Téma: Laboratórna práca „Štúdium stôp nabitých častíc z hotových fotografií. Laboratórna práca "Štúdium stôp nabitých častíc z hotových fotografií" (11. ročník)
Cieľ:študovať stopy nabitých častíc z hotových fotografií.
teória: Pomocou oblačnej komory sa sledujú a fotografujú stopy (stopy) pohybujúcich sa nabitých častíc. Stopa častíc je reťazec mikroskopických kvapiek vody alebo alkoholu vytvorených v dôsledku kondenzácie presýtených pár týchto kvapalín na iónoch. Ióny vznikajú ako výsledok interakcie nabitej častice s atómami a molekulami pár a plynov v komore.
Obrázok 1.
Nechajte časticu s nábojom Ze pohybujúce sa rýchlosťou V vo vzdialenosti r od elektrónu atómu (obr. 1). V dôsledku Coulombovej interakcie s touto časticou dostane elektrón určitú hybnosť v smere kolmom na líniu pohybu častice. Interakcia častice a elektrónu je najúčinnejšia pri jej prechode pozdĺž segmentu trajektórie, ktorý je najbližšie k elektrónu a je porovnateľný so vzdialenosťou r, ktorá sa napríklad rovná 2r. Potom vo vzorci , kde je čas, za ktorý častica prejde segmentom trajektórie 2r, t.j. ,a F je priemerná sila interakcie medzi časticou a elektrónom počas tohto času.
Pevnosť F podľa Coulombovho zákona je priamo úmerná nábojom častice ( ze) a elektrón ( e) a je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi. Preto je sila interakcie častice s elektrónom približne rovná:
(približne, keďže naše výpočty nebrali do úvahy vplyv jadra atómu iných elektrónov a atómov média):
Takže hybnosť prijatá elektrónom je priamo závislá od náboja častice, ktorá prechádza v jeho blízkosti, a nepriamo od jeho rýchlosti.
Pri určitej dostatočne veľkej hybnosti sa elektrón odlomí od atómu a ten sa zmení na ión. Pre každú jednotku dráhy častice sa vytvorí viac iónov
(a následne kvapôčky kvapaliny), čím väčší je náboj častice a tým nižšia je jej rýchlosť. Odtiaľto nasledujú závery, ktoré potrebujete vedieť, aby ste mohli „čítať“ fotografiu stôp častíc:
1. Za iných rovnakých podmienok je dráha hrubšia pre časticu, ktorá má väčší náboj. Napríklad pri rovnakých rýchlostiach je dráha - častice hrubšia ako dráha protónu a elektrónu.
2. Ak majú častice rovnaký náboj, potom je dráha hrubšia pre tú, ktorá má nižšiu rýchlosť, pohybuje sa pomalšie, preto je zrejmé, že na konci pohybu je dráha častice hrubšia ako na začiatku, keďže rýchlosť častíc klesá v dôsledku straty energie na ionizáciu atómov média.
3. Skúmaním žiarenia v rôznych vzdialenostiach od rádioaktívneho prípravku sme zistili, že ionizujúce a iné účinky - žiarenie sú náhle prerušené v určitej vzdialenosti charakteristickej pre každú rádioaktívnu látku. Táto vzdialenosť je tzv najazdených kilometrovčastice. Je zrejmé, že rozsah závisí od energie častice a hustoty média. Napríklad vo vzduchu pri teplote 15 0 C a normálnom tlaku je dráha častice s počiatočnou energiou 4,8 MeV 3,3 cm a dráha častice s počiatočnou energiou 8,8 MeV je 8,5 cm. V pevnom tele. napríklad vo fotografickej emulzii sa dosah častíc s takouto energiou rovná niekoľkým desiatkam mikrometrov.
Ak je oblaková komora umiestnená v magnetickom poli, nabité častice, ktoré sa v nej pohybujú, sú ovplyvnené Lorentzovou silou, čo je (pre prípad, keď je rýchlosť častíc kolmá na siločiary):
Kde ze- náboj častíc, - rýchlosť a AT - indukcia magnetického poľa. Pravidlo ľavej ruky nám umožňuje ukázať, že Lorentzova sila je vždy nasmerovaná kolmo na rýchlosť častice, a preto je to dostredivá sila:
Kde t - hmotnosť častice, r je polomer zakrivenia jej dráhy. Preto (1).
