Презентация "Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц" 11 класс

автор – составитель: учитель физики Ростенко Н.В., «отличник профтехобразования».

• Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц.
• 12 класс.

Цель урока:

• Объяснить учащимся устройство и принцип действия установок для регистрации и изучения элементарных частиц.

«Ничего не надо бояться – Надо лишь понять неизвестное». Мария Кюри. Актуализация опорных знаний:

• Что такое «атом» ?
• Каковы его размеры?
• Какую модель атома предложил Томсон ?
• Какую модель атома предложил Резерфорд?
• Почему модель Резерфорда назвали «Планетарной моделью строения атома»?
• Каково строение атомного ядра?

Тема урока:

• Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц.

• Атом – «неделимый» (Демокрит).

• Молекула

• вещество

• микромир

• макромир

• мегамир

• Классическая физика

• Квантовая физика

Как изучать и наблюдать микромир?

• Проблема!

• Проблема!

Проблема:

• Мы начинаем с вами изучать физику атомного ядра, рассмотрим их различные превращения и ядерных (радиоактивных) излучений. Эта область знаний имеет большое научное и практическое значение.
• Многообразные применения в науке, медицине, технике, сельском хозяйстве получили радиоактивные разновидности атомных ядер.
• Сегодня мы рассмотрим устройства и методы регистрации, которые позволяют обнаружить микрочастицы, изучить их столкновения и превращения, т е. дают всю информацию о микромире, а на основе этого и о мерах защиты от облучения.
• Они дают нам информацию о поведении и характеристиках частиц: знак и величину электрического заряда, массу этих частиц, её скорость, энергию и т.д. С помощью регистрирующих приборов учёные смогли получить знания о «микромире».

Регистрирующий прибор – это сложная макроскопическая система, которая может находиться в неустойчивом состоянии. При небольшом возмущении, вызванном пролетевшей частицей, начинается процесс перехода системы в новое, более устойчивое состояние. Этот процесс и позволяет регистрировать частицу.

• Регистрирующий прибор – это сложная макроскопическая система, которая может находиться в неустойчивом состоянии. При небольшом возмущении, вызванном пролетевшей частицей, начинается процесс перехода системы в новое, более устойчивое состояние. Этот процесс и позволяет регистрировать частицу.
• В настоящее время используется много разнообразных методов регистрации частиц.

• Счётчик Гейгера

• Камера Вильсона

• Пузырьковая камера

• Фотографические

• эмульсии

• Сцинтилляционный
• метод

• Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

• Искровая камера

• В зависимости от целей эксперимента и условий, в которых он проводиться, применяются те или иные регистрирующие устройства, отличающиеся друг от друга по основным характеристикам.

В ходе изучения материала вы заполните таблицу.

Название метода	Принцип действия	Достоинства, Недостатки	Назначение данного прибора

• Используйте Ф – 12 класс, § 33, А.Е.Марон, Г.Я. Мякишев, Э Г Дубицкая

Счётчик Гейгера:

• служит для подсчета количества радиоактивных  частиц ( в основном электронов).

• Это стеклянная трубка, заполненная газом (аргоном),  с двумя электродами внутри (катод и анод). При пролете частицы возникает ударная ионизация газа и возникает импульс  электрического тока.

• Устройство:

• Назначение:

• Достоинства: -1. компактность -2. эффективность -3. быстродействие -4. высокая точность (10ООО частиц/с).

• анод

• Катод.

• Стеклянная трубка

Где используется: - регистрация радиоактивных загрязнений на местности, в помещениях, одежды, продуктов и т.д. - на объектах хранения радиоактивных материалов или с работающими ядерными реакторами - при поиске залежей радиоактивной руды (U - уран, Th - торий).

• Где используется: - регистрация радиоактивных загрязнений на местности, в помещениях, одежды, продуктов и т.д. - на объектах хранения радиоактивных материалов или с работающими ядерными реакторами - при поиске залежей радиоактивной руды (U - уран, Th - торий).

• Счётчик Гейгера.

1882г. нем физик Вильгельм Гейгер.

• 1882г. нем физик Вильгельм Гейгер.

• Различные виды счётчиков Гейгера.

Камера Вильсона:

• служит для наблюдения и фотографирования следов от пролета частиц (треков).

