Физический вечер
«В мире элементарных частиц»
(методическая разработка по организации внеклассной работы)
Цель : углубление знаний о строении вещества.
Занимательный характер вечеру создает театрализованная форма.
Активные участники вечера разбиваются на 2 группы.
Одна группа выступает «в роли» элементарных частиц. Каждый учащийся рассказывает присутствующим историю открытия «своей» частицы, об ее основных свойствах и ее роли в строении вещества. Для этих ролей можно привлечь учащихся 7-9 классов.
Другая группа участников вечера- девятиклассники, представляют «специалистов» различных областей науки: врача, физика, криминалиста, археолога, агронома, металлурга. В своих выступлениях эти учащиеся рассказывают о некоторых применениях элементарных частиц и радиоактивных изотопов в медицине, криминалистике, астрофизике и металлургии. Свой рассказ они сопровождают рисунками, демонстрацией опытов.
Эмоциональную окраску вечера создает соответствующе оформленный зал. На стены вывешиваются портреты Резерфорда, Томсона, Алиханова, Алиханяна и других ученых, внесших замечательный вклад в изучение элементарных частиц. Под каждым из портретов следует разместить краткий перечень работ данного ученого.
При подготовке к вечеру дать задание членам физического кружка, по сбору материалов по применению радиоактивных изотопов в металлургии и угольной промышленности, в медицине и т.д. этот материал модно оформить в виде презентации.
План вечера
Вступительная часть.
Ведущий знакомит учащихся с некоторыми проблемами элементарных частиц, например, с проблемой элементарности, попытками классификации частиц и проблемой кварков и их обнаружения.
Для характеристики частиц достаточно указать на три свойства: массу, электрический заряд и время жизни.
Знакомство с элементарными частицами.
Ознакомить лишь с 13 элементарными частицами: электроном, протоном, нейтроном, нейтрино и их античастицами: фотоном, пионами ( отрицательным, положительным) и отрицательным мезоном. Такой выбор частиц методически оправдан тем, что некоторые из них входят в состав вещества и антивещества. Нейтрино, антинейтрино и фотон участвуют во взаимных превращениях частиц. Они играют роль в ядерном взаимодействии.
Краткие выступления «специалистов»
о практическом использовании частиц и радиоактивных изотопов ( с демонстрацией опытов).
Заключительное слово ведущего.
Примерное содержание выступлений отдельных учащихся.
Электрон
Я- самая древняя элементарная частица. О моем существовании в природе ученые догадывались еще задолго до моего открытия. Ученый Стоней за 8 лет до моего рождения придумал мне имя – « Электрон». Но открыл меня в опытах с катодными трубками английский физик Джон Томсон в 1897 году. Ученые обрадовались моему рождению и стали меня усиленно изучать. Скоро они установили, что я заряжен отрицательно и имею самый маленький в природе элементарных частиц заряд, равный 1,6х19 в минус девятнадцатой степени кулона. Этот заряд , как и мою массу 9,1х10 в минус 31 степени килограмм принимали за единицу. Но моя масса не остается постоянной, когда я движусь с большой скоростью. Я нахожусь в вечном движении относительно своей оси, поэтому мне не приписали еще одно свойство-спин. Мой спин равен ½ особых единиц, в которых измеряется спин в квантовой механике. Основное мое местонахождение – атом. Я вечно могу вращаться вокруг его ядра. Но если мне сообщат энергию ( например, нагреют тело, осветят лучами солнца), то я смогу вырваться из атома и сделаться свободным.
Позитрон
Я почти во всем похож на своего брата-близнеца Электрона. Поэтому меня называют его античастицей. Имею такую же массу покоя, как и он, такой же по величине заряд, но только положительный. Спин мой тоже равен ½ особых единиц. Но я долго скрывался, поэтому меня и открыли значительно позже электрона. В 1932 году датский физик Андерсон с помощью камеры Вильсона изучал следы, которые оставляют космические лучи. Однажды он поместил камеру в магнитное поле. Вот тут-то он и обнаружил мой след, который по сравнению с братом электроном отклоняется в противоположную сторону. Вскоре меня обнаружили и на Земле супруги Жолио-Кюри. Я вылетал из ядра атома при его радиоактивном распаде. С электроном мы можем жить лишь на расстоянии. Стоит нам оказаться рядом - мы оба погибаем. А вместо нас появляются другие частички – фотоны.
