Экспериментальные методы исследования частиц

Урок самостоятельного изучения нового материала.
Такой урок целесообразно включать в учебный процесс, так как он позволяет формировать у учеников навыки самостоятельной работы с учебником и другими источниками информации: поиск необходимой информации в соответствии с поставленной задачей, ее обработка и представление в удобном виде . Такая организация урока будет полезной и при изучении устройств для регистрации элементарных частиц в 9 классе. Тем более, когда соответствующих приборов в кабинете нет.
Я рекомендую проводить такой урок в форме обучения в сотрудничестве. Класс делится на малые группы. Каждая группа получает определенное задание (например, изучить устройство, принцип действия и область применения счетчика Гейгера и камеры Вильсона) и ей дается время на ее выполнение (10 – 15 минут). Для выполнения задания ученики могут использовать материал учебника (первая группа), электронного приложения (вторая группа), опорный конспект (третья группа),а также интернет – ресурсы (четвертая группа). Затем один ученик из группы выступает с кратким сообщением по изученному материалу и все ученики группы получают ту же оценку, что и докладчик. Подобная форма организации работы не только позволяет ученикам усвоить новый материал, но и учит работать в команде, нести ответственность за результаты своей деятельности.
Урок 54/4. Экспериментальные методы исследования частиц
Задачи урока:
- познакомить с назначением, устройством, и принципом действия приборов для регистрации элементарных частиц (счетчик Гейгера, камера Вильсона);
- научить применять полученные знания для решения задач.
Планируемые результаты обучения учащегося:
- знает назначение различных приборов для регистрации элементарных частиц: газоразрядный счетчик Гейгера, камера Вильсона, Пузырьковая камера, метод толстослойных фотоэмульсий, полупроводниковые детекторы и др;
- умеет описывать устройство и принцип действия различных приборов для регистрации элементарных частиц;
- умеет применять полученные знания для решения задач.
Достигаемые образовательные результаты:
Личностные: формирование познавательных интересов и интеллектуальных способностей учащихся; формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному состоянию науки и общественной практики.
Метапредметные: овладение навыками самостоятельного приобретения знаний и организации учебной деятельности; приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием различных источников информации; формирование умений работать в группе.
Предметные: формирование целостной научной картины мира; развитие умения планировать в повседневной жизни свои действия с применением полученных знаний о микромире; понимание физических основ и принципов действия устройств.
Применение информационных технологий: самостоятельная работа с ЭП и интернет- ресурсами по поиску информации о приборах, регистрирующих элементарные частицы; иллюстрация ответов с помощью материалов ЭП, соответствующие иллюстрации и демонстрации можно вывести на экран при помощи проектора; использование ресурсов ЭП при решении задач.
Оборудование: Компьютерная презентация «Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц»
Технологическая карта урока
Этап урока Содержание этапа Деятельность
учителя ученика
Актуализация
опорных
знаний (учебник, ЭП) Повторение сведений о
микромире: размеры молекул, атомов, строение атома (Демок –рит. Аристотель, В. Вебер,
Х. Лоренц, Дж. Томсон,
З. Резерфорд, состав
ядра атома. Радиоактивность. Виды
радиоактивного излуче –
ния. Проводит беседу по
уточнению и конкрети –
зации первичных зна –
ний.
Озвучивает тему урока,
выдвигает проблему.
Организует поисковую
работу обучающихся(постановка цели и со-ставление плана дейст-
вий)Анализирует, выска –
зывает свое мнение о мире молекул, атомов,
электронов , протонов,
нейтронов, - о микроми -
ре.
Дает ответы на вопросы
учителя.
Изучение но –
вого материала
(учебник, ЭП,ОК, интернет-
ресурсы) Изучение устройства и
принципа действия при –
боров для регистрации
элементарных частиц потехнологии обучения всотрудничествеОрганизует самостоя –
тельную работу уче –
ников в малых группах,
слушает и при необхо –
димости корректирует
ответы учеников Самостоятельно изучает
материал по ЭП, ОК,
учебнику и интернет –
ресурсам. Выступает с
сообщениями. Заполняет
таблицу.
Применение
изученного ма –
териала (тетрадьтренажер, ЭП,
задачник) Решение качественныхзадач. Руководит решением
задач. Отвечает на вопрос зада-
чи, записывает решение
в тетрадь.
Подведение
итогов урока
(ЭП . Интернет.
учебник, ОК) Обобщение изученного на уроке материала. Проводит оздорови -
тельную физкульт – ми-
нутку.
Подводит итоги урока
с участием учащихся
оценивает работу уче-
ников, дает домашнее
задание. Проводит реф –
лексию.
Называет основные по –
зиции нового материала
и то, как он их усвоил
(что получилось, что неполучилось и почему).
Записывает домашнее
задание.
Учится критически
мыслить, оценивать
свою работу на уроке.
Актуализация опорных знаний.
