегодня мы заканчиваем наш урок.

Оценки за работу на уроке:

8. Домашнее задание.

§76 (ответить на вопросы в конце параграфа).

+ практическая задача:

По трубопроводу течет бензин, а вслед за ним – нефть. Как определить момент, когда через данное сечение трубопровода проходит граница раздела бензина и нефти? (пробу брать нельзя, но у вас есть счетчик Гейгера и радиоактивный препарат)

9. Заполненная таблица в конце урока (приложение 2)



Выбранный для просмотра документ семинар.ppt

библиотека
материалов
« ….. воспитание творческих способностей в человеке основывается на развитии...

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд « ….. воспитание творческих способностей в человеке основывается на развитии
Описание слайда:

« ….. воспитание творческих способностей в человеке основывается на развитии самостоятельного мышления» П.П. Капица

2 слайд 1. Повторить процессы α-, β- распада, γ- излучения. 2. Проанализировать метод
Описание слайда:

1. Повторить процессы α-, β- распада, γ- излучения. 2. Проанализировать методы регистрации частиц, путем обсуждения материала, подготовленного учащимися. 3. Систематизация знаний в ходе заполнения таблицы.

3 слайд 1 этап. «Радиоактивные превращения» Задание: Написать уравнение реакции и опр
Описание слайда:

1 этап. «Радиоактивные превращения» Задание: Написать уравнение реакции и определить продукт реакции.

4 слайд 1 вариант 3 вариант 1) 4796Cm 4 2 He + 4394Pu 1) 5725Mn 0 -1 e + 5726Fe 47
Описание слайда:

1 вариант 3 вариант 1) 4796Cm 4 2 He + 4394Pu 1) 5725Mn 0 -1 e + 5726Fe 4796Cm 0 -1 e + 4797Bk 2) 23692U 4 2 He + 23290Th 2) 23992U 4 2 He + 23590Th 23290 Th 4 2 He +22888Ra 23590 Th 4 2 He +23188Ra 22888Ra 0 -1 e + 22889Ac 23188Ra 4 2 He + 23189Ac 2 вариант 1) 22688Ra 4 2 He + 22286Rn 2) 23290 Th 0 -1 e +23291Pa 23291Pa 0 -1 e + 23290Th 4 вариант 1) 23490 Th 4 2 He +23088Ra 2) 23992U 0 -1 e + 23993Np 23088Ra 4 2 He + 22686Rn 23993Np 0 -1 e + 23994Pu 22686Rn 4 2 He + 22284Po 23994Pu 4 2 He + 23592U

5 слайд Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц Счётчик Гейгера Камера Ви
Описание слайда:

Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц Счётчик Гейгера Камера Вильсона Пузырьковая камера Фотографические эмульсии 2 этап. Обсуждение темы

6 слайд Название устройства	Схематическое изображение	Физические принципы действия	Ре
Описание слайда:

Название устройства Схематическое изображение Физические принципы действия Результат Счетчик Гейгера Камера Вильсона Пузырьковая камера Метод толстослойных фотоэмульсий

7 слайд + - R К усилителю Стеклянная трубка Анод Катод В газоразрядном счетчике имеют
Описание слайда:

+ - R К усилителю Стеклянная трубка Анод Катод В газоразрядном счетчике имеются катод в виде цилиндра и анод в виде тонкой проволоки по оси цилиндра. Пространство между катодом и анодом заполняется специальной смесью газов. Между катодом и анодом прикладывается напряжение.

8 слайд Счётчик Гейгера применяется в основном для регистрации фотонов и y- квантов.
Описание слайда:

Счётчик Гейгера применяется в основном для регистрации фотонов и y- квантов. Счётчик регистрирует почти все падающие в него электроны. Регистрация сложных частиц затруднена.

9 слайд Вильсон- английский физик, член Лондонского королевского общества. Изобрёл в
Описание слайда:

Вильсон- английский физик, член Лондонского королевского общества. Изобрёл в 1912 г прибор для наблюдения и фотографирования следов заряжённых частиц, впоследствии названную камерой Вильсона (Нобелевская премия, 1927).

10 слайд Камеру Вильсона можно назвать “окном” в микромир. Она представляет собой герм
Описание слайда:

Камеру Вильсона можно назвать “окном” в микромир. Она представляет собой герметически закрытый сосуд, заполненный парами воды или спиртами близкими к насыщению. Стеклянная пластина поршень вентиль

11 слайд Если частицы проникают в камеру, то на её пути возникают капельки воды. Эти к
Описание слайда:

Если частицы проникают в камеру, то на её пути возникают капельки воды. Эти капельки образуют видимый след пролетевшей частицы- трек. По длине трека можно определить энергию частицы, а по числу капелек на единицу длины оценивается её скорость. Трек имеет кривизну.

12 слайд При понижении давления жидкость в камере переходит в перегретое состояние. по
Описание слайда:

При понижении давления жидкость в камере переходит в перегретое состояние. поршень

13 слайд Пролёт частицы вызывает образование цепочки капель, которые можно сфотографир
Описание слайда:

Пролёт частицы вызывает образование цепочки капель, которые можно сфотографировать.

14 слайд Заряжённые частицы создают скрытые изображения следа движения По длине и толщ
Описание слайда:

Заряжённые частицы создают скрытые изображения следа движения По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы Фотоэмульсия имеет большую плотность, поэтому треки получаются короткими

15 слайд
Описание слайда:

16 слайд * Произвести вычисления, определить частицу по треку, сделать вывод и оформит
Описание слайда:

* Произвести вычисления, определить частицу по треку, сделать вывод и оформить лабораторную работу в тетрадях.

  • Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
    Пожаловаться на материал
Скачать материал
Скачать тест к этому уроку
Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Краткое описание документа:


Открытый урок в 11 классе на тему:

«Методы наблюдения и регистрации заряженных частиц».


Цели урока:

1. Образовательная: повторить процессы -, - распада, -излучения.
Изучить методы регистрации частиц, путем обсуждения материала, найденного учащимися самостоятельно. Заполнить таблицу по сообщениям учащихся.

2.....

Тип урока: урок-семинар

Проверен экспертом
Общая информация
Учебник: «Физика (базовый уровень)», Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. / Под ред. Парфентьевой Н.А.
Тема: § 97. Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

Номер материала: ДБ-1042542

Скачать материал
Скачать тест к этому уроку

Вам будут интересны эти курсы:

Курс повышения квалификации «Информационные технологии в деятельности учителя физики»
Курс профессиональной переподготовки «Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс повышения квалификации «Основы туризма и гостеприимства»
Курс повышения квалификации «Методика написания учебной и научно-исследовательской работы в школе (доклад, реферат, эссе, статья) в процессе реализации метапредметных задач ФГОС ОО»
Курс повышения квалификации «Основы местного самоуправления и муниципальной службы»
Курс повышения квалификации «История и философия науки в условиях реализации ФГОС ВО»
Курс повышения квалификации «Страхование и актуарные расчеты»
Курс повышения квалификации «Финансы предприятия: актуальные аспекты в оценке стоимости бизнеса»
Курс повышения квалификации «ЕГЭ по физике: методика решения задач»
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности секретаря руководителя со знанием английского языка»
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности специалиста оценщика-эксперта по оценке имущества»
Курс профессиональной переподготовки «Организация системы менеджмента транспортных услуг в туризме»
Курс профессиональной переподготовки «Технический контроль и техническая подготовка сварочного процесса»
Курс профессиональной переподготовки «Стратегическое управление деятельностью по дистанционному информационно-справочному обслуживанию»

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.