Ak má častica rýchlosť oveľa menšiu ako rýchlosť svetla (t. j. častica nie je relativistická), potom má vzťah medzi kinetickou energiou a polomerom jej zakrivenia tvar: 
(2)
Zo získaných vzorcov možno vyvodiť závery, ktoré by sa mali použiť aj na analýzu fotografií stôp častíc.
1. Polomer zakrivenia dráhy závisí od hmotnosti, rýchlosti a náboja častice. Čím menší je polomer (t.j. čím väčšia je odchýlka častice od priamočiareho pohybu), tým menšia je hmotnosť a rýchlosť častice a tým väčší je jej náboj. Napríklad v tom istom magnetickom poli pri rovnakých počiatočných rýchlostiach bude vychýlenie elektrónov väčšie ako vychýlenie protónov a fotografia ukáže, že elektrónová stopa je kruh s menším polomerom ako je polomer protónovej stopy. Rýchly elektrón bude vychýlený menej ako pomalý. Atóm hélia, ktorému chýba elektrón (ión nie +), sa odchyľujú slabšie častice, keďže pri rovnakých hmotnostiach je náboj - častice väčší ako náboj jednotlivo ionizovaného atómu hélia. Zo vzťahu medzi energiou častice a polomerom zakrivenia jej dráhy možno vidieť, že odchýlka od priamočiareho pohybu je väčšia, keď je energia častice menšia.
2. Keďže rýchlosť častice ku koncu chodu klesá, zmenšuje sa aj polomer zakrivenia dráhy (zvyšuje sa odchýlka od priamočiareho pohybu). Zmenou polomeru zakrivenia je možné určiť smer pohybu častíc - začiatok ich pohybu, kde je zakrivenie dráhy menšie.
3. Po zmeraní polomeru zakrivenia dráhy a poznaní niektorých ďalších veličín je možné vypočítať pomer jej náboja k hmotnosti častice:
Tento pomer je najdôležitejšou charakteristikou častice a umožňuje určiť, o aký druh častice ide, alebo, ako sa hovorí, časticu identifikovať, t.j. zistiť jeho identitu (identifikácia, podobnosť) so známou časticou
Ak sa reakcia rozpadu jadra atómu uskutočnila v oblačnej komore, potom pomocou stôp častíc - produktov rozpadu je možné zistiť, ktoré jadro sa rozpadlo. Aby sme to dosiahli, musíme si uvedomiť, že pri jadrových reakciách sú splnené zákony zachovania celkového elektrického náboja a celkového počtu nukleónov. Napríklad v reakcii: 
celkový náboj častíc vstupujúcich do reakcie je 8 (8+0) a náboj častíc reakčného produktu je tiež 8 (4*2+0). Celkový počet nukleónov vľavo je 17 (16+1) a vpravo tiež 17 (4*4+1). Ak nebolo známe, ktorého jadro prvku sa rozpadlo, jeho náboj možno vypočítať pomocou jednoduchých aritmetických výpočtov a potom pomocou tabuľky D.I. Mendelejevovi, aby zistil názov prvku. Zákon zachovania celkového počtu nukleónov umožní určiť, ktorému izotopu tohto prvku jadro patrí. Napríklad v reakcii: 
Z \u003d 4 - 1 \u003d 3 a A \u003d 8 - 1 \u003d 7, teda - existuje izotop lítia.
Nástroje a príslušenstvo: fotografie tratí, priehľadný papier, štvorec, kružidlo, ceruzka.
Pracovný postup:
Na fotografii (obr. 2) sú stopy jadier svetelných prvkov (posledných 22 cm ich chodu). Jadrá sa pohybovali v magnetickom poli indukciou AT= 2,17 T nasmerovaný kolmo na fotografiu. Počiatočné rýchlosti všetkých jadier sú rovnaké a sú kolmé na siločiary.
