Laboratuvar çalışması "Hazır fotoğraflar kullanarak yüklü parçacıkların izlerini incelemek" (11. sınıf).

İş için talimatlar:

1) Alfa parçacıkları hangi yönde hareket etti?

2) Alfa parçacığı izlerinin uzunlukları neden yaklaşık olarak aynıdır?

3) Alfa parçacığı izlerinin kalınlığı neden koşunun sonuna doğru biraz artıyor?

4) Neden bazı alfa parçacıkları yollarının sonunda iz bırakıyor?

1) Elektron izi neden spiral şeklindedir?

2) Elektron hangi yönde hareket etti?

3) Manyetik indüksiyon vektörü nasıl yönlendirildi?

1) Atom çekirdeğinin izleri neden farklı kalınlıklara sahiptir?

2)Hangi parça magnezyum, kalsiyum ve demir atomunun çekirdeğine aittir?

3) Çeşitli elementlerin atom çekirdeği izlerinin kalınlığının karşılaştırılmasından ne gibi bir sonuç çıkarılabilir?

1. 
   Bir fotoğraf emülsiyonunda elde edilen parçacık izleri, bir bulut odası ve bir kabarcık odasındaki parçacık izlerinden nasıl farklıdır?

1. 
   Önerilen konular hakkında yazılı bir rapor hazırlayın.

Çözüm
Öğrencilerin eğitim faaliyetlerini organize etmenin bir biçimi olarak pratik çalışma, bilimsel düşüncenin gelişmesine, incelenen olgunun özüne entelektüel nüfuz etme becerilerinin oluşmasına katkıda bulunur, bu da yaratıcı aktiviteyi geliştirmeyi amaçlayan deneysel öğretim yöntemlerinin rolünü arttırır. birey, işgücü piyasasının yeni koşullarına uyum sağlama yeteneği, profesyonel faaliyet alanında yeni teknolojileri kullanmaya hazır olma.

Ek No.1

Referans materyalleri

Kullanılan kaynakların listesi

Ana kaynaklar:

1. 
   Dmitrieva, V.F. Meslekler ve teknik uzmanlıklar için fizik. [Metin]: Başlangıç ​​düzeyindeki kurumlar için ders kitabı. ve Çarşamba prof. eğitim / V.F. Dmitrieva. - 4. baskı, basılmış - M.: Yayın Merkezi "Akademi", 2012. - 448 s.
2. 
   Dmitrieva, V.F. Meslekler ve teknik uzmanlıklar için fizik. Sorunların toplanması [Metin]: eğitim için ders kitabı. kurumlar erken ve Çarşamba mesleki eğitim / V.F. Dmitrieva. - M .: Yayın merkezi "Akademi", 2012. - 256 s.
3. 
   Dmitrieva, V.F. Meslekler ve teknik uzmanlıklar için fizik. Test materyalleri [Metin]: başlangıç ​​düzeyindeki kurumlar için ders kitabı. ve Çarşamba prof. eğitim / V.F. Dmitrieva, L.I. Vasiliev.- M.: Yayın merkezi "Akademi", 2012.-112 s.
4. 
   Mokrova, I.I. Laboratuvarın yenilikçi içeriğinin geliştirilmesi ve makine mühendisliği profili teknolojistlerinin eğitim sisteminde pratik çalışmanın geliştirilmesi [Metin] / / Orta mesleki eğitim.-2011.-No.6.- S.30-36.
5. 
   Myakishev, G.Ya. Fizik.10. sınıf [Metin]: genel eğitim için ders kitabı. kurumlar: temel ve profil seviyeleri / G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev, N.N. Sotsky; tarafından düzenlendi VE. Nikolaeva, N.A. Parfentyeva.-19. baskı.
6. 
   Myakishev, G.Ya. Fizik.11. sınıf [Metin]: genel eğitim için ders kitabı. kurumlar: temel ve profil seviyeleri / G.Ya. Myakishev, B.B.Bukhovtsev, V.M. Charugin; ed. VE. Nikolaeva, N.A. Parfentyeva.- 19. baskı.-M.: Eğitim, 2010.-399 s.

