Вивчення атомної фізики

 

 

ПЛАН

Вступ…………………………………………………………..….…3

Розділ І. Випромінювання й спектри……………………..…..…...6

1. Види спектрів………………………………………..….7
2. Інфрачервоне й ультрафіолетове випромінювання....13

Розділ ІІ. Фізика атомного ядра…………………………………..19

1. Радіоактивність…...……………………………………19
2. Експериментальні методи реєстрації заряджених частинок………………………………………….…......24

Розділ ІІІ. Шкільні  прилади і досліди для вивчення і рахунку                                  іонізуючих частинок…………………………………...30

3.1    Спостереження слідів α-частинок………………….…30

3.2    Камери для  спостережень α-частинок методом  сцинтиляцій…………………………………………………..34

3.3    Рахунок іонізуючих  частинок………………………....35

3.4    Рентгенівські  промені……………………………….…37

3.5    Визначення  напряму розповсюдження космічного         проміння………………………………………….…..…40

Висновки…………………………………………………………....44

Список використаної літератури……………………………….…46  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ.

Наша країна вступила в новий етап свого розвитку —  етап перебудови і демократизації, якісного перетворення всього життя суспільства. Розв'язання цих у повному розумінні революційних завдань можливе лише за умови активізації людського фактора, ідейним стрижнем якого є марксистсько-ленінський світогляд.

Більшість проблем виховання  на переломному етапі розвитку українського суспільства пов'язані зі зміною мотиваційних основ діяльності людини. Змінити мотиви поведінки людини, надати їм соціальне значущого характеру — одне з головних завдань практики виховної роботи сьогодні. А в основі мотивації поведінки людини лежать її найзагальніші уявлення про світ, про місце людини в ньому, тобто те, що входить до поняття «світогляд».

Основи систематизованого діалектико-матеріалістичного уявлення про світ закладаються в середній школі.

У формуванні наукових понять школярів важлива роль належить фізиці, що пояснюється особливим її становищем у системі природничих наук. Фізика — наука про форми матерії, які входять до складу будь-яких матеріальних систем, про взаємодію цих форм та їх рухи. Оскільки форми матерії, руху і взаємодії зустрічаються в будь-яких матеріальних системах, фізика є основою всього природознавства. Специфічні закономірності конкретних класів і типів матеріальних об'єктів вивчають хімія, біологія, астрономія, геологія та інші природничі науки. Однак ці закономірності виникають як специфічні ускладнені види взаємодії форм матерії, що вивчаються фізикою. Фізичні методи широко застосовуються при вивченні будь-яких складних матеріальних систем у різних умовах. Одночасно фізика є найбільш широкою теоретичною основою техніки.

Одним з основних напрямів удосконалення шкільної фізичної освіти є підвищення виховного потенціалу курсу фізики, світоглядного спрямування його вивчення. Найважливішими світоглядними завданнями курсу фізики є розкриття матеріальної природи фізичних (механічних, теплових, електричних, оптичних, квантових) явищ, їх пізнаванності й закономірного зв'язку між ними, об'єктивного характеру законів та причинно-наслідкових зв'язків, діалектико-матеріалістичне тлумачення найважливіших фізичних понять, законів і теорій, співвідношення теорії і практики в науковому пізнанні. Важливо також ознайомлювати учнів з методологічними основами і змістом фізичної науки, з методами наукового пізнання.

Аналіз шкільної практики показує, що закладені в курсі  фізики світоглядні можливості реалізуються далеко не повною мірою. Досить часто вчителі зміст розділів чи тем співвідносять лише з окремими положеннями діалектичного матеріалізму. Отже, систематична робота з формування науково-матеріалістичних поглядів і переконань підміняється штучним пошуком так званих виховних моментів

Але ізольовані факти і явища самі по собі світоглядно індиферентні, оскільки вириваються з функціонального цілого природної дійсності.

Філософські положення в цьому випадку здаються зайвим доважком до фізики. Плануючи роботу з формування понять, треба виходити з того, що закони діалектики закладені в самій природі і їх не можна їй нав'язувати. Варто завжди пам'ятати слова Ф. Енгельса: «Нарешті, для мене могло йтися не про те, щоб внести діалектичні закони в природу ззовні, а про те, щоб відшукати їх у ній і вивести їх з неї».

Не забезпечує успішного формування наукових понять й просте повідомлення на уроках абстрактних узагальнень світоглядного характеру, не підкріплених знанням конкретних фактів.

