На страницах портала “Новатор” я уже рассказывала о программе научной Школы для учителей физики из стран-участниц ОИЯИ в Европейской организации ядерных исследований в Швейцарии. И коллег заинтересовали практические аспекты программы, а именно, содержание современных задач по физике частиц и лабораторной работы по созданию камеры Вильсона и наблюдению треков заряженных частиц. Об этом и речь в посте.
Современная физика частиц и атомного ядра в задачах для школьников (по материалам Михаила Жабицкого)
Все мы знаем, что уровни понимания проходят следующие фазы:
1. Качественное понимание физического явления.
Например, Аристотель утверждал, что тяжелые тела падают быстрее легких и его утверждение считалось истинным в течение 20 веков! Почему? Потому что качественные рассуждения трудно проверить.
2. Количественное описание явления.
Исаак Ньютон в отличие от Аристотеля сформулировал закон Всемирного тяготения уже математически. И количественные законы подсказывают пределы своей “применимости”.
3. Способность породить новое знание.
Школьные задачи тоже можно разделить по аналогии на три типа: качественные, расчетные и открытые.
Начнем с простого: что это и как можно объяснить эту форму?
Первый вопрос оказывается обычно прост для школьников, конечно, это молекула воды. Но вот ответить, почему она имеет такую тетраэдрическую форму и как оценить угол между Н-О-Н связями, не просто (решение смотрите в презентации автора)
Еще пример. Для начала нужно разобрать с учениками, что за единица эВ (электронвольт), а потом можно приступить к решению задач о процессах, происходящих в большом адронном коллайдере.
Например, найти самый быстрый массивный (имеющий массу) объект, разогнанный людьми. То есть надо определить наибольшую скорость, которую удалось получить в коллайдере для частиц, имеющих большую энергию (помним, энергия связана с массой!)
Эти расчеты могут произвести сами школьники.
Кстати, школьникам будет интересно узнать, что в физике частиц массы измеряют не в килограммах, и даже не в атомных единицах массы, а в МэВ/с2 и ГэВ/с2 (а говорят просто - в мэвах и гэвах), потому как масса неразрывно связана с энергией.
Хочу заметить, что большинство предложенных в лекции задач, потребуют и от учителя достаточно объемной подготовки, так как содержат знания и умения, ранее не используемые в курсе физики атома и атомного ядра в школе. Но для специализированных школ такие задачи - отличное дополнение к курсу.
Полную презентацию с задачами можно взять здесь
Лабораторная работа по созданию камеры Вильсона и наблюдению треков заряженных частиц
А вот лабораторную работу по созданию камеры Вильсона и наблюдению треков частиц, вы обязательно захотите провести со своими детьми и это доступно любой школе вне зависимости от профиля.
Материалы и оборудование:
1) Твердый диоксид углерода (сухой лед)
2) Кусок фетра или другой плотной ворсистой ткани (можно заменить тонким поролоном)
3) Изопропанол (изопропиловый спирт более 90%) можно купить в радиотоварах или хозтоварах.
4) Пластиковая емкость (аквариум) с крышкой
5) Лоток для льда
6) Светодиодный яркий фонарь или настольная лампа
7) Перчатки, защитные очки.
Сухой лед - в лоток. На сухой лед кладем крышку.
На дно пластиковой емкости крепим плотную ткань и обильно поливаем ее изопропанолом, но так, чтобы жидкость не лилась потоком, а скапливалась немного в уголке емкости.
Затем емкость ставим на крышку, предварительно полив места соединения спиртом (емкость с крышкой должны прилегать очень плотно.
Выключаем свет, подсвечивая лампой, ждем некоторое время. В образовавшихся парах спирта вы сможете увидеть треки пролетающих частиц и насладиться их красотой и разнообразием.
Вам будет, о чем поговорить с детьми!
Словом, для того, чтобы наблюдать треки пролетающих частиц, не нужны никакие источники. Но, говорят, что если поставить внутрь посуду из уранового стекла, то эстетический и научный шок вам будет обеспечен. Не проверяла. Если кто-то сможет это проверить, пишите, снимайте, будем восхищаться вместе!
НЕ ПРОПУСТИТЕ!
Прием заявок на Школы в ОИЯИ и ЦЕРН 2019 г. начнется 1 марта 2019 г.
Ссылка на презентацию “Современная физика частиц и атомного ядра в задачах для школьников”
