Субатомная физика – 10 сюрпризов

Антиматерия

В 1932 году был обнаружен не только нейтрон, но и позитрон.
Его вычислил Карл Андерсон, анализируя следы космических лучей в камере
Вильсона. Среди отпечатков физик нашел тот, который выглядел, как и у
электрона, но был изогнут в неправильном направлении.

Это оказался позитрон,
античастица электрона, Андерсон назвал это положительный электрон. Открытие
частиц антиматерии было большой неожиданностью, но вполне отвечало
теоретическим выкладкам Поля Дирака. Удивительно, что кто-то мог сделать вывод
о существовании чего-то настолько странного, просто играя с уравнениями.

. Существование субатомных частиц

На протяжении 19-го века под вопросом было само
существование атомов, и то благодаря успеху атомной теории в химии, озвученной
английским школьным учителем Джоном Дальтоном. До него атомы были отвлеченным
философским понятием, которое использовалось в рассуждениях о конечной природе
материи, но рассматривалось за пределами экспериментальных исследований. Многие физики, вообще, считали атомы фикцией,
удобной для объяснения данных экспериментов, но нереальной.

Данные накапливались, и пришлось признать, что если атомы и
не существуют, то должна быть какая-то неделимая структура похожая на них.
Камнем, подтверждающим существование атомов, стало повторение свойств элементов
в периодической системе Менделеева.

Стабильность протонов

Вне атомного ядра нейтроны крайне
нестабильны и распадаются в течение нескольких минут на протон, электрон и
антинейтрино. Но, кажется, что протон необычайно стабилен и может оставаться
неделимым вечно. Хотя в 1970 годы теоретики начали верить, что протоны должны
распадаться хотя бы за триллионы триллионов лет, несмотря на все усилия по
выявлению подобного события ученым не удалось его зафиксировать. Это вызвало
большое удивление. Все распадается, а протоны – нет.

Нарушение симметрии

Задолго до взрыва открытий субатомных частиц, уважаемый
математик Герман Вейль отметил, что природа ничего не знает о паритете. Не
может быть сомнений, что все законы природы инвариантны по отношению к
перестановке справа и слева. Но в 1956 году Чэнь Нин Ян и Цзун-Дао Ли высказали
идею, что правило лево-правой симметрии в некоторых случаях не работало, когда
дело касается субатомных частиц. Это было сенсацией, особенно, когда появились
подтверждения от экспериментаторов.

Кварки

В 1950 году физики узнали о субатомных частицах, которые не
являются частью атомов. В 1960 году появилась мысль, что элементарные частицы,
состоят из маленьких кирпичиков, которые имеют дробный заряд. Мюррей Гелл-Манн
назвал эти частицы кварками, идея была новаторской, так как до этого считалось,
что дробные заряды – это нонсенс. Через несколько лет очередной сюрприз от экспериментаторов
– удалось подтвердить существование кварков.

Элементарные частицы оказались не такими уж элементарными

Уже к 1950 году было обнаружено множество субатомных частиц,
мало того, что неделимый атом оказался, еще как делимым, так и количество его
частичек перевалило за полсотни. Один из лауреатов Нобелевской премии Леон
Ладерман даже пошутил, что если бы ему нужно было выучить названия всех
субатомных частиц, он бы стал ботаником. Физики начали подозревать, что у
элементарных частиц, есть свои детали.

Обнаружение нейтрино

В 1934 году Бете и Рудольф Пайерлс доказали, что нейтрино слабо
взаимодействует с веществом, и глупо было бы пытаться обнаружить хотя бы одно.
Понадобиться резервуар твердого вещества с диаметром в 1000 световых лет. Но тут
же был обнаружен атомный распад и изобретены ядерные реакторы. Физики получили
плодовитый источник нейтрино.

Субатомные частицы на самом деле волны

Этот сюрприз связан с довольно комичной историей. В 1906
году Томсон получил Нобелевскую премию за то, что доказал экспериментально
существование субатомное частицы – электрона. В 1973 году, его сын Джордж тоже
получил эту награду, потому, что ему удалось продемонстрировать: электрон – это
волна, по крайней мере, иногда.  Эта
двойственность волна-частица находится в центре квантовой физики.

Нейтроны

К 1930 году физики знали о существовании двух субатомных
частиц: протона и электрона, казалось, они все объясняли, кроме одного, почему
положительно заряженные протоны не разлетаются. В 1920 году Резерфорд
предположил, что они удерживаются рядом, благодаря еще одной частицы в ядре –
нейтрону. В 1932 году Джемс Чедвик обнаружил нейтральную частицу. Количество
элементарных частиц постоянно росло.

