Разработка теории и методики изучения раздела «Ядерная физика» с использование информационных технологий

Методика демонстрационного эксперимента по разделу «Ядерная физика»

Модель опыта Резерфорда.

Цель: выяснить, как распределен положительный заряд внутри атома.

Комментарии: Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.) -частицами, вследствие чего некоторыечастицы отклонялись на большие углы. Электроны, входящие в состав атомов, вследствие малой массы не могут заметно изменить траекторию б-частицы. Рассеяние, то есть изменение направления движения б-частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома. Резерфорд пришёл к выводу, что полученное в эксперименте распределениечастиц возможно только в том случае, если внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле, которое создаётся положительным зарядом, связанным с большой массой и сконцентрированным в очень малом объёме.

Демонстрация: Пучок альфа-частиц из источника излучения пропускается через золотую фольгу и попадает на круговой экран.

Комментарии: Пучок альфа-частиц из источника излучения пропускается через золотую фольгу и попадает на круговой экран. Можно убедиться в том, что основная масса частиц, проходящих через фольгу, отклоняется на небольшой угол, между тем отдельные частицы могут отклоняться на значительные углы. Обратите внимание, что для наблюдения частиц на экране выделяются частицы, лежащие в горизонтальной плоскости, хотя отклонение может происходить на произвольный угол.

Если поменять толщину фольги, то при этом доля частиц, отклонившихся на большие углы, меняется. Это связано с тем, что при увеличении длины пробега частиц в веществе вероятность столкновения с ядром повышается.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/2d67a691-ff90−443f-8f5f-588d9747f720/kvant1.htm.

Ссылка поможет смоделировать опыт Резерфорда.

Вывод: Атом имеет положительно заряженное ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.

Наблюдение треков частиц в камере Вильсона.

Цель: анализ треков заряженных частиц в камере Вильсона.

Комментарии: Камера Вильсона — это трековый детектор элементарных заряженных частиц. Треки заряженных частиц в камере Вильсона представляют собой цепочки микроскопических капелек жидкости (воды или спирта), образовавшиеся вследствие конденсации пересыщенного пара этой жидкости на ионах. Длина трека зависит от начальной энергии заряженной частицы и плотности окружающей среды. Толщина трека зависит от заряда и скорости частицы: она тем больше, чем больше заряд частицы и чем меньше её скорость. При движении заряженной частицы в магнитном поле трек её получается искривлённым. По изменению радиуса кривизны трека можно определить направление движения заряженной частицы и изменение её скорости.

Демонстрация: Демонстрация трековчастиц, электронов и протонов в камере Вильсона.

Комментарии: На снимках, полученных с камеры Вильсона, видны два типа треков: прямые и спирали. Спирали — это следы частиц, находящихся в магнитном поле. При движении частицы в магнитном поле со стороны поля на нее действует сила Лоренца. Направление действия силы Лоренца определяется правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а четыре сомкнутых пальца указывали направление движения положительно заряженной частицы, то отогнутый на 90° в плоскости ладони большой палец укажет направление силы Лоренца.

Электронный ресурс «Треки частиц в камере Вильсона».

Ссылка поможет смоделировать треки частиц в камере Вильсона.

Вывод: Если частица находится в магнитном поле, то ее трек в камере Вильсона представляет собой спираль. Если магнитное поле не действует, то трек представляет собой прямую.

Устройство и принцип действия счетчика ионизирующих частиц.

Цель: рассмотреть устройство и принцип действия счетчика Гейгера.

Комментарии: Счетчик Гейгера представляет собой несложный прибор для регистрации излучения. Он способен определять различные виды радиоактивного излучения (альфа, бета, гамма), но наиболее чувствителен к гаммаи бета-частицам.

Демонстрация: Устройство и принцип работы счетчика Гейгера.

Комментарии: Счётчик Гейгера представляет собой герметично запаянную стеклянную трубку, наполненную каким-либо газом под давлением 13−26 кПа. Внутри трубки находятся два электрода, к которым прикладывается напряжение в несколько сотен вольт. Гамма — кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счетчика, выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, и ток через счетчик резко возрастает. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство.

http://www.youtube.com/watch?v=UZopH8xpi1w.

Ссылка демонстрирует устройство и принцип действия счетчика Гейгера.

Вывод: Счётчик Гемйгера газоразрядный прибор для обнаружения ионизирующих излучений (- ичастиц, -квантов, световых и рентгеновских квантов, частиц космического излучения и т. п.). Работа счетчика основана на ударной ионизации.

Наблюдение сплошных и линейчатых спектров излучения.

Цель: Показать основные отличительные признаки сплошного и линейчатого спектров излучения.

Комментарии: Спектральный состав излучения веществ весьма разнообразен. Но, несмотря на это, все спектры, как показывает опыт, можно разделить на три типа: непрерывные, линейчатые и полосатые. Рассмотрим первые два из них.

Демонстрация: Наблюдение сплошных и линейчатых спектров излучения.

Комментарии: Непрерывный спектр означает, что в спектре представлены волны всех длин. В спектре нет разрывов, и на экране спектрографа можно видеть сплошную разноцветную полосу. Непрерывные (или сплошные) спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. Для получения непрерывного спектра нужно нагреть тело до высокой температуры.

Линейчатые спектры представляют собой набор цветных линий различной яркости, разделенных широкими темными полосами. Наличие линейчатого спектра означает, что вещество излучает свет только вполне определенных длин волн (точнее, в определенных очень узких спектральных интервалах). Каждая из линий имеет конечную ширину. Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии.

http://www.youtube.com/watch?v=PykNEIA83Gc.

Ссылка демонстрирует сплошной и линейчатый спектр излучения.

Вывод: В непрерывном спектре нет разрывов, и на экране спектрографа можно видеть сплошную разноцветную полосу. Линейчатые спектры представляют собой набор цветных линий, разделенных широкими темными полосами.