Шлях до формування в  учнів наукових понять є лише один: так будувати навчальний процес, щоб діалектико-матеріалістичні та методологічні принципи розкривалися як внутрішня логіка розвитку фізики. Отже, знання з фізики мають подаватися як відображення об'єктивного світу, як результат активної пізнавальної діяльності людини з метою пояснення природних явищ і використання їх для матеріального виробництва, як постійне уточнення, виправлення й удосконалення здобутих наукових відомостей. Учні повинні засвоїти, що наукові знання — завжди відносна істина. В епоху науково-технічної революції їх обсяг швидко зростає, застарілі теорії й ідеї замінюються новими. Це зростання відбувається в результаті переходу від одного рівня знань до другого і характеризує не слабкість людського розуму, а силу, здатність людини пізнавати макро- і мікросвіт і водночас свідчить про безмежність світу та невичерпність будь-якого його фрагмента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розділ І. Випромінювання й спектри

У цьому розділі вводяться  нові поняття про випромінювання й поглинання енергії тілами, розглядаються закони температурного випромінювання, обґрунтовується метод спектрального аналізу, показано приклади його застосування в різних галузях науки й техніки, розкриваються суперечності між деякими світловими явищами й хвильовою теорією. Закінчується вивчення розділу узагальненням світлових та інших електромагнітних явищ на основі теорії електромагнітних коливань. Учні підводяться до нової, квантової теорії світла.

За програмою й навчальним посібником види випромінювання і спектри вивчаються після встановлення електромагнітної природи світла. Це дає можливість розглянути причини, які зумовлюють зміни швидкості поширення світла в речовині, і залежність цієї швидкості від частоти світла, переконати учнів в тому, що макроскопічний розгляд взаємодії світла з речовиною не достатній для розуміння механізму дисперсії і треба звернутися до електронної теорії, елементи якої відомі їм з електродинаміки.

            Певним недоліком такого порядку викладу матеріалу є те, що спектри випускання і поглинання вивчаються до розгляду будови атома і в деякому відриві від фізики атома, тоді як ці питання доцільно було б вивчати одночасно. У зв'язку з цим ряд методистів пропонує після хвильових властивостей світла розглянути квантові, дати поняття про синтез поглядів на природу світла, а потім перейти до вивчення дисперсії, спектрів і будови атома. Автори цього посібника додержують такого порядку викладу, як у навчальному посібнику.

Оскільки розділ цей  має завершуватися розглядом шкали електромагнітних хвиль, то слід вивчати в ньому і рентгенівське випромінювання. Між тим для рентгенівського випромінювання визначальними є його квантові властивості, і було б доцільно розглядати його після ознайомлення учнів з квантовою природою світла. В посібнику рекомендується основний матеріал – утворення рентгенівських променів, будова трубок, основні властивості рентгенівського випромінювання — викласти на основі хвильових уявлень. В наступному розділі слід розглянути квантові властивості рентгенівських променів.

1.1 Види спектрів. Оскільки з явищем дисперсії світла учні вже ознайомилися в попередньому розділі, то тут можна відразу перейти до розгляду будови апаратів для спостереження і вивчення спек-

трів. Слід пояснити будову призмового спектроскопа і його різновидностей — спектрографа й монохроматора. Щоб пояснення не забрало багато часу, бажано мати готові таблиці з малюнками цих приладів. У навчальному посібнику розглядається будова спектрографа, але оскільки учні користуватимуться шкільним спектроскопом, слід розглянути і його будову (мал. 1). Мікрометричний гвинт дає можливість проградуювати спектроскоп і вимірювати ним довжини світлових хвиль.

На мал. 2 схематично зображено спектроскоп складнішої конструкції, який називається монохроматором. У ньому вхідна / і вихідна // щілини залишаються нерухомими. Навколо осі О обертається спеціальним мікрометричним гвинтом М складна призма Р. При цьому через щілину // проходять дуже вузькі ділянки спектра — монохроматичне світло. На головці мікрометричного гвинта проставлені довжини хвиль, що відповідають монохроматичному світлу, яке виходить з щілини //. Встановивши перед вихідною щілиною // болометр, за допомогою чутливого гальванометра можна визначити розподіл енергії у різних частинах спектра, а також порівняти інтенсивність спектральних ліній в лінійчастому спектрі випромінювання.

Розглянувши будову спектральних приладів, переходимо до демонстрування і пояснення спектрів випускання. Із суцільним спектром учні вже обізнані. Його знову демонструємо і з'ясовуємо, що він утворюється під час розкладання світла, випромінюваного розжареними твердими тілами і рідинами (розплавленими металами).