Открытие нейтрона стало огромной неожиданностью для физиков.
Когда Резерфорд выдвинул идею существования нейтрона, ему мало кто поверил,
возможно, только Чедвик.

Атомное ядро

Не успели физики принять идею, что атомы существуют, им
пришлось начать мириться с тем, что они состоят из отдельных деталей. Томпсон
предположил, что отрицательные электроны плавают, как вишни в положительно
заряженном пудинге. Но когда Эрнесту Резерфорду и его помощникам удалось
расстрелять альфа-частицами тонкий лист золота, некоторые из «патронов»
отскочили назад.

Мастер-класс «занимательные опыты по физике из подручных материалов»

Министерство образования и науки Челябинской области

Пластовский технологический филиал

ГБПОУ СПО «Копейский политехнический колледж им. С.В Хохрякова»

МАСТЕР – КЛАСС

«ОПЫТЫ И ЭКСПЕРЕМЕНТЫ

ДЛЯ ДЕТЕЙ»

Учебно — исследовательская работа

«Занимательные физические опыты

из подручных материалов»

Руководитель: Ю.В. Тимофеева, преподаватель физики

Исполнители: студенты группы ОПИ — 15

 

Аннотация

Физические опыты повышают интерес к изучению физики, развивают мышление, учат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений, происходящих в окружающем мире.

К сожалению, из-за перегруженности учебного материала на уроках физики занимательным опытам уделяется недостаточное внимание

Самое главное, для физических опытов можно использовать любой подручный материал.

С помощью опытов, наблюдений и измерений могут быть исследованы зависимости между различными физическими величинами.

Все явления, наблюдаемые при проведении занимательных опытов, имеют научное объяснение, для этого использовали фундаментальные законы физики и свойства окружающей нас материи.

Субатомная физика – 10 сюрпризовСубатомная физика – 10 сюрпризовОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение

5

1

Основное содержание

7

2

Организация исследовательской работы

9

2.1

Методика проведения различных опытов

9

2.2

Результаты исследования

14

3

Заключение

17

4

Список использованной литературы

19

5

Приложения

20

ВВЕДЕНИЕ

Субатомная физика – 10 сюрпризов

Без сомнения, все наше знание начинается с опытов.

(Кант Эммануил — немецкий философ 1724-1804г.г)

Физика – это не только научные книги и сложные законы, не только огромные лаборатории. Физика – это еще интересные эксперименты и занимательные опыты. Физика – это фокусы, показанные в кругу друзей, это смешные истории и забавные игрушки-самоделки.

Самое главное, для физических опытов можно использовать любой подручный материал.

Физические опыты можно делать с шарами, стаканами, шприцами, карандашами, соломинками, монетами, иголками и т.д.

Опыты повышают интерес к изучению физики, развивают мышление, учат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений, происходящих в окружающем мире.

При проведении опытов приходится не только составлять план его осуществления, но и определять способы получения некоторых данных, самостоятельно собирать установки и даже конструировать нужные приборы для воспроизведения того или иного явления.

Но, к сожалению, из-за перегруженности учебного материала на уроках физики занимательным опытам уделяется недостаточное внимание, большое внимание уделяется теории и решению задач.

Поэтому было решено провести исследовательскую работу по теме «Занимательные опыты по физике из подручных материалов».

Цели исследовательской работы следующие:

  1. Освоить методики физических исследований, овладеть навыками правильного наблюдения и техникой физического эксперимента.

    Организация самостоятельной работы с различной литературой и другими источниками информации, сбор, анализ и обобщение материала по теме исследовательской работы.

    Научить обучающихся, применять научные знания для объяснения физических явлений.

    Привить любовь обучающимся к физике, усилить концентрацию их внимания на понимании законов природы, а не на механическом их запоминании.

    При выборе темы исследования мы исходили из следующих принципов:

    Субъективность – выбранная тема соответствует нашим интересам.

    Объективность – выбранная нами тема актуальна и важна в научном и практическом отношении.

    Посильность – задачи и цели, поставленные нами в работе, реальны и выполнимы.

      1. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ.

      Исследовательская работа проводилась по следующей схеме:

      Постановка проблемы.

      Изучение информации из разных источников по данной проблеме.

      Выбор методов исследования и практическое овладение ими.

      Сбор собственного материала – комплектование подручных материалов, проведение опытов.