• Назначение:

• Внутренний объем камеры заполнен парами спирта или воды в перенасыщенном состоянии: при опускании поршня уменьшается давление внутри камеры и понижается температура, в результате адиабатного процесса образуется перенасыщенный пар. По следу пролета частицы конденсируются  капельки влаги и образуется трек – видимый след.

• Стеклянная пластина

Изобрёл прибор в 1912 году английский физик Вильсон для наблюдения и фотографирования следов заряженных частиц. Ему в 1927 году присуждена Нобелевская премия.

• Изобрёл прибор в 1912 году английский физик Вильсон для наблюдения и фотографирования следов заряженных частиц. Ему в 1927 году присуждена Нобелевская премия.
• Советские физики П.Л.Капица и Д.В.Скобельцин предложили помещать камеру Вильсона в однородное магнитное поле.

Назначение:

• При помещении камеры в магнитное поле  по треку можно определить:   энергию, скорость, массу и заряд частицы. По длине и толщине трека, по его искривлению в магнитном поле определяют характеристики пролетевшей радиоактивной частицы. Например, 1. альфа-частица дает сплошной толстый трек, 2. протон - тонкий трек, 3. электрон - пунктирный трек.

• Различные виды камер Вильсона и фотографии треков частиц.

Пузырьковая камера:

• Вариант камеры Вильсона.

• При резком понижении поршня жидкость, находящаяся под высоким давлением, переходит в перегретое состояние. При быстром движении частицы по следу образуются пузырьки пара, т. е. жидкость закипает, виден трек.

• Преимущества перед камерой Вильсона: - 1. большая плотность среды, следовательно короткие треки - 2. частицы застревают в камере и можно проводить дальнейшее наблюдение частиц -3. большее быстродействие.

• 1952 год. Д.Глейзер.

• Различные виды пузырьковой камеры и фотографии треков частиц.

Метод толстослойных фотоэмульсий:

• 20-е г.г. Л.В.Мысовский, А.П.Жданов.
• - служит для регистрации частиц - позволяет регистрировать редкие явления из-за большого время экспозиции. Фотоэмульсия содержит большое количество микрокристаллов бромида серебра. Влетающие частицы ионизируют поверхность фотоэмульсий. Кристаллики AgВr (бромида серебра) распадаются под действием заряженных частиц и при проявлении выявляется след от пролета частицы - трек. По длине и толщине трека можно определить  энергию и массу частиц.

метод имеет такие преимущества:

• 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,  которую потом можно, тщательно изучать.

Недостатки метода: 1. длительность и 2. сложность химической обработки фотопластинок и 3. главное — много времени требуется для рассмотрения каждой пластинки в сильном микроскопе.

• Недостатки метода: 1. длительность и 2. сложность химической обработки фотопластинок и 3. главное — много времени требуется для рассмотрения каждой пластинки в сильном микроскопе.

Сцинтилляционный метод

• В этом методе (Резерфорда) для регистрации используются кристаллы. Прибор состоит из сцинтиллятора, фотоэлектронного умножителя и электронной системы.

• 1

• nv

• nv

• 2

• 3

• e

• 4

• 5

• 6

• 7

«Методы регистрации заряженных частиц». (видеоролик). Методы регистрации частиц:

• Метод сцинтилляций

• Метод ударной ионизации

• Конденсация пара на ионах

• Метод толстослойных фотоэмульсий

• Частицы, попадающие на экран, покрытый специальным слоем, вызывают вспышки, которые можно наблюдать с помощью микроскопа.

• Газоразрядный счётчик Гейгера

• Камера Вильсона и пузырьковая камера

• Ионизирует поверхность фотоэмульсий

• Повторим:

Рефлексия:

• 1. Какую тему урока мы сегодня изучали?
• 2 Какую цели мы поставили перед изучением темы?
• 3. Мы с вами достигли поставленной цели?
• 4. В чём смысл девиза, который мы взяли к уроку нашему?
• 5. Вам тема урока понятна, для чего мы с ней знакомились?

Итог урока:

• 1. Проверяем вместе вашу работу по таблице, оцениваем вместе, ставим оценку, учитывая вашу работу на уроке.

Используемая литература:

• 1. интернет – ресурсы.
• 2. Ф -12 кл,А.Е.Мякишев, Г.Я.Мякишев, Э.Г.Дубицкая.