Домашнее задание - повторить теоретические вопросы, знание которых проверю во время беседы. Кроме теоретических вопросов были задачи.
Проводится индивидуальная робота по умению применять полученные знания при решении задач.
Работа выполняется строго самостоятельно и использовать какой – либо источник информации, считается грубым нарушением.
Пользуясь всеми имеющимися источниками информации самостоятельно проверяют свою работу, корректируют если в этом есть необходимость, оценивают свою работу и сдают учителю на проверку.
Домашнее задание.
Радиоактивность.
Строение атома
Виды радиоактивных излучений.
Типы радиоактивного распада.
Чем отличаются ядра данных химических элементов: кислород (А=16, Z=8) и кислород (А=18, Z=8)?
В какой элемент превращается уран (А=239, Z=92) после двух бета-распадов и одного альфа-распада?
Решение задач.
5. Определим число протонов и нейтронов изотопов кислорода.
N = А – N =16 -8 = 8
N = А – N = 18 -8 = 10
Следовательно, ядра этих изотопов отличаются числом содержащихся в них нейтронов.
6.А =239 – 0 – 0 – 4 = 235
А =92 + 1 + 1 – 2 = 92.
По таблице Менделеева определяем, что данный элемент превращается в изотоп урана (А = 235, Z= 92).
Вывод. Уметь применять знания при решении задач, углублять, систематизировать знания по атомной физике.
На что обратить внимание!
Все виды радиоактивного излучения испускаются ядрами атомов. Ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов. Откуда же при бета-распаде появляется электрон, если его в ядре нет? Дело в том, что в ядре при определенных условиях происходит превращение нейтрона в протон с одновременным образованием электрона, который при этом вылетает из ядра (покидает ядро и еще одна частица – антинейтрино).
Изучение нового материала.
Первоначально проводится «Индукция» (или наведение) – обращение не столько к разуму, сколько к чувствам, эмоциям ученика. В качестве индуктора выступает все, что может разбудить, вырастить поток ассоциаций, воспоминаний, чувств, эмоций…впечатляющие цифры…
Материя
Вещество Поле
Молекулы
Атом
Электроны. Ядро
Протоны + нейтроны.
- Что такое материя? (Это мир, который нас окружает);
- В виде чего существует материя? (В виде вещества и поля);
- Из чего состоит вещество? (Молекула -мельчайшая частица вещества, сохраняющая все его свойства и способная к самостоятельному существованию).
. --- здесь примерно 100 000 000 000 молекул!
Пусть молекула, как точка в конце этой фразы, тогда человек вырастет от Земли до Луны; палец вытянется от Москвы до Владивостока; волос утолщится до 40 м.
Вывод: слово «мельчайшая» мало что говорит нашему сознанию.
- Из чего состоят молекулы? ( Гипотеза о том, что все вещества состоят из атомов, зародилась свыше двух тысячелетий тому назад.Демокрит: существует предел деления атома.
Аристотель: делимость вещества бесконечна.
Париж, 1626 г: учение об атоме запрещено под страхом смерти.
По мере накопления знаний о строении вещества, развивались представления о строении атома.
Самый наименьший отрицательный заряд, который существует в природе? (заряд электрона).
Открыли электрон, измерили его заряд и массу. В любом теле огромное число электронов. В капле воды, например, их около
6 00  000 000 000 000 000 000 000.
1896 г. В. Вебер впервые высказал мысль об электронном строении атома. Развил эту мысль Х. Лоренц и создал электронную теорию: электроны входят в состав атома. Опираясь на эти открытия Дж. Томсон в 1898 г. предложил модель атома в виде положительно заряженного шара, в котором плавают электроны, нейтрализующие положительный заряд.
В 1911 г. Э. Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытами. Обобщая результаты своих опытов, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома: 1.Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома.
2. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.
3. Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему
объему атома.
- Из чего состоит ядро? (Протоны и нейтроны).
Запишем частицы о которых говорили на протяжении последних уроков. Каким одним словом мы их можем назвать? (Элементарные).
Тема урока. Методы регистрации элементарных частиц.
В разговорной речи вам уже встречалось это слово? Что понимают под этим словом?
С одной стороны, под словом элементарный понимается нечто само собой разумеющееся, простейшее. Так что же выходит, что тема урока у нас элементарная, простейшая? …….. С другой стороны под словом элементарный подразумевается нечто фундаментальное, лежащее в основе вещей. Еще приведу пример, касающийся элементарных частиц. Время жизни частиц – не более 2-х млн. долей секунды, ни одна из частиц не бессмертна, они взаимопревращаются - главный факт их существования. Свободный нейтрон, находящийся вне атомного ядра живет в среднем 15 минут, а фотон (частица света), испущенная настольной лампой живет десять 0, 00 000 001 секунд. Это время, которое ему нужно, чтобы достичь страницы книги и поглотиться бумагой. В вечном стремлении к отысканию неизменного в нашем изменчивом мире ученые оказались не на «гранитном основании», а на «зыбком песке».
