Элективный курс "Физика высоких энергий" (11-й класс)

Пояснительная записка.

В связи с введением в школах профильного обучения особую важность приобретают вопросы углубленного изучения физики, постановки исследовательских экспериментальных работ.

Элективный курс «Физика высоких энергий» предложена для учащихся 11 класса профилей не связанных с физикой, т.к. в данных профилях количество часов предложенных на изучение физики уменьшено. Курс рассчитан на 34 часа.

Особенности курса. Он содержит помимо теории лабораторный практикум по ядерной физике, который создан на дидактической базе научно-исследовательского подхода. Работы, включенные в практикум, проводятся с абсолютно безопасными радиоактивными источниками, какими являются соль KCI и атмосферный воздух, обладающий естественной радиоактивностью. Эти источники доступны, всегда есть в наличии и не требуют для использования специальных мер предосторожности. Программа курса соответствует стандарту профильного уровня по физике для старшей школы.

Цель элективного курса: расширить и углубить знания учащихся о процессе научного познания, а также в области радиоактивности, познакомить учащихся с экспериментальными методами регистрации заряженных частиц и методами моделирования процессов распада радиоактивных изотопов.

Достижение данных целей связано с решение следующих задач.

1. Расширение общеучебных и предметных для данного профиля умений учащихся: обращения с приборами, измерительных, графических, вычислительных умений, умений систематизировать результаты наблюдений, проводить исследовательский эксперимент.
2. Освоение учащимися способов анализа экспериментальных данных, итерпретации результатов опытов.

Содержание курса. В результате его изучения учащиеся познакомятся со способами измерения радиоактивности счетчиком Гейгера – Мюллера, научатся определять характер физического процесса по графику, таблице, формуле, описывать и объяснять полученные наблюдения и данные экспериментов.

Основные формы организации занятий:

• лекции по теории с демонстрациями;
• доклады и сообщения учащихся с анализом теоретических проблем и демонстрационных опытов;
• лабораторные работы (с элементами исследований, оформлением отчетов).

Методы обучения. При чтении лекций используются информационно-иллюстративный метод и проблемное изложение. При выполнении практических работ основные методы – частично-поисковый и исследовательский. Лабораторные работы организованы в виде практикума.

Содержание программы

1. Естественная радиоактивность - 6 ч.

Стабильные и нестабильные ядра. Основной закон радиоактивного распада. Постоянная распада, период полураспада, время жизни радиоактивных ядер. Виды радиоактивного распада: α-распад, β-распад, γ-излучение. Активность радиоактивного препарата.

Лабораторная работа №1 «Изучение взаимодействия частиц и ядерных реакций».

2. Экспериментальные методы исследования радиоактивности - 6 ч.

Регистрация заряженных частиц. Счетчик частиц: счетчик Гейгера – Мюллера, полупроводниковые счетчики, счетчики Черенкова. Трековые камеры: камера Вильсона, пузырьковая камера, искровая камера. Фотоэмульсии. Физические основы работы и характеристики детекторов.

Лабораторная работа №2 «Изучение счетчика Гейгера - Мюллера».

3. Последовательный распад радиоактивных изотопов - 4 ч.

Лабораторная работа №3 «Исследование естественной радиоактивности атмосферного воздуха».

4. Биологическое действие радиоактивных излучений - 7 ч.

Воздействие радиоактивного излучения на вещество. Доза поглощенного излучения и ее единица. Коэффициент относительной биологической активности. Естественный радиационный фон. Вклад источников ионизирующего излучения в радиационный фон.

Лабораторная работа №4 «Дозиметрия и защита от излучений».

Занятие на развитие интеллектуальных умений после изучения темы: «Физика атомного ядра».

5. Элементарные частицы - 7 ч.

Элементарная частица. Фундаментальные частицы. Фермионы и бозоны. Принцип Паули. Античастицы. Мезоны – кванты ядерного поля. Взаимодействие кварков.

Лабораторная работа №5 «Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям».

6. Заключительное занятие - 4 ч.

Игра «Как стать миллионером знаний по атомной физике?».

Заслушивание и обсуждение докладов, отчетов учащихся о проделанных исследованиях и самостоятельных работах по тематике элективного курса.

Учебно-тематический план 

Ключевые понятия

• Радиоактивность
• Удельная энергия связи
• Период полураспада
• Доза поглощенного излучения
• Законы сохранения электрического и массового числа
• Виды распадов
• Счетчики частиц
• Частица и античастица
• Взаимодействие частиц

Список литературы для учителей

1. Изучение радиоактивности: ж. Физика в школе / В.А. Белянин, Г.И. Мамочкина. – Москва, №2 2008 г.
2. Задания на развитие интеллектуальных умений при изучении темы «Физика атомного ядра»: ж. Физика в школе / Л.В. Киреева. – Москва, №2 2008 г.
3. Физическая игра «Как стать миллионером знаний по атомной физике?»: ж. Физика в школе / А.В. Климашина. – Москва, №2 2004 г.
4. Физика 11: учебник/ В.А. Касьянов. – Москва.: Дрофа, 2004 г.
5. Практикум по ядерной физике: под ред. В.Г. Барышевского. – Минск, 1983 г.
6. Элементарные частицы: Мир знаний / Г.Я. Мякишев. – Москва.: Просвещение, 1973 г.
7. Как регистрируют частицы: Библиотечка «Квант» / А.А. Боровой. – Москва.: Наука, 1981 г.

Список литературы для учащихся

• Физика 11: учебник/ В.А. Касьянов. – Москва.: Дрофа, 2004 г.
• Практикум по ядерной физике: под ред. В.Г. Барышевского. – Минск, 1983 г.
• Элементарные частицы: Мир знаний / Г.Я. Мякишев. – Москва.: Просвещение, 1973 г.
• Как регистрируют частицы: Библиотечка «Квант» / А.А. Боровой. – Москва.: Наука, 1981 г.
• Физика 11: учебник/ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. – Москва.: Просвещение, 2007 г.

Приложение.