Тема: Лабораторна работа „Изследване на следи от заредени частици по готови снимки. Лабораторна работа "Изучаване на следи от заредени частици от готови снимки" (11 клас)
Цел на работата:за изследване на следите от заредени частици по готови снимки.
теория:С помощта на облачна камера се наблюдават и фотографират следи (следи) от движещи се заредени частици. Следата от частици е верига от микроскопични капчици вода или алкохол, образувани в резултат на кондензацията на свръхнаситени пари на тези течности върху йони. Йоните се образуват в резултат на взаимодействието на заредена частица с атоми и молекули на пари и газове в камерата.
Снимка 1.
Нека частица със заряд Зедвижейки се със скорост Vна разстояние r от електрона на атома (фиг. 1). Поради взаимодействието на Кулон с тази частица, електронът получава известен импулс в посока, перпендикулярна на линията на движение на частицата. Взаимодействието на частица и електрон е най-ефективно по време на преминаването му по най-близкия до електрона сегмент от траекторията и сравнимо с разстоянието r, например равно на 2r. Тогава във формулата , където е времето, за което частицата преминава отсечката от траекторията 2r, т.е. ,а Ее средната сила на взаимодействие между частица и електрон през това време.
Сила Еспоред закона на Кулон е право пропорционална на зарядите на частицата ( зе)и електрон ( д) и е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Следователно силата на взаимодействие на частица с електрон е приблизително равна на:
(приблизително, тъй като нашите изчисления не отчитат влиянието на ядрото на атом на други електрони и атоми на средата):
И така, импулсът, получен от електрона, е пряко зависим от заряда на частицата, преминаваща близо до него, и обратно от нейната скорост.
При някакъв достатъчно голям импулс електронът се откъсва от атома и последният се превръща в йон. За всяка единица от пътя на частицата, толкова повече йони се образуват
(и, следователно, течни капчици), толкова по-голям е зарядът на частицата и толкова по-ниска е нейната скорост. Оттук следват изводите, които трябва да знаете, за да можете да „разчетете“ снимка на следи от частици:
1. При други същите условия следата е по-дебела за частицата с по-голям заряд. Например при еднакви скорости пистата на частиците е по-дебела от пистата на протона и електрона.
2. Ако частиците имат еднакви заряди, тогава пистата е по-дебела за тази, която има по-ниска скорост, тя се движи по-бавно, следователно е очевидно, че към края на движението пистата на частиците е по-дебела, отколкото в началото, тъй като скоростта на частиците намалява поради загубата на енергия за йонизация на атомите на средата.
3. Изследвайки излъчването на различни разстояния от радиоактивен препарат, установихме, че йонизиращото и други действия - излъчване рязко прекъсват на определено разстояние, характерно за всяко радиоактивно вещество. Това разстояние се нарича пробегчастици. Очевидно обхватът зависи от енергията на частицата и плътността на средата. Например във въздух при температура 15 0 С и нормално налягане пътят на частица с начална енергия 4,8 MeV е 3,3 cm, а пътят на частица с начална енергия 8,8 MeV е 8,5 cm. В твърдо тяло. например във фотографска емулсия обхватът на частиците с такава енергия е равен на няколко десетки микрометра.
Ако облачната камера се постави в магнитно поле, тогава движещите се в нея заредени частици се влияят от силата на Лоренц, която е (за случая, когато скоростта на частиците е перпендикулярна на силовите линии):
Където зе-заряд на частиците, - скорост и В -индукция на магнитно поле. Правилото на лявата ръка ни позволява да покажем, че силата на Лоренц винаги е насочена перпендикулярно на скоростта на частицата и следователно е центростремителна сила:
Където T -масата на частицата, r е радиусът на кривината на нейната следа. Следователно (1).
Ако частицата има скорост много по-малка от скоростта на светлината (т.е. частицата не е релативистка), тогава връзката между кинетичната енергия и радиуса на нейната кривина има формата: 
(2)
От получените формули могат да се направят изводи, които да се използват и за анализ на снимки на следи от частици.