Obrázok 2
1. Štúdium stôp nabitých častíc (teoretický materiál).
1.1. Určite smer vektora indukcie magnetického poľa a urobte vysvetľujúci nákres, berúc do úvahy, že smer rýchlosti častice je určený zmenou polomeru zakrivenia dráhy nabitej častice (začiatok jej pohybu, kde je zakrivenie dráhy je menej).
1.2. Pomocou teórie z laboratória vysvetlite, prečo sú trajektórie častíc kruhy.
1.3. Aký je dôvod rozdielu v zakrivení trajektórií rôznych jadier a prečo sa zakrivenie každej trajektórie mení od začiatku do konca častice? Odpovedzte na tieto otázky pomocou teórie pre laboratórnu prácu.
2. Štúdium stôp nabitých častíc z hotových fotografií (obr. 2.).
2.1. Položte na fotografiu list priehľadného papiera (môžete použiť pauzovací papier) a opatrne naň preneste stopu 1 a pravý okraj fotografie.
2.2. Zmerajte polomer zakrivenia R dráhy častice 1 približne na začiatku a na konci dráhy, na to musíte urobiť nasledujúce konštrukcie:
a) nakreslite 2 rôzne akordy od začiatku skladby;
b) nájdite stred akordu 1 a potom 2 pomocou kružidla a štvorca;
c) potom nakreslite čiary cez stredy segmentov akordov;) ;
c) výsledné číslo bude poradové číslo prvku;
d) pomocou periodickej sústavy chemických prvkov určte jadro ktorého prvku je častica III.
3. Urobte záver o vykonanej práci.
4. Odpovedzte na bezpečnostné otázky.
Testovacie otázky:
K akému druhu jadra - deutérium alebo trícium - patria stopy II a IV (s použitím fotografií stôp nabitých častíc a podľa toho ich konštrukcií)?
LABORATÓRNE PRÁCE č.20.
Laboratórne práce
"Štúdium stôp nabitých častíc z hotových fotografií"
Cieľ : formovať základné zručnosti a schopnosti analyzovať fotografie stôp nabitých častíc
Úloha 1. Štúdium stôp nabitých častíc získaných v oblačnej komore.
Vybavenie : fotografie stôp nabitých častíc získaných v oblačnej komore.
Úloha 2. Štúdium stôp nabitých častíc získaných v bublinovej komore.
Vybavenie
: fotografie stôp nabitých častíc získaných v bublinovej komore.
Úloha 3. Štúdium stôp nabitých častíc získaných vo fotografickej emulzii
Vybavenie : fotografie stôp nabitých častíc získané vo fotografickej emulzii.
Úloha 4. Obrázok ukazuje dve dráhy nabitých častíc v oblačnej komore umiestnenej v rovnomernom magnetickom poli kolmom na rovinu obrázku. Sledovaťjapatrí k protónu.
Ktorá z častíc (protón, elektrón aleboα
-častica) patrí do dráhyII
? Je známe, že častice leteli do oblačnej komory v rovine obrázku rovnakými rýchlosťami. Vysvetlite svoju odpoveď uvedením fyzikálnych vzorov, ktoré ste použili na vysvetlenie.
Odpovede
Práca 1. 1. Zhora nadol. 2. Oblaková komora je v magnetickom poli. 3. Kolmo na fotografiu zhora nadol. 4. Znížená rýchlosť-častice.
Práca 2. 1. Pretože sa pohyboval v magnetickom poli s klesajúcou rýchlosťou. 2. Od vonkajšieho otočenia špirály do jej stredu. 3. Kolmo na fotografiu zhora nadol.
