Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц. Треки частиц

Маршрутный лист

Парабельский филиал

Областное государственное бюджетное

профессиональное образовательное учреждение

«Томский политехнический техникум»

(ПФ ОГБПОУ «ТПТ»)

Методическая разработка урока по теме

«Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц. Треки частиц»

Разработал:

Кива Марина Николаевна

Парабель

2021

Тема урока: «Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц. Треки частиц»

Методическая разработка урока. – Парабель: ПФ ОГБПОУ «ТПТ», 2021. – 9 с.

Разработал: Кива Марина Николаевна, преподаватель ПФ ОГБПОУ «ТПТ»

Краткая аннотация урока:  Методическая разработка предназначена для преподавателей, реализующих Федеральный Государственный Стандарт в учреждениях СПО технического профиля на 2 курсе. Данный урок входит в тему «Строение атома и ядра». Урок разработан с применением ИКТ-технологии, технологии проблемного обучения, обучение в сотрудничестве. Включает в себя план, технологическую карту урока, презентацию, раздаточный материал для работы студентов в парах и группах

План урока

Дисциплина: Физика

Профессия: 15.01.05 «Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки)»

Курс: II

Номер группы: С-20

Дата 17.05.2021

Тема раздела: «Строение атома и ядра»

Тема занятия: «Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц. Треки частиц»

Тип урока: Урок усвоения новых знаний с элементами проблемного обучения

Формы организации учебной деятельности: фронтальная, индивидуальная, групповая

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, информационный, словесный, наглядный, проблемно-поисковый.

Используемые СОТ (современные образовательные технологии): ИКТ-технологии, технология проблемного обучения, обучение в сотрудничестве

Используемые цифровые технологии: мультимедийные презентационные технологии

Цели:

Образовательные: Изучить методы регистрации ионизирующих излучений и рассмотреть основные физические процессы, лежащие в основе этих методов

Развивающие: Развивать познавательный интерес учащихся, умение работать и находить необходимую информацию в интернет ресурсах, в литературе, печатных изданиях, совершенствовать навыки самостоятельной работы. Способствовать формированию умения анализировать, сравнивать и обобщать полученные факты, делать выводы.

Личностные: способствовать формированию коммуникативной куль­туры  студентов, развитие познавательного интереса к предмету.

К концу урока каждый обучающийся должен:

Урок способствует формированию следующих ОК/ПК:

ОК2. Организовывать собственную деятельность, выбирая типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК4. Осуществлять поиск информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач.

ОК6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководителями, потребителями.

ОК7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОК8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Место проведения: каб. №30

Время проведения: 45 минут

Междисциплинарные связи

Материально – дидактическое оснащение урока:

1. технологическая карта занятия,

2. учебники,

3. маршрутный лист

4. программно-технические средства: компьютер с операционной системой Windows 7 Профессиональная; пакет программ Microsoft Office; презентация MS PowerPoint; мультимедийный проектор.

Список источников информации (по ГОСТу)

Основная литература:

1. Логвиненко О. В. Физика [Электронный ресурс] : учебник / О. В. Логвиненко. – Москва : КноРус, 2019. – 341 с. – (Cреднее профессиональное образование). – Режим доступа : https://www.book.ru/book/929950

Дополнительная литература:

1. Физика. 11 кл. Учебник для общеобразоват. учреждений /Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев. – М. : Просвещение, 2014. – 416 с.

Технологическая карта занятия

Приложение 1

Что такое ионизация?

(Процесс распада нейтральных атомов на ионы и электроны)

Как получить пересыщенный пар?

(Ответ. Резко увеличить объём сосуда. При этом температура

понизится и пар станет пересыщенным.)

Что произойдёт с пересыщенным паром, если в нём появится частица?

(Ответ. Она явится центром конденсации, на ней образуется роса.)

Как влияет магнитное поле на движение заряженной частицы?

(Ответ. В поле скорость частицы меняется по направлению, но не по модулю.)

Как называется сила, с которой магнитное поле действует на заряженную частицу? Куда она направлена?

(Ответ. Это сила Лоренца; она направлена к центру окружности.)

• Что такое ионизация?
• Как получить пересыщенный пар?
• Что произойдёт с пересыщенным паром, если в нём появится частица ?
• Как влияет магнитное поле на движение заряженной частицы?
• Как называется сила, с которой магнитное поле действует на заряженную частицу? Куда она направлена?

• Чем отличаются одни частицы от других?
• Как это проверить?

Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц. Треки частиц

Цель???

Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

Счетчик Гейгера

Назначение

1928г.

Камера Вильсона 1912г.