1. Радиусът на кривината на пистата зависи от масата, скоростта и заряда на частицата. Колкото по-малък е радиусът (т.е. колкото по-голямо е отклонението на частицата от праволинейно движение), толкова по-малки са масата и скоростта на частицата и толкова по-голям е нейният заряд. Например, в същото магнитно поле при същите начални скорости, отклонението на електрона ще бъде по-голямо от отклонението на протона и снимката ще покаже, че електронната следа е кръг с по-малък радиус от радиуса на протонната следа. Един бърз електрон ще се отклони по-малко от един бавен. Атом на хелий без електрон (йон Не +),се отклоняват по-слабите - частици, тъй като при еднакви маси зарядът - на частиците е по-голям от заряда на единично йонизиран хелиев атом. От връзката между енергията на частицата и радиуса на кривината на нейната следа се вижда, че отклонението от праволинейното движение е по-голямо, когато енергията на частицата е по-малка.
2. Тъй като скоростта на частицата намалява към края на движението, радиусът на кривината на пистата също намалява (увеличава се отклонението от праволинейно движение). Чрез промяна на радиуса на кривината може да се определи посоката на движение на частицата - началото на нейното движение, където кривината на пистата е по-малка.
3. Измервайки радиуса на кривината на пистата и знаейки някои други количества, е възможно да се изчисли съотношението на нейния заряд към масата за частица:
Това съотношение е най-важната характеристика на частицата и ви позволява да определите какъв вид частица е или, както се казва, да идентифицирате частицата, т.е. установяване на неговата идентичност (идентификация, сходство) с известна частица
Ако реакцията на разпадане на ядрото на атома се проведе в облачната камера, тогава по следите на частиците - продуктите на разпадането е възможно да се установи кое ядро се е разпаднало. За да направим това, трябва да помним, че при ядрените реакции се изпълняват законите за запазване на общия електрически заряд и общия брой нуклони. Например в реакция: 
общият заряд на частиците, влизащи в реакцията, е 8(8+0) и зарядът на частиците на реакционния продукт също е 8 (4*2+0). Общият брой нуклони отляво е 17 (16+1), а отдясно също 17 (4*4+1). Ако не е известно кое ядро на елемента се е разпаднало, тогава неговият заряд може да се изчисли с помощта на прости аритметични изчисления и след това с помощта на таблицата D.I. Менделеев, за да разберете името на елемента. Законът за запазване на общия брой нуклони ще позволи да се определи към кой изотоп на този елемент принадлежи ядрото. Например в реакция: 
Z \u003d 4 - 1 \u003d 3 и A = 8 - 1 \u003d 7, следователно - има изотоп на литий.
Инструменти и аксесоари:снимки на писти, прозрачна хартия, квадрат, пергел, молив.
Работна процедура:
На снимката (фиг. 2) се виждат следите на ядрата на леките елементи (последните 22 cm от движението им). Ядрата се движат в магнитно поле чрез индукция AT= 2,17 T, насочен перпендикулярно на снимката. Началните скорости на всички ядра са еднакви и са перпендикулярни на силовите линии.
Фигура 2.
1. Изследване на следи от заредени частици (теоретичен материал).
1.1. Определете посоката на вектора на индукция на магнитното поле и направете обяснителен чертеж, като вземете предвид, че посоката на скоростта на частицата се определя от промяната в радиуса на кривината на пистата на заредената частица (началото на нейното движение, където кривината на пистата е по-малко).
1.2. Обяснете защо траекториите на частиците са кръгове, като използвате теория от лабораторията.
1.3. Каква е причината за разликата в кривината на траекториите на различните ядра и защо кривината на всяка траектория се променя от началото до края на движението на частиците? Отговорете на тези въпроси, като използвате теория за лабораторна работа.
2. Изследване на следите на заредени частици от готови снимки (фиг. 2.).
2.1. Поставете лист прозрачна хартия върху снимката (можете да използвате паус) и внимателно прехвърлете песен 1 и десния край на снимката върху нея.
2.2. Измерете радиуса на кривина R на пистата на частица 1 приблизително в началото и в края на движението, за това трябва да направите следните конструкции:
а) начертайте 2 различни акорда от началото на пистата;
б) намерете средата на хорда 1, а след това 2 с помощта на пергел и квадрат;
c) след това начертайте линии през средните точки на сегментите на хордата;) ;
в) полученото число ще бъде серийният номер на елемента;
г) с помощта на периодичната система на химичните елементи определете ядрото на кой елемент е частица III.