1. 
   Burov, V.A. Fizikte ön deneysel görevler [Metin]: didaktik. malzeme. Öğretmenler için el kitabı / V.A. Burov, A.I. Ivanov, V.I. Sviridov. – M.: Eğitim, 1986. – 48'ler.
2. 
   Kabardey, O.F. Fizik [Metin]: Referans materyaller: öğrenciler için ders kitabı.-3. baskı-M. : Aydınlanma, 1991.-367 s.
3. 
   Lisede fizik üzerine çalıştay [Metin]: didaktik. malzeme. Öğretmenler için el kitabı / L.I. Antsiferov [ve diğerleri]; tarafından düzenlendi V.A. Burova, Yu.I. Dick. – 3. baskı, revize edildi. – M.: Eğitim, 1987.- 191 s.
4. 
   Genel eğitim kurumlarının 7-11. sınıflarında fizikte ön laboratuvar dersleri [Metin]: öğretmenler için bir kitap / V.A. Burov [ve diğerleri]; tarafından düzenlendi V.A. Burova, G.G. Nikiforova. – M.: Eğitim, 1996.-368 s.

1. 
   Fizik 10. sınıf laboratuvar çalışması. [Elektronik kaynak]: sanal fiziksel laboratuvar: elektronik ders kitabı. kılavuz.- M.: Bustard, 2006.-1elektronik optik disk (CD-ROM).- Sistem gereksinimleri: işletim sistemi Windows 95/98/ME/NT/2000/XP, Pentium III, 256 MB, video sistemi 800x600 ,16 bit.-Yüzbaşı. konteynerden.-220-00.
2. 
   11. sınıf fizik laboratuvar çalışması. [Elektronik kaynak]: sanal fiziksel laboratuvar: elektronik ders kitabı. kılavuz.- M.: Bustard, 2006.-1elektronik optik disk (CD-ROM).- Sistem gereksinimleri: işletim sistemi Windows 95/98/ME/NT/2000/XP, Pentium III, 256 MB, video sistemi 800x600 ,16 bit.-Yüzbaşı. konteynerden.-220-00.

İşin tanımı: Çalışma, iki yüklü parçacığın (biri protona, diğeri tanımlanması gereken parçacığa ait) izlerinin bitmiş fotoğrafı ile gerçekleştiriliyor. Manyetik alan çizgileri fotoğraf düzlemine diktir. Her iki parçacığın başlangıç ​​hızları aynıdır ve fotoğrafın kenarına diktir.

Bilinmeyen bir parçacığın tanımlanması, onun özgül yükü q/m ile bir protonun özgül yükü karşılaştırılarak gerçekleştirilir. Lorentz kuvvetinin etkisi altında, yüklü bir parçacık R 1 yarıçaplı bir daire içinde hareket eder. Newton'un ikinci yasasına göre, F l = ma veya qνB = mv 2 / R 1. Nereden Proton için benzer şekilde

Spesifik yüklerin oranı, izlerin yarıçaplarının oranıyla ters orantılıdır: Yolun eğrilik yarıçapını ölçmek için iki kiriş çizilir ve kirişlerin merkezlerinden bunlara dik olanlar geri getirilir. Çemberin merkezi bu dik açıların kesiştiği noktada yer alır. Yarıçapı bir cetvelle ölçülür.

İşin yapılması: 1. İki yüklü parçacığın (ışık elementlerinin çekirdekleri) izlerinin fotoğrafına bakın. İz I protona, iz II ise tanımlanması gereken parçacığa aittir 2. Fotoğrafta bilinmeyen parçacığın elektrik yükünün işaretini belirleyiniz.