      Анализ и обобщение.

      Формулировка выводов.

        В ходе исследовательской работы применялись следующие физические методики исследований:

        1. Физический опыт

        Проведение опыта состояло из следующих этапов:

        Уяснение условий опыта.

          Этот этап предусматривает знакомство с условиями проведения эксперимента, определение перечня необходимых подручных приборов и материалов и безопасных условий при проведении опыта.

          Составление последовательности действий.

            На этом этапе намечался порядок проведения опыта, в случае необходимости добавлялись новые материалы.

            Проведение опыта.

              2. Наблюдение

              При наблюдении за явлениями, происходящими в опыте, мы обращали особое внимание на изменение физических характеристик, при этом мы получали возможность обнаруживать закономерные связи между различными физическими величинами.

              3. Моделирование.

              Моделирование является основой любого физического исследования. При проведении опытов мы моделировали различные ситуативные эксперименты.

              Всего нами смоделировано, проведено и научно объяснено несколько занимательных физических опытов.

              2.Организация исследовательской работы:

              2.1 Методика проведения различных опытов:

              Опыт № 1 Свеча за бутылкой

              Приборы и материалы: свеча, бутылка, спички

              Этапы проведения опыта

              Поставить зажженную свечу позади бутылки, а самому стань так, чтобы лицо отстояло от бутылки на 20-30 см.

              Стоит теперь дунуть, и свеча погаснет, будто между тобой и свечёй нет никакой преграды.

              Опыт № 2 Вертящаяся змейка

              Приборы и материалы: плотная бумага, свеча, ножницы.

              Этапы проведения опыта

              Из плотной бумаги вырезать спираль, растянуть её немного и посадить на конец изогнутой проволоки.

                Держать эту спираль над свечкой в восходящем потоке воздуха, змейка будет вращаться.

                  Опыт №3 Пятнадцать спичек на одной

                  Приборы и материалы: 15 спичек.

                  Этапы проведения опыта

                  Положить одну спичку на стол, а на неё поперёк 14 спичек так, чтобы головки их торчали кверху, а концы касались стола.

                  Как поднять первую спичку, держа её за один конец, и вместе с нею все остальные спички?

                  Опыт № 4Парафиновый мотор

                  Приборы и материалы:свеча, спица, 2 стакана, 2 тарелки, спички.

                  Этапы проведения опыта

                  Чтобы сделать это мотор, нам не нужно ни электричества, ни бензина. Нам нужно для этого только… свеча.

                  Раскалить спицу и воткнуть её их головками в свечку. Это будет ось нашего двигателя.

                  Положить свечу спицей на края двух стаканов и уравновесить.

                  Зажечь свечу с обоих концов.

                    Опыт №5 Толстый воздух

                    Мы живём благодаря воздуху, которым мы дышим. Если тебе не кажется это достаточно волшебным, проделай этот эксперимент, чтобы узнать, на какую ещё магию способен воздух.

                    Реквизит

                    Защитные очки

                    Сосновая дощечка 0,3х2,5х60 см (можно приобрести в любом магазине пиломатериалов)

                    Газетный лист

                    Линейка

                    Подготовка

                    Разложи всё необходимое на столе

                    Начинаем научное волшебство!

                    Надень защитные очки. Объяви зрителям : «В мире есть два вида воздуха. Один из них – тощий, а другой – жирный. Сейчас я с помощью жирного воздуха совершу волшебство».

                    Положи на стол дощечку так, чтобы примерно 6 дюймов (15 см) выступало на край стола.

                    Произнеси: «Толстый воздух садись на дощечку». Ударь по концу дощечки, который выступает за край стола. Дощечка подпрыгнет в воздух.

                    Скажи зрителям, что на дощечку сел, должно быть, тощий воздух. Опять положи дощечку на стол как в пункте 2.

                    Положи на дощечку газетный лист, как показано на рисунке, чтобы дощечка была посередине листа. Разгладь газету, чтобы между ней и столом не осталось воздуха.

                    Снова скажи : «Толстый воздух, садись на дощечку».

                    Ударь по выступающему концу ребром ладони.

                      Опыт №6 Непромокаемая бумага

                    Реквизит

                    Бумажное полотенце

                    Стакан

                    Пластиковая миска или ведёрко, в которое можно налить достаточное количество воды, чтобы она полностью покрыла стакан

                    Подготовка

                    Разложи всё необходимое на столе

                    Начинаем научное волшебство!

                    Объяви зрителям: «C помощью своего магического мастерства я смогу сделать так, чтобы кусочек бумаги остался сухим».