3. Направете заключение за свършената работа.
4. Отговори на въпросите за сигурност.
Контролни въпроси:
Към какъв вид ядро - деутерий или тритий - принадлежат пътеки II и IV (с помощта на снимки на следи от заредени частици и съответно конструкции за тях)?
ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 20.
Лабораторна работа
„Изучаване на следи от заредени частици от готови снимки“
цел на работа : да се формират елементарни умения и способности за анализ на снимки на следи от заредени частици
Задача 1. Изследване на следите от заредени частици, получени в облачна камера.
Оборудване : снимки на следи от заредени частици, получени в облачна камера.
Задача 2. Изследване на следи от заредени частици, получени в балонна камера.
Оборудване
: снимки на следи от заредени частици, получени в балонна камера.
Задача 3. Изследване на следи от заредени частици, получени във фотографска емулсия
Оборудване : снимки на следи от заредени частици, получени във фотографска емулсия.
Задача 4. Фигурата показва две следи от заредени частици в облачна камера, поставена в еднородно магнитно поле, перпендикулярно на равнината на фигурата. Пистаазпринадлежи на протона.
Коя от частиците (протон, електрон илиα
-частица) принадлежи на пистатаII
? Известно е, че частиците са летели в облачната камера в равнината на фигурата с еднакви скорости. Обяснете отговора си, като посочите какви физически модели сте използвали, за да обясните.
Отговори
Работа 1. 1. Отгоре надолу. 2. Облачната камера е в магнитно поле. 3. Перпендикулярно на снимката отгоре надолу. 4. Намалена скорост- частици.
работа 2. 1. Защото се е движел в магнитно поле с намаляваща скорост. 2. От външния завой на спиралата до нейния център. 3. Перпендикулярно на снимката отгоре надолу.
работа 3. 1. Зарядите на ядрата не са еднакви. 2. Лявата следа принадлежи на ядрото на магнезиевия атом, средната - на калиевото ядро, дясната - на желязното ядро. 3. Дебелината на пистата е толкова по-голяма, колкото по-голям е зарядът на атомното ядро. 4. Следите от частици в емулсията са по-къси и по-дебели и имат назъбени ръбове.
Тема: Лабораторна работа "Изследване на следите на заредени частици от готови снимки"
Аз ниво. Теоретична информация
С помощта на облачна камера се наблюдават и фотографират следи (следи) от движещи се заредени частици. Следата от частици е верига от микроскопични капчици вода или алкохол, образувани в резултат на кондензацията на свръхнаситени пари на тези течности върху йони. Йоните се образуват в резултат на взаимодействието на заредена частица с атоми и молекули на пари и газове в камерата.
Когато една частица взаимодейства с електрон на атом, електронът получава импулс, който е право пропорционален на заряда на частицата и обратно пропорционален на скоростта на частицата. При някакъв достатъчно голям импулс електронът се отделя от атома и последният се превръща в йон. На всяка единица от пътя на частицата, колкото повече йони (и, следователно, течни капчици) се образуват, толкова по-голям е зарядът на частицата и толкова по-ниска е нейната скорост. Оттук следват изводите, които трябва да знаете, за да можете да „разчетете“ снимка на следи от частици:
§ При равни други условия следата е по-дебела за частицата, която има голям заряд..gif" width="69" height="21">, където е зарядът на частицата; е скоростта; е магнитната индукция.
Правилото на лявата ръка показва, че силата на Лоренц е насочена перпендикулярно на скоростта на частицата и следователно е центростремителна сила: https://pandia.ru/text/80/248/images/image007_16.gif" width="17" height="15 src ="> е масата на частицата; е радиусът на кривината на нейната следа.
От тук получаваме: .
Ако (т.е..gif" width="24" height="41 src=">.
Това съотношение е най-важната характеристика на частицата и позволява да се "идентифицира" частицата, т.е. да се идентифицира с известна частица.
https://pandia.ru/text/80/248/images/image014_3.jpg" width="200" height="287 src=">
Следи от частици в облачна камера Протонни следи
II ниво.Припомнете основните положения на теорията
1..gif" width="16" height="15">-частици, тяхната дебелина, посока?
3. Как се нарича силата, с която магнитното поле действа върху движеща се в него заредена частица? Как се режисира?