Práca 3. 1. Náboje jadier nie sú rovnaké. 2. Ľavá dráha patrí jadru atómu horčíka, stredná - draselnému jadru, pravá - železnému jadru. 3. Hrúbka stopy je tým väčšia, čím väčší je náboj atómového jadra. 4. Stopy častíc v emulzii sú kratšie a hrubšie a majú zubaté okraje.
téma: Laboratórna práca "Štúdium stôp nabitých častíc z hotových fotografií"
I úrovni. Teoretické informácie
Pomocou oblačnej komory sa sledujú a fotografujú stopy (stopy) pohybujúcich sa nabitých častíc. Stopa častíc je reťazec mikroskopických kvapiek vody alebo alkoholu vytvorených v dôsledku kondenzácie presýtených pár týchto kvapalín na iónoch. Ióny vznikajú ako výsledok interakcie nabitej častice s atómami a molekulami pár a plynov v komore.
Keď častica interaguje s elektrónom atómu, elektrón dostane hybnosť, ktorá je priamo úmerná náboju častice a nepriamo úmerná rýchlosti častice. Pri dostatočne veľkej hybnosti sa elektrón oddelí od atómu a ten sa zmení na ión. Na každej jednotke dráhy častíc platí, že čím viac iónov (a následne aj kvapiek kvapaliny) sa vytvorí, tým väčší je náboj častice a tým nižšia je jej rýchlosť. Odtiaľto nasledujú závery, ktoré potrebujete vedieť, aby ste mohli „čítať“ fotografiu stôp častíc:
§ Ceteris paribus, dráha je hrubšia pre časticu, ktorá má veľký náboj..gif" width="69" height="21">, kde je náboj častice, je rýchlosť, je magnetická indukcia.
Pravidlo ľavej ruky ukazuje, že Lorentzova sila smeruje kolmo na rýchlosť častice, a preto je to dostredivá sila: https://pandia.ru/text/80/248/images/image007_16.gif" width="17" height="15 src ="> je hmotnosť častice, je polomer zakrivenia jej dráhy.
Odtiaľto dostávame: .
Ak (t.j.gif" width="24" height="41 src=">.
Tento pomer je najdôležitejšou charakteristikou častice a umožňuje „identifikovať“ časticu, t.j. identifikovať ju so známou časticou.
https://pandia.ru/text/80/248/images/image014_3.jpg" width="200" height="287 src=">
Stopy častíc v oblačnej komore Stopy protónov
II stupeň.Pripomeňme si hlavné ustanovenia teórie
1..gif" width="16" height="15">-častice, ich hrúbka, smer?
3. Ako sa nazýva sila, ktorou magnetické pole pôsobí na nabitú časticu, ktorá sa v ňom pohybuje? Ako je to smerované?
4. Ako magnetické pole ovplyvňuje pohyb nabitej častice?
5. Zadajte dôvod, prečo sa polomer zakrivenia dráhy častíc ku koncu jej dráhy zmenšuje.
Na začiatok dobré. Skúste odpovedať na otázky
1. Prečo sa pozdĺž trajektórie -častice objavuje reťazec iónov?
2. Prečo je stopa častíc viditeľná, keď sa častica pohybuje v oblačnej komore?
3. Je možné pozorovať stopy častíc v oblačnej komore? Ako sa budú líšiť od stôp častíc?
4. Prečo sa dráha častíc ku koncu chodu oblačnej komory stáva hrubšou?
5. Ako závisí zakrivenie trajektórie nabitej častice v magnetickom poli od: a) jej náboja; b) rýchlosť pohybu; c) indukcia magnetického poľa?
III stupeň.Pokúste sa dokončiť úlohy
1. V ktorom z nasledujúcich zariadení na detekciu jadrového žiarenia spôsobí prechod rýchlo nabitej častice výskyt kvapôčok kvapaliny v plyne?
A. Geigerov počítač;
B. Oblaková komora;
B. Bublinová komora;
D. Hrubovrstvová fotografická emulzia;
D. Sito potiahnuté sulfidom zinočnatým.
Nastavte zhodu.1. Dráha v oblačnej komore pozostáva z ...
2. Podľa dĺžky a hrúbky stopy môžete určiť ...
3. Podľa polomeru trate môžete určiť ...
3. Obrázok znázorňuje dráhu elektrónu v oblačnej komore umiestnenej v magnetickom poli. Akým smerom sa elektrón pohyboval?