3. Fotoğraftaki parçacık izlerini aydınger kağıdına aktarın ve bilinmeyen parçacığın izinin R1 yarıçapını ölçün. 4. Benzer şekilde fotoğraftaki proton izinin R2 yarıçapını ölçün. 5. Bilinmeyen parçacığın ve protonun spesifik yüklerini karşılaştırın. 6. Elde edilen tüm sonuçları tabloya girin. 7. Parçacığı tanımlayın 8. Sonucu yazın: ne ölçtünüz ve sonuç ne oldu. R 1,mR 2,m

Ödev Tekrarı § R. 1199, 1202

Çalışmanın amacı: Hazır fotoğrafları kullanarak yüklü parçacıkların izlerini inceleyin.

Teori: Bir bulut odası kullanılarak, hareketli yüklü parçacıkların izleri (izleri) gözlemlenir ve fotoğraflanır. Parçacık izi, bu sıvıların aşırı doymuş buharlarının iyonlar üzerinde yoğunlaşması nedeniyle oluşan mikroskobik su veya alkol damlacıklarından oluşan bir zincirdir. İyonlar, yüklü bir parçacığın bölmede bulunan atomlar ve buhar ve gaz molekülleri ile etkileşimi sonucu oluşur.

Resim 1.

Yüklü bir parçacık olsun ze hızla hareket eder V atomun elektronundan r mesafesinde (Şekil 1). Bu parçacıkla Coulomb etkileşimi nedeniyle elektron, parçacığın hareket çizgisine dik yönde bir miktar momentum alır. Bir parçacık ile bir elektronun etkileşimi, elektrona en yakın ve r mesafesiyle karşılaştırılabilir, örneğin 2r'ye eşit olan yörünge parçası boyunca geçtiğinde en etkili olur. Daha sonra formülde parçacığın 2r yörünge parçasını geçtiği süre nerededir, yani. ,A F- bu süre zarfında bir parçacık ile bir elektron arasındaki ortalama etkileşim kuvveti.

Güç F Coulomb yasasına göre parçacığın yükleriyle doğru orantılıdır ( Ze) ve elektron ( e) ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Bu nedenle, bir parçacık ile bir elektron arasındaki etkileşimin kuvveti yaklaşık olarak şuna eşittir:

(yaklaşık olarak, hesaplamalarımız diğer elektronların ve ortamdaki atomların atom çekirdeğinin etkisini hesaba katmadığı için):

Yani bir elektronun aldığı momentum, yanından geçen parçacığın yüküne doğrudan, hızına ise ters bağlıdır.

Yeterince büyük bir momentumla, bir elektron atomdan ayrılır ve atom bir iyona dönüşür. Parçacık yolunun her birimi için daha fazla iyon oluşur

(ve dolayısıyla sıvı damlacıkları), parçacığın yükü ne kadar büyükse ve hızı da o kadar düşük olur. Buradan parçacık izlerinin bir fotoğrafını "okuyabilmek" için bilmeniz gereken sonuçları takip edin:

1. Diğer benzer koşullar altında, yükü daha büyük olan parçacık için iz daha kalındır. Örneğin aynı hızlarda parçacıkların izi, proton ve elektronun izinden daha kalındır.

2. Parçacıklar aynı yüklere sahipse, daha düşük hıza sahip olan ve daha yavaş hareket eden için iz daha kalın olur, dolayısıyla hareketin sonunda parçacığın izinin başlangıçtakinden daha kalın olduğu açıktır. Ortam atomlarının iyonlaşması için enerji kaybı nedeniyle parçacığın hızı azaldığından.