4. Как влияе магнитното поле върху движението на заредена частица?
5. Посочете причината, поради която радиусът на кривината на следата на частицата намалява към края на нейния път.
Добре за начало. Опитайте се да отговорите на въпроси
1. Защо по траекторията на -частицата се появява верига от йони?
2. Защо следата от частици става видима, когато частица се движи в облачна камера?
3. Възможно ли е да се наблюдават следи от частици в облачна камера? Как ще се различават от следите от частици?
4. Защо следите на частиците стават по-дебели към края на облачната камера?
5. Как зависи кривината на траекторията на заредена частица в магнитно поле от: а) нейния заряд; б) скорост на движение; в) индукция на магнитно поле?
III ниво.Опитайте се да изпълнявате задачи
1. В кое от следните устройства за откриване на ядрена радиация преминаването на бърза заредена частица предизвиква появата на следа от течни капки в газ?
А. Брояч на Гайгер;
Б. Облачна камера;
Б. Балонна камера;
D. Дебелослойна фотографска емулсия;
D. Сито, покрито с цинков сулфид.
Задайте съвпадение.1. Пистата в облачната камера се състои от ...
2. По дължината и дебелината на пистата можете да определите ...
3. По радиуса на пистата можете да определите ...
3. Фигурата показва траекторията на електрон в облачна камера, поставена в магнитно поле. В каква посока се движеше електронът?
4. Фигурата показва траекторията на протон в облачна камера, поставена в магнитно поле. В каква посока лети частицата?
5. На фигурата са показани следите на две частици в облачна камера. Какъв е знакът на заряда на частицата, ако линиите на магнитната индукция са перпендикулярни на равнината на чертежа и са насочени встрани от читателя? Еднаква маса ли са частиците?
IVниво. Проверете дали сте научили всичко
1. За да се определи движението на отрицателен мезон по пътя му, в облачната камера се поставят оловни пластини, а камерата е в магнитно поле. Обяснете как се определя посоката на движение на частиците.
V ниво. Това е трудна задача, но ако я решите, ще направите забележима крачка в познанието по физика, ще имате всички основания да се отнасяте към себе си с повече уважение от преди.
1. Когато борът улавя бързо движещ се протон, тогава в облачната камера, където протича този процес, се образуват три почти еднакви следи, разпръснати в различни посоки. Какви частици са образували тези следи?
Ключови думи:атом, атомно ядро, елементарни частици, античастици, следи на заредени частици, методи за наблюдение и регистрация на заредени частици.| Цел на работата: | обяснете естеството на движението на заредените частици. |
| Оборудване: | снимка на следи от заредени частици, получени в облачна камера (№ 1), камера с мехурчета (№ 2) и фотографска емулсия (№ 3). |
| Теоретична информация: | 1. Следи от заредени частици в облачна камера са вериги от микроскопични капчици течност (вода или алкохол), образувани в резултат на кондензацията на пренаситените пари на тази течност върху йони, разположени по траекторията на заредена частица; в балонната камера - вериги от микроскопични мехурчета от прегрята течна пара, образувана върху йони. Следите показват траекторията на заредените частици. 2. Дължината на пистата зависи от началната енергия на заредената частица и плътността на околната среда: тя е толкова по-голяма, колкото по-голяма е енергията на частицата и колкото по-малка е плътността на средата. 3. Дебелината на пистата зависи от заряда и скоростта на частицата: тя е толкова по-голяма, колкото по-голям е зарядът на частицата и колкото по-малка е нейната скорост. 4. Когато заредена частица се движи в магнитно поле, нейната следа се оказва извита. Радиусът на кривината на пистата зависи от масата, заряда, скоростта на частицата и модула на магнитното поле: той е толкова по-голям, колкото по-големи са масата и скоростта на частицата и колкото по-малък е нейният заряд и модулът на магнитно поле. 5. Чрез промяна на радиуса на кривината на пистата е възможно да се определи посоката на движение на частицата и промяната в нейната скорост: началото на нейното движение и скоростта са по-големи от тези, при които радиусът на кривината на пистата е по-голяма. |
| Структурна и логическа схема: | Вижте фигурата под таблицата |
Инструкции за работа:
1) В каква посока са се движили алфа частиците?
