Системно-логический подход

См. дистанционный курс «Психодидактика...», 2005 г.

Системно-логический подход в преподавании физики позволяет решать обычно с трудом разрешаемые учебные задачи. Например, познакомить за два урока учащихся 9-го класса с основами физики ядра и физики элементарных частиц, как это сделал с помощью двух своих красочных презентаций слушатель Александр Иванович Сенькин (школа № 17, г. Ульяновск). К сожалению, мы не можем воспроизвести все кадры, тем более в цвете. Поэтому приводим несколько кадров, но даём все тексты (оформление придётся вообразить).

2. Три этапа в развитии физики элементарных частиц.

3. Первый этап: от электрона до позитрона. 1897–1932 гг. В начале предполагалось, что всё в мире построено из неделимых атомов. Но к концу XIX в. были открыты протон, нейтрон, электрон. Их стали считать кирпичиками мира.

4. Второй этап: от позитрона до кварков. 1932–1970 гг. Выяснилось, что элементарные частицы превращаются друг в друга. Ни одна частица не бессмертна. Большинство частиц распадается через несколько миллионных долей секунды.

5. Лишь четыре частицы – фотон, электрон, протон, нейтрино – не изменяются, если остаются в одиночестве.

6. Второй этап развития физики элементарных частиц начался с открытия позитрона – двойника электрона, но с положительным зарядом. Его существование предсказал теоретически английский физик Поль Дирак.

7. Свинцовая пластинка. Трек позитрона.

8. Если встречный космонавт протянет вам левую руку – поберегитесь, возможно, он состоит из антивещества.

9. Фотон, испущенный свечой, живёт не более 10–8 с.

10. Почти бессмертно нейтрино – из-за слабого взаимодействия с веществом. Нейтрино может беспрепятственно пронизывать нашу Землю. Однако и нейтрино взаимодействуют с другими частицами, но очень редко.

11. Все элементарные частицы превращаются друг в друга, и эти взаимные превращения – главный факт их существования.

12. Представление об элементарной частице как о неизменной сущности оказалось неверным.

13. В настоящее время приходится считать, что элементарные частицы далее неделимы, но неисчерпаемы по своим свойствам. Почему мы так думаем?

14. След ядра углерода энергией 60 MэВ. В результате его столкновения с ядром серебра родилось много пионов.

15. Подобные реакции при столкновениях релятивистских ядер, полученных в ускорителе, впервые в мире были осуществлены в 1976 г. в лаборатории высоких энергий Объединённого института ядерных исследований в г. Дубне.

16. По современным представлениям, элементарные частицы – это первичные не разложимые далее частицы, из которых построена вся материя.

17. Однако неделимость элементарных частиц не означает, что у них отсутствует внутренняя структура.

18. Третий этап. От гипотезы о кварках (1964 г.) до наших дней. Большинство элементарных частиц имеют сложную структуру. В 60-х гг. возникли сомнения в элементарности некоторых частиц. Возможно, большая их часть не может называться элементарными.

19. Количество открытых элементарных частиц перевалило за несколько сотен. Была открыта группа так называемых странных частиц массами, превышающими массу нуклонов. В 70-е гг. была открыта группа очарованных частиц с ещё большими массами. Более 200 частиц с временем жизни около 10^–22–10^–23 с были названы резонансами.

20. В 1964 г. Гел-Манн и Цвейг предложили модель строения элементарных частиц, участвующих в сильных (ядерных) взаимодействиях. Согласно этой модели, все эти частицы построены из более фундаментальных (первичных) частиц – кварков.

21. В настоящее время кварковая модель строения элементарных частиц общепризнана.

1. ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА. Период полураспада. Активность радиоактивного вещества. Радиоактивные серии. Изотопная хронология.

2. ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА. Радиоактивный распад носит случайный характер для отдельного атома. Нельзя предсказать, какие именно атомы распадутся через промежуток времени t. Если атомов много, то можно предсказать, какое их количество распадётся за промежуток времени t. Известно, что половина первоначально взятых атомов радона распадается за 3,82 сут.

3. Чем больше первоначальное количество атомов радона N₀, тем точнее количество распавшихся за 3,82 сут. атомов бу-дет приближаться к половине.

4. Промежуток времени, за который распадается половина первоначально взятых атомов, называется периодом полураспада.

5. Периоды полураспада могут быть самыми различными. Например: период полураспада урана ₉₂U²³⁵ составляет 710 млн лет; период полураспада плутония ₉₄Pu²³⁹ составляет 24,4 г.; период полураспада бериллия ₄Ве⁸ составляет 10^–16 с.

6. Периоды полураспада некоторых радиоактивных элементов.

7. Получим закон радиоактивного распада, с помощью которого можно найти число нераспавшихся атомов в любой момент времени. t = 0 – начальный момент времени; N₀ – начальное число атомов. Спустя время t = T_1/2, где T_1/2 – период полураспада, останется N= N₀/2 атомов.

8. Если пройдёт время, равное ещё одному T_1/2 (всего пройдёт два периода полураспада), то распадётся ещё половина оставшихся атомов, т.е. останется N  = N₀/(2·2) = N₀/4 = N₀/2² атомов. За время, равное третьему периоду полураспада, распадётся ещё половина оставшихся атомов, т.е. после трёх периодов останется N = N₀/(2·2·2) = N₀/8 = N₀/2³ атомов.

9. Если пройдёт произвольный промежуток времени t, то число периодов полураспада можно найти по формуле n = t/T_1/2. Тогда закон радиоактивного распада можно записать в виде:

10. Спад активности А, т.е. числа распадов в секунду, для некоторого радиоактивного вещества показан на рисунке. Период полураспада этого вещества…

11. 5 суток.

12. Изотопная хронология. Изотопная хронология, или радиоуглеродное датирование, – это способ подсчёта времени, прошедшего с тех пор, как живая материя стала неживой.

13. В течение жизни растения или животного количество углерода-14 (₆С¹⁴) поддерживается постоянным за счёт постоянного пополнения из атмосферного воздуха.

14. В атмосфере углерод-14 появляется за счёт воздействия космических лучей.

15. После смерти живого организма поступление углерода-14 прекращается, и его излучение постепенно ослабевает. Период полураспада углерода-14 составляет 5700 лет. По интенсивности излучения останков можно вычислить их возраст.

16. Возраст сохранившегося органического материала можно определить радиоуглеродным методом.

17. За разработку радиоуглеродного метода геохронологии американский физик Френк Либби был удостоен Нобелевской премии в 1960 г.