4. Obrázok ukazuje dráhu protónu v oblačnej komore umiestnenej v magnetickom poli. Ktorým smerom častica letí?
5. Obrázok ukazuje stopy dvoch častíc v oblačnej komore. Aké je znamenie náboja častice, ak sú čiary magnetickej indukcie kolmé na rovinu kresby a smerujú preč od čitateľa? Majú častice rovnakú hmotnosť?
IVúrovni. Skontrolujte, či ste sa všetko naučili
1. Na určenie pohybu záporného mezónu na jeho ceste sa do oblačnej komory umiestnia olovené platne a komora je v magnetickom poli. Vysvetlite, ako sa určuje smer pohybu častíc.
V úrovni. Je to náročná úloha, ak ju však vyriešite, urobíte citeľný krok v poznaní fyziky, budete mať dôvod správať sa k sebe s väčším rešpektom ako doteraz.
1. Keď bór zachytí rýchlo sa pohybujúci protón, potom v oblačnej komore, kde tento proces prebieha, sa vytvoria tri takmer identické stopy rozvetvené v rôznych smeroch. Aké častice tvorili tieto stopy?
Kľúčové slová:atóm, atómové jadro, elementárne častice, antičastice, stopy nabitých častíc, metódy pozorovania a registrácie nabitých častíc.| Cieľ: | vysvetliť podstatu pohybu nabitých častíc. |
| Vybavenie: | fotografia stôp nabitých častíc získaných v oblačnej komore (č. 1), bublinkovej komore (č. 2) a fotografickej emulzii (č. 3). |
| Teoretické informácie: | 1. Dráhy nabitých častíc v oblačnej komore sú reťazce mikroskopických kvapiek kvapaliny (vody alebo alkoholu), ktoré vznikajú v dôsledku kondenzácie presýtených pár tejto kvapaliny na iónoch umiestnených pozdĺž trajektórie nabitej častice; v bublinkovej komore - reťazce mikroskopických bublín prehriatej kvapalnej pary vznikajúcej na iónoch. Dráhy ukazujú dráhu nabitých častíc. 2. Dĺžka dráhy závisí od počiatočnej energie nabitej častice a hustoty prostredia: je tým väčšia, čím väčšia je energia častice a čím nižšia je hustota média. 3. Hrúbka dráhy závisí od náboja a rýchlosti častice: čím väčšia, tým väčší je náboj častice a tým nižšia je jej rýchlosť. 4. Keď sa nabitá častica pohybuje v magnetickom poli, ukáže sa, že jej dráha je zakrivená. Polomer zakrivenia dráhy závisí od hmotnosti, náboja, rýchlosti častice a modulu magnetického poľa: je tým väčší, čím väčšia je hmotnosť a rýchlosť častice a čím menší je jej náboj a modul magnetického poľa. magnetické pole. 5. Zmenou polomeru zakrivenia dráhy je možné určiť smer pohybu častice a zmenu jej rýchlosti: začiatok jej pohybu a rýchlosť sú väčšie ako tie, kde je polomer zakrivenia častice. trať je väčšia. |
| Štrukturálna a logická schéma: | Pozrite si obrázok pod tabuľkou |
Pokyny pre prácu:
1) Akým smerom sa pohybovali častice alfa?
2) Prečo sú dĺžky stôp alfa častíc približne rovnaké?
3) Prečo sa hrúbka stôp alfa častíc ku koncu cyklu mierne zväčšuje?
4) Prečo niektoré častice alfa zanechajú stopy až na konci svojho pohybu? 
1) Prečo má elektrónová dráha tvar špirály?
2) Akým smerom sa elektrón pohyboval?
3) Ako bol smerovaný vektor magnetickej indukcie?
1) Prečo majú dráhy atómových jadier rôznu hrúbku?
2) Ktorá stopa patrí k jadru atómu horčíka, vápnika a železa?
3) Aký záver možno vyvodiť z porovnania hrúbky dráh jadier atómov rôznych prvkov?
Ako sa líšia stopy častíc získané vo fotografickej emulzii od stôp častíc v oblačnej komore a bublinovej komore?