2) Защо дължините на следите от алфа частици са приблизително еднакви?
3) Защо дебелината на следите от алфа частици се увеличава леко към края на цикъла?
4) Защо някои алфа частици оставят следи едва в края на движението си? 
1) Защо електронната следа е оформена като спирала?
2) В каква посока се е движил електронът?
3) Как е насочен векторът на магнитната индукция?
1) Защо следите на атомните ядра имат различна дебелина?
2) Коя писта принадлежи към ядрото на атом от магнезий, калций и желязо?
3) Какво заключение може да се направи от сравнението на дебелината на пистите на ядрата на атомите на различни елементи?
Как следите от частици, получени във фотографска емулсия, се различават от следите от частици в облачна камера и камера с мехурчета?
Подгответе писмен доклад по предложените въпроси.
Заключение
Практическата работа като форма на организация на учебната дейност на учениците допринася за развитието на научното мислене, формирането на умения за интелектуално вникване в същността на изучаваните явления, което повишава ролята на експерименталните методи на обучение, насочени към формиране на творческа дейност на индивида, неговата адаптивност към новите условия на пазара на труда, готовност за използване на нови технологии в професионалната сфера на дейност.
Приложение №1
Справочни материали
Списък на използваните източници
Основни източници:
Дмитриева, В.Ф. Физика за професии и специалности от технически профил. [Текст]: учебник за институции ран. и ср. проф. образование / V.F. Дмитриева.- 4-то изд., Ster.- М .: Издателски център "Академия", 2012.-448 с.
Дмитриева, В.Ф. Физика за професии и специалности от технически профил. Сборник задачи [Текст]: учебник за възпитание. институции в началото и ср. професионално образование / V.F. Дмитриева.- М.: Издателски център "Академия", 2012. - 256с.
Дмитриева, В.Ф. Физика за професии и специалности от технически профил. Контролни материали [Текст]: учебник за институции нач. и ср. проф. образование / V.F. Дмитриева, Л.И. Василиев.- М.: Издателски център "Академия", 2012.-112 с.
Мокрова, И.И. Развитие на иновативното съдържание на лабораторната и практическата работа в системата за обучение на технолози от машиностроителния профил [Текст] / / Средно професионално образование.-2011.-№6.- С.30-36.
Мякишев, Г.Я. Физика 10 клас [Текст] : учебник за общообразователна подготовка. институции: основни и профилни нива / G.Ya. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Соцки; изд. В И. Николаев, Н.А. Парфентиев.-19 изд.
Мякишев, Г.Я. Физика 11 клас [Текст]: учебник за общообразователна подготовка. институции: основни и профилни нива / G.Ya. Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М. Чаругин; изд. В И. Николаев, Н.А. Парфентиев.- 19-то изд.-М .: Просвещение, 2010.-399s.
Буров, В.А. Фронтални експериментални задачи по физика [Текст]: дидакт. материал. Ръководство за учителя / V.A. Буров, А.И. Иванов, В.И. Свиридов. - М .: Образование, 1986. - 48-и.
Кабардин, О.Ф. Физика [Текст]: Справочни материали: учебник за студенти.-3-то изд.-М. : Просвещение, 1991.-367с.
Практикум по физика в гимназията [Текст]: дидакт. материал. Ръководство за учителя / L.I. Анциферов [и др.]; изд. В.А. Бурова, Ю.И. Дик. - 3-то изд., преработено. - М.: Просвещение, 1987.- 191s.
Фронтални лабораторни упражнения по физика в 7-11 клас на образователни институции [Текст]: книга за учителя / V.A. Буров [и др.]; изд. В.А. Бурова, Г.Г. Никифоров. - М .: Образование, 1996.-368s.
Лабораторна работа по физика 10 клетки. [Електронен ресурс]: виртуална физическа лаборатория: електронен учебник. - М.: Bustard, 2006. - 1 електронен оптичен диск (CD-ROM), 16 бит.-загл. от контейнера.-220-00.
Лабораторна работа по физика.11 клетки. [Електронен ресурс]: виртуална физическа лаборатория: електронен учебник. - М.: Bustard, 2006. - 1 електронен оптичен диск (CD-ROM), 16 бит.-загл. от контейнера.-220-00.