Для демонстрування суцільного спектра на лаві універсального проекційного ліхтаря за конденсором встановлюємо ширму з щілиною Щ, об'єктив Об і столик для призми Пр. Ширму з щілиною розміщуємо в тому місці, де після конденсора виходить зображення джерела світла 5 (мал. 3). Об'єктивом наводимо зображення освітленої щілини на екрані Е. Після цього ставимо на столик призму і переміщуємо екран так, щоб на ньому утворилось зображення спектра. Обертаючи призму навколо вертикальної осі і стежачи

за спектром на екрані, добиваємося  такого ЇЇ розміщення, яке відповідає мінімуму відхилення променів, що падають на призму. При такому розміщенні призми якість спектра буде найкращою.

Пояснюючи механізм утворення  суцільного спектра, слід мати на увазі, що такий спектр можуть давати не тільки тверді й рідкі тіла та дуже стиснуті гази, а й розріджені гази за деяких певних умов (досить великий об'єм газу, сильна іонізація).

Для спостереження лінійчастих  спектрів випромінювання варто мати кілька спектральних трубок з різними  газами: воднем, гелієм, неоном, парою  ртуті. Бажано спостереження організувати як фронтальне. Для цього кілька спектральних трубок підключаємо паралельно одній індукційній котушці (мал. 4) і пропонуємо учням спостерігати свічення трубок через спектроскоп. Працювати можна в незатемненому приміщенні. Спектр водню слід розглянути детальніше, оскільки він відіграє особливу роль у розвитку науки про будову атома.

Для спостереження лінійчастого спектра ртуті можна скористатися як джерелом світла ртутно-кварцевою лампою типу СВДШ-250-3 або ПРК-2 чи ПРК-4. У спектрі цих ламп чітко видно жовту, зелену й фіолетову лінії.

Поряд з цими фронтальними дослідами важливо з точки  зору підготовки учнів до усвідомлення принципу спектрального аналізу показати учням лінійчасті спектри пари металів в електричній дузі. Для демонстрування цих спектрів треба заздалегідь підготувати вуглини, додавши до них солей чи ошурків того металу, спектр якого хочуть дістати. Можна взяти мідь, цинк, натрій, кальцій тощо. Спектр цих металів у видимій області має яскраві лінії. Ви-

свердлений канал слід набивати сіллю відразу ж після вимкнення дуги в розплавлений електрод, щоб сіль розплавилась, а зайва волога випарувалась, інакше під час дослідів подібна маса розбризкуватиметься і спостерігатиметься деяке блукання дуги.

Слід пам'ятати, що ртутні лампи й електрична дуга — це інтенсивне джерело ультрафіолетових променів, тому очі учнів і вчителя мають бути захищені від прямих променів дуги.

Розповідь про смугасті спектри, властиві хімічним сполукам, супроводжуємо показом фотографій цих спектрів, зіставленням їх з  лінійчастими. Смугасті спектри можна й продемонструвати, скориставшись, наприклад, як джерелом світла електричною дугою між вугільними стержнями. Установка для демонстрації така сама, що й для показу суцільного чи лінійчастого спектра. Але для демонстрування смугастого спектра на щілину треба проектувати не розжарений електрод, а полум'я дуги, й користуватися спектральне чистими вугільними стержнями. В результаті хімічних процесів під час горіння дуги в полум'ї утворюються двохатомний радикал ціану СN, молекули вуглецю С₂, які дають добре помітні смуги в фіолетовій, синій і жовтій частинах видимої області спектра.

Можна також спостерігати смугастий спектр від полум'я  газового пальника. Це полум'я складається з трьох частин: внутрішнього і зовнішнього конусів і області між ними. Верхня частина внутрішнього конуса є джерелом інтенсивних смуг у спектрі; їх дають молекули С₂, радикали СН і ОН, причому смуги, які дають С₂ і СН, належать до видимої частини спектра. Смугастий спектр від полум'я природного газу зручний тим, що в ньому смуги чітко розділені і добре спостерігаються в шкільний двотрубний спектроскоп.

Після ознайомлення учнів  з різними видами спектрів випромінювання коротко спиняємося на механізмі їх утворення.

Лінійчасті спектри  випромінювання характерні для збуджених вільних атомів, тому речовина обов'язково повинна бути в газоподібному чи пароподібному стані; при цьому багатоатомні молекули мають бути розщеплені на окремі атоми. Лінійчасті спектри утворюються вільними, не зв'язаними один з одним атомами (актів випромінювання під час взаємодії між атомами дуже мало порівняно із загальним випромінюванням внаслідок зіткнення атомів).