Symulacja interaktywna

Symulacja rozpraszania cząstek alfa

Polecenie

Uruchom symulację i zbadaj wpływ różnych czynników na kąt rozproszenia $φ$ cząstki $α$ , padającej na jądro atomowe zawarte w cienkiej metalowej folii.

1. Wybierz materiał, z którego wykonana jest folia.
Liczba atomowa Z i liczba masowa A jądra atomowego każdego dostępnego pierwiastka oraz RIndeks dolny j - promień tego jądra ujęte są w tabeli. Ten ostatni podany jest w femtometrach, czyli w jednostkach 10Indeks górny -15 m.

pierwiastek	Z	A	RIndeks dolny j (fm)
Al	13	27	3,6
Ti	22	48	4,4
Fe	26	56	4,6
Cu	29	63	4,8
Ag	47	107	5,7
Au	79	197	7,0

2. Wybierz parametr zderzenia b pomiędzy cząstką $α$ a jądrem w dostępnym zakresie od 1 fm do 100 fm.

3. W wersji zaawansowanej – wybierz energię kinetyczną cząstki $α$ w zakresie dostępnym w pierwszej dekadzie XX wieku.

4. Obejrzyj tor lotu cząstki $α$ i zanotuj wartość kąta rozproszenia $φ$ .

5. Postępuj zgodnie z zasadą „zmieniaj tylko jedną wielkość na raz” i zbadaj wpływ tej wielkości na kąt rozproszenia.

Do dzieła!

Praca z symulacją jest wygodniejsza po przełączeniu na widok pełnoekranowy.

Rp9AOLc9CaW0o

Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Polecenie 1

Wybierz metal, z którego wykonana jest folia. Zbadaj zależność kąta rozproszenia od parametru zderzenia – wybierz w tym celu co najmniej 8‑10 różnych wartości parametru i przeprowadź symulację dla każdej z nich. Wynikiem symulacji będzie sporządzony przez Ciebie wykres badanej zależności.

Polecenie 2

Wybierz metal, z którego wykonana jest folia oraz parametr zderzenia rzędu promienia jądra RIndeks dolny j wybranego metalu. Zbadaj zależność kąta rozproszenia od początkowej energii kinetycznej cząstki $α$ . Wybierz w tym celu wszystkie dostępne wartości tej energii i przeprowadź symulację dla każdej z nich. Sporządź wykres badanej zależności – będzie on wynikiem symulacji.

Polecenie 3

Zbadaj zależność kąta rozproszenia od właściwości jądra, z którego wykonana jest folia. Wybierz dowolny parametr zderzenia w zakresie 4‑8 fm oraz dowolną początkową energię kinetyczną cząstki $α$ . Przeprowadź symulację dla wszystkich dostępnych pierwiastków. Wynikiem symulacji będzie wykres zależności parametru zderzenia od liczby atomowej Z jądra.
Rozstrzygnij następującą hipotezę: Uzyskana zależność nie odzwierciedla wpływu promienia jądra na kąt rozproszenia. Uzasadnij swoje rozstrzygnięcie.

Polecenie 4

Przygotuj prezentację (czas trwania maksymalnie 3‑4 minuty), w której ujmiesz wyniki któregokolwiek z trzech symulowanych eksperymentów, zaproponowanych powyżej. Prezentacja powinna zawierać, w swym podsumowaniu, interpretację uzyskanych wyników.

Dla zainteresowanych

Wyliczany i pokazywany w symulacji kąt rozproszenia $φ$ jest dany wzorem:

t g (\frac{φ}{2}) = \frac{Z \cdot e^{2}}{4 π ε_{0} \cdot E_{k} \cdot b}

w którym:

$e$ to ładunek elementarny
$ε_{0}$ to stała dielektryczna próżni
$Z$ to liczba atomowa wybranego pierwiastka
$E_{k}$ to początkowa energia kinetyczna cząstki $α$
$b$ to parametr zderzenia.

Polecenie 5

R1IubOG4nBaNO

Wstaw każdą z trzech wielkości do jednej z dwóch kategorii.

Wzrost tej wielkości powoduje wzrost kąta rozproszenia $φ$
Wzrost tej wielkości powoduje spadek kąta rozproszenia $φ$

Symulacja pozwala na zbadanie wpływu różnych czynników na kąt rozproszenia $φ$ cząstki $α$ , padającej na jądro atomowe zawarte w cienkiej metalowej folii. Wyznaczany w symulacji kąt rozproszenia $φ$ jest dany wzorem:

t g (\frac{φ}{2}) = \frac{Z \cdot e^{2}}{4 π ε_{0} \cdot E_{k} \cdot b}

w którym:

$e$ to ładunek elementarny
$ε_{0}$ to stała dielektryczna próżni
$Z$ to liczba atomowa wybranego pierwiastka
$E_{k}$ to początkowa energia kinetyczna cząstki $α$
$b$ to parametr zderzenia.

W symulacji dostępne są do wyboru pierwiastki, których parametry zawarte są w przedstawionej dalej tabeli.

pierwiastek	Z	A	RIndeks dolny j (fm)
Al	13	27	3,6
Ti	22	48	4,4
Fe	26	56	4,6
Cu	29	63	4,8
Ag	47	107	5,7
Au	79	197	7,0

Polecenie 1

R1IubOG4nBaNO

Wstaw każdą z trzech wielkości do jednej z dwóch kategorii.

Wzrost tej wielkości powoduje wzrost kąta rozproszenia $φ$
Wzrost tej wielkości powoduje spadek kąta rozproszenia $φ$

Polecenie 2

Korzystając z kalkulatora (lub innego narzędzia) wyznacz kąt rozproszenia dla żelaza, jeżeli energia cząstki wynosi 6 MeV, a parametr zderzenia to 6 fm. Wartości stałych zaczerpnij z dostępnych ci źródeł.

Grafika interaktywna (schemat)

Dla nauczyciela

Symulacja rozpraszania cząstek alfa

Polecenie

Do dzieła!

Grafika interaktywna (schemat)

Dla nauczyciela

Symulacja interaktywna

Symulacja rozpraszania cząstek αalfa

Polecenie

Do dzieła!

Symulacja rozpraszania cząstek alfa