Тема урока: Экспериментальные методы исследования частиц
Цели урока:
1.Образовательные: углубить знания учащихся о структуре атома; сформировать представление об экспериментальных методах исследования частиц.
2. Развивающие: способствовать формированию умений анализировать, сравнивать, обобщать факты, убежденности в знаниях в процессе применения полученных знаний в различных ситуациях при решении задач;
3.Воспитательные: вызвать желание постоянно пополнять свои знания; поддерживать интерес к предмету.
Оборудование: компьютер для учителя, медиапроектор, презентация
Ход урока:
Организационный момент
Повторение изученного материала
Изучение нового материала
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.