Принцип действия

Пузырьковая камера 1952г.

Схема (устройство)

Достоинства

Недостатки

Применение

Газоразрядный счетчик Гейгера

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.

Схема

Ханс Гейгер

U

U

Фотография

Камера Вильсона

• 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).

Стеклянная

пластина

• Камеру Вильсона можно назвать “окном” в микромир. Она представляет собой герметично закрытый сосуд, заполненный парами воды или спирта, близкими к насыщению.

поршень

• Советские физики П.Л. Капица и Д.В. Скобельцин предложили помещать камеру Вильсона в однородное магнитное поле.

Камера Вильсона

вентиль

Пузырьковая камера

1952. Д.Глейзер. Вскипание перегретой жидкости.

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

поршень

Пузырьковая камера

Пролёт частицы вызывает образование цепочки капель, которые можно сфотографировать.

Фотография столкновения элементарных частиц в главной пузырьковой камере ускорителя Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве, Швейцария. Траектории движения элементарных частиц расцвечены для большей ясности картины. Голубыми линиями отмечены следы пузырьков, образующихся вокруг атомов, возбужденных в результате пролета быстрых заряженных частиц.

Фотографические эмульсии

Метод толстослойных фотоэмульсий

20-е г.г. Л.В.Мысовский, А.П.Жданов

Наиболее дешевый метод.

Заряженная частица, двигаясь в фотоэмульсии, разрушает молекулы бромида серебра в зернах, сквозь которые прошла. После проявления такой пластинки в ней возникают «дорожки» из осевшего серебра, хорошо видимые в микроскоп.

Треки элементарных частиц в толстослойной фотоэмульсии

Фотографические эмульсии

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.

На рисунке  изображены следы в фотоэмульсии. Этот метод имеет такие преимущества:

1.    Им можно регистрировать траектории всех частиц, пролетевших сквозь фотопластинку за время наблюдения.

2.     Фотопластинка всегда готова для применения (эмульсия не требует процедур, которые приводили бы ее в рабочее состояние).

3.     Эмульсия обладает большой тормозящей способностью, обусловленной большой плотностью.

4.     Он дает неисчезающий след частицы,  который потом можно тщательно изучать.

Недостатком метода является длительность и сложность химической обработки фотопластинок и главное — много времени требуется для рассмотрения каждой пластинки в сильном микроскопе .

Счетчик Гейгера

Назначение

1928г.

Камера Вильсона 1912г.

Принцип действия

Пузырьковая камера 1952г.

Схема (устройство)

Достоинства

Недостатки

Применение

Счетчик Гейгера

Назначение

Определяет число элементарных частиц

1928г.

Принцип действия

Камера Вильсона 1912г.

Ударная ионизация

Схема (устройство)

Пузырьковая камера 1952г.

Позволяет видеть и изучать следы (трек) элементарных частиц.

Достоинства

Конденсация пересыщенного пара

Позволяет видеть и изучать следы элементарных частиц

Испарение перегретой жидкости

Недостатки

фиксирует частицы но не может их распознать

Применение

По направлению изгиба трека можно судить о знаке заряда частицы, а по радиусу кривизны определять её массу, заряд, энергию

Для регистрации e - и γ-квантов (из-за явления фотоэффекта)

изотропная пространственная чувствительность к регистрации частиц и высокая точность измерения их импульсов

слабая управляемость, необходимая для отбора нужных актов взаимодействия частиц или их распада.

Для определения заряда, массы, скорости частиц, отношения е/m (в магнитном поле)

Для определения параметров частиц и наблюдения серии ядерных реакций

превращения частиц

Составьте тексты из фраз

А. Действие камеры Вильсона (пузырьковой камеры, счетчика Гейгера) основано на:

1) возникновении пара на ионах, образующихся при движении быстрой заряженной частицы в перегретой жидкости;

2) ударной ионизации атомов газа заряженной частицей при ее движении в промежутке между катодом и анодом;

3) конденсации пересыщенного пара на ионах, образующихся вдоль траектории заряженной частицы.

Б. Она используется для регистрации:

1) преимущественно электронов и γ-квантов при сравнительно небольшом потоке частиц, причем фиксируется лишь сам факт прохождения частиц;

2)превращений частиц и вызываемых ими реакций, фиксируются даже очень быстрые длиннопробежные частицы, застревающие в устройстве благодаря большой плотности рабочего вещества;

3) факта прохождения частицы, и определения ее энергии (по длине трека), скорости (по толщине трека) и заряда (в магнитном поле).

• С помощью каких методов, устройств изучается микромир?
• На что обращаем внимание при изучении трека элементарной частицы?

Рефлексия