Вас тема урока не удивляет? Как можно регистрировать, исследовать то, чего мы не видим?
Правильно. Существуют приборы, которые служат для обнаружения
элементарных частиц. Какую поставим цель урока? Идет обсуждение, ученики включаются в процесс формулирования цели и задач урока.
Цель урока:
- узнать назначение приборов, позволяющих регистрировать элементарные частицы, обнаруживать излучение;
- научиться описывать устройство и принцип действия приборов;
- уметь применять полученные знания для решения задач;
- углублять, систематизировать знания по атомной физике.
Для чего такая цель? Зачем?
Идет обсуждение…
Изучая строение атома и радиоактивности, мы с вами установили состав излучения, свойства излучения и знаем, что они при определенных условиях могут представлять опасность для живых организмов.
Радиоактивное излучение невидимо. Для того, чтобы защитить свою жизнь от биологического действия радиации необходимы специальные приборы, обнаруживающие излучения. Человек должен знать такие приборы!
К сожалению продемонстрировать эти приборы я вам не могу, т.к их нет у нас. Как же мы тогда будем добиваться поставленной цели?
Ученики сами предлагают пути решения выхода из данной ситуации: можно воспользоваться текстом параграфа, интернет – ресурсами, приготовленной презентацией одноклассника, а заодно и оценить ее качество, ОК.
Класс делится на микрогруппы, у каждой группы свой источник информации. 1- группа с учебником, 2 - с интернет – ресурсами, 3 - с презентацией, 4 – с ОК. Время регламентируется. Материал структурируется и представляется в удобной форме.
От каждой группы, один из учеников выдает информацию, которую они совместно за достаточно короткий промежуток времени успели добыть. Идет обмен информацией: анализируют, сравнивают, дополняют.
Закрепление.
На закрепление урока даются задачи с целью проверки качества усвоения материала. Мало добыть информацию, нужно еще уметь ею воспользоваться, применить. Дается время на обсуждение и выслушиваются разные варианты ответов.
1.Почему не регистрируются альфа – частицы с помощью счетчика Гейгера?
Ответ. С помощью счетчика Гейгера нельзя регистрировать альфа – частицы, т.к. они обладают малой проникающей способностью, т.е довольно сильно поглощаются различными веществами. Сложно сделать достаточно тонкими стенки трубки счетчика, чтобы сквозь них беспрепятственно проникали альфа – частицы.
2.Можно ли в камере Вильсона увидеть трек частицы, не имеющей электрического заряда?
Ответ. Принцип действия камеры Вильсона основан на явлении конденсации пересыщенного пара рабочего вещества камеры на ионах, образующихся при попадании в нее частиц. Незаряженные частицы не ионизируют молекулы пара, следовательно, не будет в камере центров конденсации, а значит, и трека, поэтому регистрировать незаряженные частицы с помощью камеры Вильсона нельзя.
Только после этого ученики пробуют оценить свои наработки, представленные в виде таблицы. Делают выводы, насколько важно не формально подходить к изучению материала, учиться в сжатые сроки добывать информацию, учиться сотрудничать, работать в команде, нести ответственность за результаты своей деятельности. Появляется уверенность в своих силах - могут самостоятельно изучить тему урока. Проводят самооценку и таблицы сдают на проверку.
Подведение итогов урока.
Проводится минутная оздоровительная разминка.
Вместе с детьми возвращаемся к цели урока, пробуем ответить на вопрос: достиг ли цели урок?
- узнали назначение приборов, позволяющих регистрировать элементарные частицы, обнаруживать излучение;
- научились описывать устройство и принцип действия приборов, достоинства и недостатки;
- попробовали применять полученные знания для решения задач;
Что еще предстоит, чтобы достичь цели урока?
- продолжать углублять и систематизировать знания в процессе дальнейшего изучения физики микромира.
Учитель исключает официальное оценивание работы ученика (не хвалит, не ругает, не выставляет отметок в журнал), но через социализацию, афиширование работ дает возможность появления самооценки учащегося и ее изменения, самокоррекции.
Дает домашнее задание и дает обоснование.
Так как на уроке время по структурированию информации в удобной форме было сжато, с целью углубления и повторения материала темы, восстановить таблицу (название прибора, устройство, принцип действия, результат, достоинства и недостатки). Самостоятельно изучить темы: открытие протона и нейтрона. Результат представить в виде устного рассказа или презентации т. е. на выбор.
Проводит рефлексию, приобщая учащихся к умению критически осмысливать свою деятельность: что я узнал, чему научился, что понял, что приобрел. Подведение итогов урока с озвучиванием главного вывода, полученного учителем совместно с учащимися: личность каждого человека уникальна и бесценна.
Приложение 1.
.

Приложение 1.