3. Radyoaktif bir maddeden farklı mesafelerdeki radyasyonu inceleyerek, iyonlaştırıcı ve diğer etkilerin - radyasyonun her radyoaktif maddenin karakteristik özelliği olan belirli bir mesafede aniden durduğunu bulduk. Bu mesafeye denir kilometre parçacıklar. Açıkçası, aralık parçacığın enerjisine ve ortamın yoğunluğuna bağlıdır. Örneğin, 15 0 C sıcaklıkta ve normal basınçta havada, başlangıç ​​enerjisi 4,8 MeV olan bir parçacığın aralığı 3,3 cm, başlangıç ​​enerjisi 8,8 MeV olan parçacıkların aralığı ise 8,5 cm'dir. Sağlam bir gövdede. örneğin, bir fotografik emülsiyonda, bu tür enerjiye sahip parçacıkların aralığı birkaç on mikrometreye eşittir.

Bir bulut odası manyetik bir alana yerleştirilirse, içinde hareket eden yüklü parçacıklara eşit olan Lorentz kuvveti etki eder (parçacık hızının alan çizgilerine dik olduğu durum için):

Nerede Ze- parçacık yükü, hız ve İÇİNDE - manyetik alan indüksiyonu. Sol el kuralı, Lorentz kuvvetinin her zaman parçacık hızına dik yönde yönlendirildiğini ve dolayısıyla merkezcil bir kuvvet olduğunu göstermemize olanak tanır:

Nerede T - parçacığın kütlesi, r, izinin eğrilik yarıçapıdır. Dolayısıyla (1).

Bir parçacığın hızı ışık hızından çok daha düşükse (yani parçacık göreli değilse), o zaman kinetik enerji ile eğrilik yarıçapı arasındaki ilişki şu şekilde olur: (2)

Elde edilen formüllerden, parçacık izlerinin fotoğraflarını analiz etmek için de kullanılması gereken sonuçlar çıkarılabilir.

1. Yolun eğrilik yarıçapı parçacığın kütlesine, hızına ve yüküne bağlıdır. Yarıçap ne kadar küçükse (yani parçacığın doğrusal hareketten sapması daha büyükse), parçacığın kütlesi ve hızı o kadar düşük ve yükü de o kadar büyük olur. Örneğin, aynı manyetik alanda, aynı başlangıç ​​hızlarında, elektronun sapması protonun sapmasından daha büyük olacaktır ve fotoğraf, elektron izinin, yarıçapı protonun yarıçapından daha küçük olan bir daire olduğunu gösterecektir. proton izi. Hızlı bir elektron, yavaş olana göre daha az sapacaktır. Bir elektronu eksik olan bir helyum atomu (iyon + Değil), Aynı kütlelerde parçacıkların yükü, tek başına iyonize edilmiş bir helyum atomunun yükünden daha büyük olduğundan parçacıklar daha zayıf sapacaktır. Bir parçacığın enerjisi ile izinin eğrilik yarıçapı arasındaki ilişkiden, parçacığın enerjisinin daha az olduğu durumda doğrusal hareketten sapmanın daha büyük olduğu açıktır.

2. Parçacığın hızı koşunun sonuna doğru azaldığı için izin eğrilik yarıçapı da azalır (doğrusal hareketten sapma artar). Eğrilik yarıçapını değiştirerek parçacığın hareket yönünü belirleyebilirsiniz - parçanın eğriliğinin daha az olduğu hareketin başlangıcı.

3. Yolun eğrilik yarıçapını ölçtükten ve diğer bazı nicelikleri bilerek, bir parçacığın yükünün kütlesine oranını hesaplayabiliriz:

Bu ilişki bir parçacığın en önemli özelliği olarak hizmet eder ve ne tür bir parçacık olduğunun belirlenmesine veya dedikleri gibi parçacığın tanımlanmasına, yani parçacığın tanımlanmasına olanak tanır. bilinen bir parçacığa kimliğini (tanımlama, benzerlik) oluşturmak