Рекомендация: рассказать о необычайном открытии нейтрино. Четверть века частица существовала только теоретически и ее свойствами пользовались для объяснения многих физических явлений, например, (бета-распада). Следует обратить внимание учащихся на трудности экспериментального обнаружения нейтрино. Согласно расчетам ученых, земной шар для нейтрино «прозрачен» как стекло для света. Лишь одна частица из 10 в десятой степени имеет некоторую вероятность взаимодействия с другой частицей. Но несмотря на трудности эксперимента, нейтрино было обнаружено в 1956 году.
Рекомендации: рассказать о роли некоторых элементарных частиц в проблемах, связанных со строением Вселенной, например, проблемой структуры звезд и с проблемой обнаружения антимиров. Проблема существования антивещества решена после открытия позитрона. В 1971году получен антигелий. Это открытие явилось экспериментальным подтверждением возможности существования антивещества. Симметрия в природе относительно частиц и античастиц делает вероятной и естественной гипотезу о существовании и Метагалактики.
Знакомя учащихся с элементарными частицами – мезонами, следует рассказать об отрицательном мюоне, как о первом мезоне, обнаруженном в космических лучах.
В выступлениях о пи-мезонах рекомендуется обратить внимание на роль этих частиц в создании ядерных сил.
Вторая часть вечера состоит из выступлений «специалистов»
Выступление «Археолога»
Археолог может рассказать о том, какую помощь оказывает радиометрический метод по установлению возраста деревянных изделий, обнаруженных при раскопках. В основе метода лежит способность нейтронов, входящих в состав космических лучей, превращать стабильное ядро углерода атмосферы Земли в радиоактивные. Средняя интенсивность космических лучей постоянна, поэтому процентное содержание радиоактивного углерода в атмосфере и живых организмах с течением времени не изменяется. После смерти количество радиоактивных изотопов углерода начинает уменьшаться по закону радиоактивного распада. В одном грамме углерода живого организма содержится такое количество радиоактивного, которое обуславливает активность, равную примерно 15 распадам в минуту. Измеряя эту же величину в каком-нибудь образце , можно по уменьшению активности определить время , прошедшее со дня смерти живого организма.
Радиоуглеродный метод помогает археологам довольно точно определить даты многих находок, к числу которых относятся письмена двухтысячелетней давности, найденные в пещере у Мертвого моря. Например, поиски погребальных ценностей в египетских пирамидах с помощью космических лучей.
Выступление «Металлурга»
Металлург может рассказать об использовании радиоактивных изотопов, электронов, нейтронов в металлургической промышленности, особенно в промышленности Кузбасса.
Например, автоматический контроль за влажностью кокса на Кузнецком металлургическом комбинате ведется с помощью нейтронов. Метод основан на свойствах быстрых нейтронов замедляется на ядрах водорода, входящих в состав молекул воды. На этих ядрах нейтроны быстро замедляются, уменьшая свою скорость до тепловой. Интенсивность потока тепловых нейтронов в данной точке пропорциональна влажности контролируемой среды.
Радиоактивные изотопы используются в целях определения примесей в сплавах.
Выступление « Криминалиста»
Радиометрический метод позволяет обнаружить крупинку золота в таком бедном золотоносном песке, где на одну крупинку золота приходится миллионы песчинок. При такой точности метода для вещественного доказательства достаточно иметь всего лишь пылинку вещества массой 10 в минус десятой степени грамма. При облучении ее заряженными частицами или нейтронами получают радиоактивные ядра. Распадаясь, эти ядра дают свой энергетический спектр излучения.
Выступление «Астрофизика»
Может познакомить учащихся с тем, как излучение космических лучей, состоящих из элементарных частиц, позволяет ученым решать загадки Вселенной. К ним относятся вопросы о происхождении нейтронных звезд, пульсаров.
Выступление «Врача»
В этом выступлении нужно указать на роль, которую играют радиоактивные изотопы в медицине для диагностики заболеваний и лечения злокачественных опухолей. Аппарат « искусственного сердца» широко применяется в медицинской практике во время операций на сердце. Человек , как и все живые организмы, обладает радиоактивностью, причем его радиоактивность примерно в 1300 раз выше чем у растений. Это объясняется тем, что в состав тела человека, в котором радиоактивного углерода, входят уран, радий, радиоактивный калий и другие изотопы. Радиоактивность человека зависит также от места жительства, места работы и даже от пола.
В заключение вечера ведущий предлагает слушателям ряд вопросов по элементарным частицам, ответы на которые учащиеся могли бы получить в рекомендованной литературе.
1.МякишевГ. Элементарные частицы.
2.Гладков К. Атом от «А» до «Я».
3. Мухин К. «Занимательная ядерная физика».
116
200 307 
