Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц
Цель урока: ознакомить учащихся с устройствами, с помощью которых развивалась физика атомных ядер и элементарных частиц; необходимую информацию о процессах в микромире получили именно благодаря этим приборам.
Ход урока
1. Проверка домашнего задания методом фронтального опроса
1) Какое излучение называется индуцированным?
2) Когда появились первые лазеры; кто их создатели?
3) Каковы свойства лазерного излучения?
4) Каков принцип действия лазеров?
5) Для чего используется трехуровневая система?
6)
7) Какие типы лазеров бывают еще?
8) Где применяются лазеры?
9) Задача. Насколько изменилась энергия электрона в атоме водорода при излучении атомом фотона с длиной волны 4,86 ∙10-7м?
Решение. ∆Е = h ν; ν = c/λ; ∆Е = h c /λ; ∆E=4,1 ∙10-19 Дж.
2. Изучение нового материала
Регистрирующий прибор – это макроскопическая система, находящаяся в неустойчивом положении. При любом возмущении, которое вызывает пролетевшая частица, система переходит в более устойчивое положение. Процесс перехода позволяет регистрировать частицу. В настоящее время имеется много устройств, для регистрации элементарных частиц. Рассмотрим некоторые из них.
А) Газоразрядный счетчик Гейгера.
Этот прибор служит для автоматического подсчета частиц.
Устройство счетчика объяснить, используя плакат. Действие счетчика основано на ударной ионизации.
Применяется счетчик Гейгера для регистрации γ – квантов и электронов, счетчик хорошо замечает и считает почти все электроны и только один из ста γ – квант.
Тяжелые частицы счетчиком не подсчитываются. Имеются счетчики, которые работают на других принципах.
Б) Камера Вильсона.
Счетчик только подсчитывает число пролетевших частиц. Камера Вильсона, сконструированная в 1912 году, располагает оставшимся, после пролета частицы треком (след), который можно наблюдать, фотографировать, изучать.
Ученые называли камеру Вильсона окном в микромир.
Устройство и принцип действия камеры объяснить по плакату. Действие камеры Вильсона основано на конденсации перенасыщенного пара, который образует на ионах треки из капелек воды. По длине трека можно определить энергию частицы; по числу капелек на единицу длины трека вычисляют ее скорость; по толщине трека определяют заряд пролетевшей частицы. Поместив камеру в магнитное поле, заметили кривизну трека, которая тем больше, чем больше заряд и чем меньше масса частицы. Определив, заряд частицы и зная кривизну трека, вычисляют ее массу.
В) Пузырьковая камера.
Американский ученый Глейзер, в 1952 году, для изучения элементарных частиц создал новый тип камеры. Она была похожа на камеру Вильсона, но в ней было заменено рабочее тело; перенасыщенные пары были заменены на перегретую жидкость. Быстродвижущаяся частица, при движении по жидкости, образовывала пузырьки на ионах (так как жидкость закипала) – камеру назвали пузырьковой.
Большая плотность рабочего вещества дает преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона.
Пробеги частиц в пузырьковой камере короткие, а взаимодействия более сильными и часть частиц застревает в рабочем веществе. В результате появляется возможность наблюдать превращения частиц . Треки – главный источник информации о свойствах частиц.
Г) Метод толстослойных фотоэмульсий.
Ионизирующее действие заряженных частиц на эмульсию фотопластинки, используется для изучения свойств элементарных частиц наряду с пузырьковой камерой и камерой Вильсона. Заряженная частица с большой скоростью пронизывает фотоэмульсию, которая содержит кристаллы бромида серебра. Отрывая электроны, от некоторых атомов брома в фотоэмульсии появляется, скрытое изображение. Трек частицы появляется после проявления фотопластинки. По длине и толщине трека вычисляют энергию и массу частиц.
Существует много других устройств и приборов, которые регистрируют и исследуют элементарные частицы.
3. Закрепление изученного материала.
1) Что такое регистрирующий прибор?
2) Принцип действия счетчика Гейгера; камеры Вильсона; пузырьковой камеры, метода толстослойных фотоэмульсий.
3) Какие преимущества имеет пузырьковая камера перед камерой Вильсона?
Подведем итоги урока.
Домашнее задание: §98, повт, §97
(1 votes, average: 5,00 out of 5)