Bir bulut odasında bir atom çekirdeğinin bozunma reaksiyonu meydana gelmişse, o zaman parçacıkların parçalarından - bozunma ürünlerinden, hangi çekirdeğin bozunduğunu belirlemek mümkündür. Bunu yapmak için, nükleer reaksiyonlarda toplam elektrik yükünün ve toplam nükleon sayısının korunumu yasalarının karşılandığını hatırlamamız gerekir. Örneğin tepki olarak: reaksiyona giren parçacıkların toplam yükü 8'e (8 + 0) eşittir ve reaksiyon ürünü parçacıklarının yükü de 8'e (4 * 2 + 0) eşittir. Soldaki toplam nükleon sayısı 17 (16+1), sağdaki ise 17 (4*4+1)'dir. Hangi elementin çekirdeğinin çürüdüğü bilinmiyorsa, yükü basit aritmetik hesaplamalar kullanılarak ve ardından D.I. tablosu kullanılarak hesaplanabilir. Mendeleev'in elementin adını bulmasını sağladı. Toplam nükleon sayısının korunumu yasası, çekirdeğin bu elementin hangi izotopuna ait olduğunu belirlemeyi mümkün kılacaktır. Örneğin tepki olarak:

Z = 4 – 1 = 3 ve A = 8 – 1 = 7 olduğundan lityumun izotopudur.

Cihazlar ve aksesuarlar: izlerin fotoğrafları, şeffaf kağıt, kare, pusula, kalem.

İş emri:

Fotoğraf (Şekil 2), hafif element çekirdeklerinin izlerini (yollarının son 22 cm'si) göstermektedir. Çekirdekler manyetik alanda indüksiyonla hareket etti İÇİNDE= 2,17 Tesla, fotoğrafa dik olarak yönlendirilmiş. Tüm çekirdeklerin başlangıç ​​hızları aynıdır ve alan çizgilerine diktir.

Şekil 2.

1. Yüklü parçacıkların izlerinin incelenmesi (teorik materyal).

1.1. Manyetik alan indüksiyon vektörünün yönünü belirleyin ve parçacık hareketinin hızının yönünün, yüklü bir parçacığın izinin eğrilik yarıçapındaki değişiklik (hareketinin başlangıcı) tarafından belirlendiğini dikkate alarak açıklayıcı bir çizim yapın. pistin kavisinin daha az olduğu yerdir).

1.2. Laboratuardaki teoriyi kullanarak parçacık yörüngelerinin neden daire olduğunu açıklayın.

1.3. Farklı çekirdeklerin yörüngelerinin eğriliğindeki farklılığın nedeni nedir ve her yörüngenin eğriliği neden parçacığın yolunun başından sonuna kadar değişiyor? Laboratuvar çalışması için teoriyi kullanarak bu soruları cevaplayın.

2. Hazır fotoğraflar kullanılarak yüklü parçacıkların izlerinin incelenmesi (Şekil 2).

2.1. Fotoğrafın üzerine bir sayfa şeffaf kağıt yerleştirin (aydınger kağıdı kullanabilirsiniz) ve parça 1'i ve fotoğrafın sağ kenarını dikkatlice üzerine aktarın.

2.2. Parçacık 1'in izinin eğrilik yarıçapını R yaklaşık olarak koşunun başlangıcında ve sonunda ölçün; bunun için aşağıdaki yapıları yapmanız gerekir:

a) parçanın başından itibaren 2 farklı akor çizin;

b) pergel ve kare kullanarak kiriş 1'in ve ardından 2'nin orta noktasını bulun;

c) daha sonra akor bölümlerinin orta noktalarından çizgiler çizin;) ;

c) ortaya çıkan numara, elemanın seri numarası olacaktır;

d) Kimyasal elementlerin periyodik sistemini kullanarak hangi elementin çekirdeğinin III. parçacık olduğunu belirleyin.

3. Yapılan iş hakkında bir sonuç çıkarın.

4. Güvenlik sorularını cevapla.

Kontrol soruları:

II ve IV izleri hangi belirli çekirdeğe - döteryum veya trityum - aittir (cevap için yüklü parçacıkların izlerinin ve yapılarının fotoğrafları kullanılarak)?

