Домашние лабораторные работы по ядерной физике в Интернете

Школьник знакомится с устройством полупроводникового детектора и АЦП. Изучает распределение альфа-частиц по энергиям для известного источника, находит зависимость номера канала АЦП от энергии альфа-частиц. Затем он смотрит спектры «неизвестных» источников и определяет их энергии. Очень удобно, что в этой задаче прямо на сайте осуществляется проверка правильности расчетов. От учителя зависит возможность снизить планку требуемых действий школьника. Можно качественно проанализировать спектр знаменитого радия-226, последовательно разбирая цепочку радиоактивных превращений. Полезно предложить школьнику доказать по количеству альфа-пиков, что в эксперименте наблюдаются альфа-частицы именно от радия-226, а не от тория-232:

Показательна «ториевая вилка» в конце этой цепочки. При ее анализе можно вспомнить других «представителей» своеобразной физической кунсткамеры – черную дыру, демона Максвелла, кротовую нору, кота Шредингера (кого еще забыли?), и наряду с повторением и углублением знаний напомнить, что физики – не сухари и любят «красное словцо».

Школьники знакомятся с принципом работы фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Хорошо запоминается аналогия:

В этой задаче важно знакомство с античастицей электрона – позитроном, и повторение законов сохранения заряда, импульса и энергии при изучении явления аннигиляции. Для проверки понимания схемы установки перед выполнением можно пройти «минидопуск».

Работу можно выполнять на качественном уровне, сравнивая гамма-спектр натрия-22, полученный на одном ФЭУ, со спектром, наблюдаемом одновременно на ФЭУ, расположенных под углом 180. Рекомендуется доказать расчетом, что гамма-пик совпадений равен энергии, соответствующей массе покоя электрона. Важным моментом выполнения работы является оценка статистических и приборных ошибок эксперимента.

В упрощенных трактовках эти задачи могут выполняться в 9-ом классе. Интересные симуляторы для школьников разработаны под руководством Э. Джонса в университете Блекхилл [3]:

- «сборка» атома из нейтронов, протонов, электронов и тестирование его (нейтронный гномик следит, чтобы атом был стабильным);

- «стрельба» излучением (можно выбирать тип излучения и энергию) по отдельным атомам, биологической ткани.

Можно дать проектную работу по изучению возможностей этих программ школьникам, увлекающимся компьютерными играми или углубленно изучающими английский язык – к работам доступны обширные методические материалы и задания.

Выполнение домашних лабораторных работ в удобном темпе, на выбранном уровне сложности (качественный, расчетный, исследовательский) способствует актуализации знаний, располагает к самоопределяемому учению [4].

1. 
   Практические работы по ядерной физике для школьников http://prac-gw.sinp.msu.ru/school.htm
   
2. 
   Карта атомных ядер http://cdfe.sinp.msu.ru/services/ground/NuclChart_release.html
   
3. 
   Симулятор Строитель атомов http://www.camse.org/sims/builder Center for the Advancement of Mathematics and Science Education A South Dakota Board of Regents Center of Excellence Radiation Literacy http://www.camse.org/radiation/radliteracy.php 06.03.2014
   
4. 
   Патяева, Е.Ю. Мотивация учения: заданное, стихийное и самоопределяемое учение / Е.Ю. Патяева // Современная психология мотивации / под ред. Д.А. Леонтьева. – М.: Смысл, 2002. – С. 289-313