                    Сомни бумажное полотенце и положи его на дно стакана.

                    Переверни стакан и убедись, что комок бумаги остаётся на месте.

                    Произнеси над стаканом какие-нибудь волшебные слова, например: «магические силы, оградите бумагу от воды». Потом медленно опусти перевёрнутый стакан в миску с водой. Старайся держать стакан как можно ровнее, пока он не скроется под водой полностью.

                    Вытащи стакан из воды и стряхни с него воду. Переверни стакан дном книзу и достань бумагу. Дай зрителям пощупать её и убедиться, что она осталась сухой.

                    Опыт №7 Летающий мячик

                    Видел ли ты, как на выступлении фокусника человек поднимается в воздух? Попробуй провести подобный эксперимент.

                    Обрати внимание: Для этого эксперимента понадобиться фен и помощь взрослых.

                    Реквизит

                    Фен (пользоваться должен только взрослый помощник)

                    2 толстые книги или другие тяжёлые предметы

                    Мячик для пинг-понга

                    Линейка

                    Взрослый ассистент

                    Подготовка

                    Установи фен на столе вверх отверстием, откуда дует горячий воздух.

                    Чтобы установить его в таком положении, используй книги. Проверь, чтобы они не закрывали отверстие сбоку, где воздух засасывается в фен.

                    Включи фен в розетку.

                    Начинаем научное волшебство!

                    Попроси кого-нибудь из взрослых зрителей стать твоим ассистентом.

                    Объяви зрителям : «Сейчас я заставлю обыкновенный пинг-понговый шарик летать по воздуху».

                    Возьми шарик в руку и отпусти, чтобы он упал на стол. Скажи зрителям: «Ой! Я забыл сказать волшебные слова!»

                    Произнеси над мячиком волшебные слова. Пусть твой ассистент включит фен на полную мощность.

                    Аккуратно помести шарик над феном в струю воздуха, примерно в 45 см от выдувающего отверстия.

                    Советы учёному волшебнику

                    В зависимости от силы выдува, тебе, возможно, придётся поместить шарик немного выше или ниже, чем указано.

                    Что ещё можно сделать

                    Попробуй проделать тоже самое с мячиком разного размера и массы. Одинаково ли хорошо будет получаться опыт?

                    2. 2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:

                    1) Опыт № 1 Свеча за бутылкой

                    Объяснение:

                    Свеча будет понемножку всплывать, причём охлаждённый водой парафин у края свечи будет таять медленней, чем парафин, окружающий фитиль. Поэтому вокруг фитиля образуется довольно глубокая воронка. Эта пустота, в свою очередь, облегчает свечу, потому-то наша свеча и догорит до конца.

                    Субатомная физика – 10 сюрпризов

                    2)Опыт № 2 Вертящаяся змейка

                    Объяснение:

                    Змейка вращается, т.к. происходит расширение воздуха под действием тепла и о превращении теплой энергии в движение.

                    Субатомная физика – 10 сюрпризов

                    3)Опыт №3 Пятнадцать спичек на одной

                    Объяснение:

                    Для того, чтобы поднять все спички, нужно только поверх всех спичек, в ложбинку между ними, положить ещё одну, пятнадцатую спичку.

                    Субатомная физика – 10 сюрпризовСубатомная физика – 10 сюрпризов

                    4) Опыт № 4 Парафиновый мотор

                    Объяснение:

                    Капля парафина упадёт в одну из тарелок, подставленных под концы свечи. Равновесие нарушится, другой конец свечи перетянет и опустится; при этом с него стечёт несколько капель парафина, и он станет легче первого конца; он поднимается к верху, первый конец опустится, уронит каплю, станет легче, и наш мотор начнёт работать вовсю; постепенно колебания свечи будут увеличиваться всё больше и больше.

                    Субатомная физика – 10 сюрпризов

                    5) Опыт №5Толстый воздух

                    Когда ты ударяешь по дощечке в первый раз, она подпрыгивает. Но если ударить по дощечке, на которой лежит газета, дощечка ломается.

                    Объяснение:

                    Когда ты разглаживаешь газету, ты удаляешь из-под неё почти весь воздух. Вместе с тем большое количество воздуха сверху газеты давит на неё с большой силой. Когда ты ударяешь по дощечке, она ломается, потому что давление воздуха на газету не даёт дощечке подняться вверх в ответ на приложенную тобой силу.

