№ 3 11 класс Лабораторная работа

7.04.20. 11 класс Урок № 3 Тема: Лабораторная работа «Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям»
Просмотрите фрагменты учебных фильмов https://www.youtube.com/watch?v=DUgZtY0D72M Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц, 1973

https://www.youtube.com/watch?v=1fipHFoPJX8 Опыты по физике. Треки α-частиц в камере Вильсона
https://www.youtube.com/watch?v=7FXYUfbZ5ec Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц | Физика 11 класс #45 | Инфоурок

1. Организационный момент

Всем здравствуйте. Сегодня делаем в рабочих тетрадях лабораторную. Следуйте указаниям, если что – то вызывает затруднения, звоните.

2. Изучение нового материала.

Элементарные частицы настолько малы, что их невозможно зафиксировать даже электронным микроскопом. Мы будет изучать не фотографии частиц, а фотографии треков частиц. Их «следы». Попадая в определенные условия, скажем в магнитное поле, заряженные частицы начинают взаимодействовать с полем, и оставляют «следы» своей деятельности. По этим следам можно идентифицировать, т.е. определить, что это была за частица.

Существуют различные способы и приборы для обнаружения заряженных частиц.

1. Метод сцинтилляции, позволяющий наблюдать вспышки от удара отдельной α частицы в сцинтиллирующие экраны. Одним из первых детекторов α-частиц был экран, покрытый сернистым цинком. Метод счета сцинтилляций был использован Гейгером и Марсденом в эксперименте по рассеянию α-частиц на тонких золотых фольгах, который привел к открытию атомного ядра.

2. Счётчик Гейгера. Счетчик Гейгера – Мюллера – это газоразрядный прибор для исследования различных излучений: α- и β-частиц, γ-квантов, частиц высокой энергии в космических лучах. Большинство частиц регистрируется в счетчике Гейгера–Мюллера по вторичным частицам, которые образуются в результате взаимодействия ионизирующей частицы с рабочим веществом счетчика – инертным газом с небольшими примесями спиртовых паров и галогенов.

Рабочее вещество заключено в полый цилиндр – катод счетчика, – где находится под пониженным давлением (в несколько раз меньше атмосферного). По его оси проходит тонкая металлическая нить – анод. К электродам прикладывается сильное напряжение в несколько сотен вольт.

Если в рабочем веществе счетчика нет ионизирующих частиц, то сигнал в нем не возникает. При попадании в счетчик частицы происходит ионизация газа, и в камере возникают свободные электроны, которые движутся к положительно заряженной нити.

Вблизи нити электроны ускоряются настолько, что выбивают из атомов газа новые электроны, в результате чего поток заряженных частиц нарастает лавинообразно.

Возникает коронный разряд, и через прибор течет ток, регистрация которого и показывает, что обнаружена очередная частица. Через тысячные или сотые доли секунды разряд останавливается, и счетчик становится готов для обнаружения следующей частицы.

3. Камера Вильсона. Первым прибором, с помощью которого стало возможным изучать характеристики частиц, стала камера Вильсона. Она состоит из цилиндра, заполненного парами спирта или воды. При резком опускании поршня температура внутри камеры падает, и пар становится пересыщенным. Влетающие через отверстие заряженные частицы становятся центрами конденсации. По пути (треку) движения частицы образуются капельки жидкости, так что трек можно сфотографировать и изучить. Чем больше длина трека, тем больше энергия частицы, а чем больше толщина трека, тем больше заряд и меньше скорость частицы.

4. Пузырьковая камера. Пузырьковая камера позволяет регистрировать следы (треки) быстрых заряженных частиц. Рабочим веществом пузырьковой камеры является перегретая жидкость (то есть жидкость, нагретая до температуры чуть выше температуры кипения). В таком состоянии жидкость неустойчива и при попадании в камеру любого инородного тела немедленно закипает. Именно цепочка пузырьков газа вдоль траектории частицы и регистрируется в этой камере.

В начале наблюдения в камере резко понижается давление, и жидкость становится перегретой. В это время в нее и впускаются регистрируемые частицы. Часть кинетической энергии частицы расходуется на рост пузырьков газа вдоль ее пути. Через несколько миллисекунд радиус пузырьков вырастает до 0,1–0,3 мм и их можно сфотографировать на фотокамеру. Фотоснимок траектории частиц и является результатом работы камеры. По форме траектории можно определить массу, скорость и энергию получающихся частиц.

После получения фотоснимка давление в камере вновь становится нормальным, после чего прибор готов для повторного использования. Весь цикл занимает меньше секунды.

Эту ссылку скачайте и ищете через Яндекс. Там в ТЕОРИИ четыре интересующие нас вкладки.

https://www.yaklass.ru/p/fizika/9-klass/stroenie-atoma-i-atomnogo-iadra-344899/metody-nabliudeniia-i-registratcii-chastitc-v-iadernoi-fizike-551054

https://www.youtube.com/watch?v=THV-6_ujlQw 9 класс физика. Лабораторная работа "Изучение видов треков заряженных частиц по фотографиям"
https://www.youtube.com/watch?v=0huk-cFIUGw Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям (показано как сделать чертеж)

Выполняем работу в обычном порядке, только в рабочих тетрадях

Лабораторная работа.

Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям

Цель  работы:  провести  идентификацию заряженной частицы по результатам сравнения ее трека с треком протона в камере Вильсона, помещенной  в магнитное поле; сформировать элементарные навыки и умения анализировать фотографии треков заряженных частиц

Оборудование: готовая фотография двух треков заряженных частиц. I трек– протон, II – частица, которую необходимо идентифицировать.

Инструкция

I. Запишите число, тему, цель.

II. Выполни задания

III. Сделай предложенный рисунок (используйте кальку). Найди радиус трека для каждой частицы. Рис. 157

IV. Вывод

Теория.

Ход работы

II. Письменно ответь на вопросы, используя знания, полученные после просмотра видео.

Задание 1. Изучение треков заряженных частиц, полученных в камере Вильсона.

Оборудование: фотографии треков заряженных частиц, полученных в камере Вильсона.

З адание 2. Изучение треков заряженных частиц, полученных в пузырьковой камере .

Оборудование: фотографии треков заряженных частиц, полученных в пузырьковой камере.

Задание 3. Изучение треков заряженных частиц, полученных в фотоэмульсии

Оборудование: фотографии треков заряженных частиц, полученных в фотоэмульсии.

III. На рисунке показаны два трека заряженных частиц в камере Вильсона, помещенной в однородное магнитное поле, перпендикулярное плоскости рисунка. Трек I принадлежит протону.

Какой из частиц (протону, электрону или α-частице) принадлежит трек II ? Известно, что частицы влетели в камеру Вильсона в плоскости рисунка с одинаковыми скоростями. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения. Частицы влетают справа налево. Удельный заряд является табличным значением.

Заряд и массу протона знаете; радиус треков нашли. Все данные есть, чтобы определить влетевшую частицу.

Ответьте на данные ниже вопросы.

а) Длина треков α-частиц примерно одинакова. О чем это говорит?

б) Как менялась толщина трека по мере движения частиц? Что из этого следует?

в) Почему менялись радиус кривизны и толщина треков по мере движения α-частиц?

г) Почему трек имеет форму спирали?

Вывод.

Домашняя работа

Повторить явление радиоактивности