20 No'lu LABORATUAR ÇALIŞMASI.

MKOU ShR "5 Nolu Ortaokul"

"Bilgelik Okulu"

Laboratuvar çalışması No. 6 11. sınıf

“Hazır fotoğraflar kullanarak yüklü parçacıkların izlerini incelemek”

2015

Şelehov

• Çalışma teması:“Hazır fotoğraflar kullanarak yüklü parçacıkların izlerini incelemek”
• Çalışmanın amacı: Yüklü parçacıkların hareketinin doğasını açıklar.
• Teçhizat: Bir bulut odasında, bir kabarcık odasında ve bir fotografik emülsiyonda elde edilen yüklü parçacıkların izlerinin fotoğrafları.

Çalışmaya ilişkin açıklamalar.

Bu laboratuvar çalışmasını gerçekleştirirken şunları hatırlamanız gerekir:

A) izin uzunluğu parçacığın enerjisine bağlıdır.İz ne kadar uzun olursa parçacığın enerjisi o kadar büyük olur (ve ortamın yoğunluğu da o kadar düşük olur);

B) iz kalınlığı parçacık yüküne bağlıdır. Parçacığın yükü ne kadar büyükse ve hızı ne kadar düşükse, izin kalınlığı da o kadar büyük olur;

İÇİNDE) İzin eğriliği parçacığın kütlesine ve hızına bağlıdır. Yüklü bir parçacık manyetik bir alanda hareket ettiğinde, izi kavisli hale gelir ve izin eğrilik yarıçapı daha büyük olur, parçacığın kütlesi ve hızı ne kadar büyük olursa, yükü ve manyetik alan indüksiyon modülü o kadar küçük olur. . Parçacıklar, yolun büyük bir eğrilik yarıçapına sahip ucundan daha küçük bir eğrilik yarıçapına sahip uca doğru hareket eder.

1. Egzersiz.

• Sunulan üç fotoğraftan ikisi (Şekil 188.189 ve 190), manyetik alanda hareket eden yüklü parçacıkların izlerini göstermektedir. Lütfen hangileri olduğunu belirtin. Cevabınızı gerekçelendirin.

Görev 2.

• Bulut odasında hareket eden α parçacıklarının izlerini gösteren fotoğrafı düşünün (Şekil 188) ve soruları cevaplayın.
• A) α parçacıkları hangi yönde hareket etti?
• B) α parçacığı izlerinin uzunluğu yaklaşık olarak aynıdır. Bu ne anlama gelir?
• S) Parçacıklar hareket ettikçe yolun kalınlığı nasıl değişti? Bundan ne sonuç çıkıyor?

Şekil 190

Görev 3.

• Şekil 189, manyetik alanda bulunan bir bulut odasındaki a parçacık izlerinin fotoğrafını göstermektedir. Bu fotoğraftan belirleyin:
• A) α parçacıkları hareket ettikçe neden eğrilik yarıçapı ve izlerin kalınlığı değişti?
• B) α parçacıkları hangi yönde hareket etti?

Şekil 190

Görev 4.

• Şekil 190, manyetik alanda bulunan bir kabarcık odasındaki elektron izinin fotoğrafını göstermektedir. Bu fotoğraftan belirleyin:
• A) Pist neden spiral şeklindedir?
• B) Elektron hangi yönde hareket etti?
• Şekil 190'daki elektron yolunun Şekil 189'daki alfa parçacığı izlerinden çok daha uzun olmasının nedeni ne olabilir?

Şekil 190

Soruları cevaplayarak çalışmanın sonucunu çıkarın.

1. Farklı parçacıkların izleri neden farklıdır?

2. Farklı parçacıkların izlerinin kalınlığı neden aynı değil?

3. Bir parçacık yolunun eğriliği neden zamanla değişir?