                    Субатомная физика – 10 сюрпризов

                    6) Опыт №6 Непромокаемая бумага

                    Объяснение:

                    Воздух занимает определённый объём. В стакане есть воздух, в каком бы положении он не находился. Когда ты переворачиваешь стакан кверху дном и медленно опускаешь в воду, воздух остаётся в стакане. Вода из-за воздуха не может попасть в стакан. Давление воздуха оказывается больше, чем давление воды, стремящейся проникнуть внутрь стакана. Полотенце на дне стакана остаётся сухим. Если стакан под водой перевернуть набок, воздух в виде пузырьков будет выходить из него. Тогда сможет попасть в стакан.

                    Субатомная физика – 10 сюрпризовСубатомная физика – 10 сюрпризов

                    8)Опыт №7 Летающий мячик

                    Объяснение:

                    На самом деле этот трюк не противоречит силе тяжести. В нём демонстрируется важная способность воздуха, называемая принципом Бернулли. Принцип Бернулли – закон природы, согласно которому любое давление любого текучего вещества, в том числе воздуха, уменьшается с ростом скорости его движения. Иначе говоря при низкой скорости потока воздуха он имеет высокое давление.

                    Воздух, выходящий из фена, движется очень быстро, и следовательно его давление невелико. Мячик со всех сторон окружён областью низкого давления, которая образует конус у отверстия фена. Воздух вокруг этого конуса обладает более высоким давлением, и не даёт мячику выпасть из зоны низкого давления. Сила тяжести тянет его вниз, а сила воздуха тянет его вверх. Благодаря совместному действию этих сил, шарик и зависает в воздухе над феном.

                    Субатомная физика – 10 сюрпризов

                    Субатомная физика – 10 сюрпризов

                    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

                    Анализируя результаты занимательных опытов, мы убедились, что знания полученные на занятиях по физике вполне применимы для решения практических вопросов.

                    С помощью опытов, наблюдений и измерений были исследованы зависимости между различными физическими величинами.

                    Все явления, наблюдаемые при проведении занимательных опытов, имеют научное объяснение, для этого мы использовали фундаментальные законы физики и свойства окружающей нас материи.

                    Законы физики основаны на фактах, установленных опытным путем. Причем нередко истолкование одних и тех же фактов меняется в ходе исторического развития физики. Факты накапливаются в результате наблюдений. Но при этом только ими ограничиваться нельзя. Это только первый шаг к познанию. Дальше идет эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики. Чтобы из наблюдений сделать общие выводы, выяснить причины явлений, надо установить количественные зависимости между величинами. Если такая зависимость получается, то найден физический закон. Если найден физический закон, то нет необходимости ставить в каждом отдельном случае опыт, достаточно выполнить соответствующие вычисления. Изучив экспериментально количественные связи между величинами, можно выявить закономерности. На основе этих закономерностей развивается общая теория явлений.

                    Следовательно, без эксперимента не может быть рационального обучения физике. Изучение физики и других технических дисциплин предполагает широкое использование эксперимента, обсуждение особенностей его постановки и наблюдаемых результатов.

                    В соответствии с поставленной задачей все опыты проведены с использованием только дешевых, малогабаритных подручных материалов.

                    По итогам учебно — исследовательской работы можно сделать следующие выводы:

                    1. В различных источниках информации можно найти и самим придумать много занимательных физических опытов, выполняемых с помощью подручного оборудования.

                      Занимательные опыты и самодельные физические приборы увеличивают спектр демонстраций физических явлений.

                      Занимательные опыты позволяют проверить законы физики и теоретические гипотезы.

                      Субатомная физика – 10 сюрпризов

                      СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

                      М. Ди Специо «Занимательные опыты», ООО «Астрель», 2004г.

                      Ф.В. Рабиза «Забавная физика», Москва, 2000г.

                      Л. Гальперштейн «Здравствуй, физика», Москва, 1967г.

                      А. Томилин «Хочу все знать», Москва, 1981г.

                      М.И. Блудов «Беседы по физике», Москва, 1974г.

                      Я.И. Перельман «Занимательные задачи и опыты», Москва, 1972г.

                        ПРИЛОЖЕНИЯ

                        Диск:

                        1. Презентация «Занимательные физические опыты из подручных материалов»

                        2. Видеоролик «Занимательные физические опыты из подручных материалов»

                        Подарки физику

                        Подарок физику – купить или заказать на ярмарке мастеров | товары ручной работы

                        Активный отдых и развлечения

                        1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
                        Загрузка...

                        Leave a Reply

                        Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

                        Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.