Pripravte písomnú správu o navrhovaných otázkach.
Záver
Praktická práca ako forma organizácie vzdelávacích aktivít študentov prispieva k rozvoju vedeckého myslenia, formovaniu zručností intelektuálneho vhľadu do podstaty skúmaných javov, čím sa zvyšuje úloha experimentálnych vyučovacích metód zameraných na formovanie tvorivej činnosti. jedinca, jeho adaptabilita na nové podmienky trhu práce, pripravenosť využívať nové technológie v profesionálnej oblasti činnosti.
Prihláška č.1
Referenčné materiály
Zoznam použitých zdrojov
Hlavné zdroje:
Dmitrieva, V.F. Fyzika pre profesie a odbornosti technického profilu. [Text]: učebnica pre inštitúcie v ranom veku. a priem. Prednášal prof. vzdelanie / V.F. Dmitrieva.- 4. vyd., Ster.- M .: Vydavateľské centrum "Akadémia", 2012.-448 s.
Dmitrieva, V.F. Fyzika pre profesie a odbornosti technického profilu. Zbierka úloh [Text]: učebnica pre vzdelávanie. inštitúcie na začiatku a priem. odborné vzdelanie / V.F. Dmitrieva.- M.: Vydavateľské centrum "Akadémia", 2012. - 256s.
Dmitrieva, V.F. Fyzika pre profesie a odbornosti technického profilu. Kontrolné materiály [Text]: učebnica pre inštitúcie zač. a priem. Prednášal prof. vzdelanie / V.F. Dmitrieva, L.I. Vasiliev.- M.: Vydavateľské centrum "Akadémia", 2012.-112 s.
Mokrová, I.I. Rozvoj inovatívneho obsahu laboratórnych a praktických prác v systéme prípravy technológov strojárskeho profilu [Text] / / Stredné odborné vzdelanie.-2011.-№6.- S.30-36.
Myakishev, G. Ya. Fyzika 10. ročník [Text]: učebnica pre všeobecné vzdelávanie. inštitúcie: základné a profilové úrovne / G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev, N.N. Sotsky; vyd. IN AND. Nikolaev, N.A. Parfentiev.-19.vyd.
Myakishev, G. Ya. Fyzika 11. ročník [Text]: učebnica pre všeobecné vzdelávanie. inštitúcie: základné a profilové úrovne / G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev, V.M. Charugin; vyd. IN AND. Nikolaev, N.A. Parfentiev.- 19. vyd.-M.: Osveta, 2010.-399s.
Burov, V.A. Frontálne experimentálne úlohy z fyziky [Text]: didakt. materiál. Manuál pre učiteľa / V.A. Burov, A.I. Ivanov, V.I. Sviridov. - M .: Vzdelávanie, 1986. - 48 rokov.
Kabardin, O.F. Fyzika [Text]: Referenčné materiály: učebnica pre študentov.-3. vyd.-M. : Osveta, 1991.-367s.
Workshop z fyziky na strednej škole [Text]: didakt. materiál. Manuál pre učiteľa / L.I. Antsiferov [a ďalší]; vyd. V.A. Burova, Yu.I. Dick. - 3. vydanie, prepracované. - M.: Osveta, 1987.- 191. roky.
Frontálne laboratórne hodiny fyziky v ročníkoch 7-11 vzdelávacích inštitúcií [Text]: kniha pre učiteľa / V.A. Burov [a ďalší]; vyd. V.A. Burová, G.G. Nikiforov. - M .: Školstvo, 1996.-368s.
Laboratórne práce z fyziky.10 buniek. [Elektronický zdroj]: virtuálne fyzické laboratórium: elektronická učebnica. - M.: Drop, 2006. - 1 elektronický optický disk (CD-ROM). ,16 bit.-titul z kontajnera.-220-00.
Laboratórne práce z fyziky.11 buniek. [Elektronický zdroj]: virtuálne fyzické laboratórium: elektronická učebnica. - M.: Drop, 2006. - 1 elektronický optický disk (CD-ROM). ,16 bit.-titul z kontajnera.-220-00.