Особенности модельного эксперимента

В предлагаемой лабораторной работе производится компьютерное моделирование упругого рассеяния a-частиц на мишенях из различных материалов, имитирующее условия опыта Резерфорда.

Для выполнения работы используются три различные компьютерные программы с общей схемой экспериментальной установки, показанной на рис. 4.

Задание 1 выполняется с помощью программы ФИЗИКОН, после запуска которой, Вы попадаете в окно, показанное на рис. 7. Нажмите левой кнопкой

Рис. 7

мыши (ЛКМ) белый треугольный курсор, указывающий на кнопку “Квант”, и Вы попадёте в окно выбора задач по теме “Квантовая физика” (рис. 8), а из него, последующей установ-

Рис. 8

кой курсора, приобретшего вид руки с указательным пальцем и нажатием ЛКМ – в окно задачи “Опыты Резерфорда” (рис. 9). Последующее нажатие ЛКМ кнопки “Старт” запускает оди-

Рис. 9

ночный эксперимент, в котором можно менять прицельное расстояние (перемещая нажатой ЛКМ вертикальный движок-слайдер в левой части рабочего окна) и начальную скорость v ₀ (энергию a-частиц) - горизонтальный слайдер в верхней правой части окна (над графиком). Нажатие кнопки ДЕМО запускает автоматический демонстрационный эксперимент для выполнения задания 1 (рис. 10).

Рис. 10

Для выполнения задания 2 используется программа atomic_R.exe, запуск которой приводит в окно, показанное на рис. 11. После установки курсора на название работы “Рассея-

Рис. 11

ние частиц и строение атома” и нажатия ЛКМ, Вы попадаете в первое окно задания 2 - рис. 12. В этом окне представлена схе-

Рис. 12

ма установки в разрезе и органы управления экспериментом. Нажатие кнопки “Ú” под графиком (рядом с надписью “Медь” на рис. 12) открывает окно выбора материала мишени (всего 5 различных металлов), а угловые кнопки с ломаными стрелками “<” (увеличение толщины) и “?” (уменьшение толщины), обрамляющими надпись “Толщина фольги” позволяют менять толщину образца от 1 до 9 мкм. Угловые кнопки “D” и “Ñ” предназначены для изменения угла регистрации рассеяния a -частиц (угол j в данной программе, соответствует углу q в нашем описании теории опыта). Заданный угол отображается верхним (из двух нижних) зелёным четырехразрядным индикатором. Запуск эксперимента с данным углом рассеяния j производится нажатием кнопки СЧЁТ, для отображения результатов счёта используется нижний красный шестиразрядный индикатор. По окончании счёта на графике зависимости логарифма числа сосчитанных импульсов от угла рассеяния lnN(j) появляется экспериментальная точка. Все точки графика можно сохранить для разных мишеней или стереть нажатием кнопки ОЧИСТКА.

Завершение выполнения задания происходит в следующем рабочем окне (рис. 13) данной программы, переход в которое осуществляется нажатием кнопки “>>” в правой нижней части рабочего окна (рядом с кнопкой “Выход” (см. рис. 12)).

В этом окне Вы можете в сериях испытаний наблюдать соответствие Ваших экспериментальных данных одной из двух атомных моделей: модели Томсона или модели. Для этого Вы должны нажать кнопку СЧЁТ в правом нижнем углу этого окна. После нажатия этой кнопки на график в окне выводятся две кривые – одна, соответствующая модели Томсона, вторая – модели Резерфорда.

Задания 3-6 выполняются в рамках программы R.exe, после запуска которой, Вы попадаете в окно ОГЛАВЛЕНИЕ (рис. 14 негатив), из которого осуществляются все исходные управляющие действия, связанные с выбором условий при выполнении заданий.

Рис. 13

Выполнение заданий производится последовательным входом в окна программы, обозначенные строками ОГЛАВЛЕНИЯ, перемещение между которыми производится либо нажатием ЛКМ, либо клавиатурными стрелками “¯” и ”­”. Пункты оглавления (окна программы) “Схема опыта” (рис. 5), “Дифференциальное сечение” (аналог формулы (3)) и

Рис. 14.

“ПРИЛОЖЕНИЕ: Таблица плотностей” включают справочную информацию по теме работы. Окно “Траектория a -частиц” (вид окна (негатив) после входа и последовательного двойного нажатия клавиши Esc и однократного Enter показан на рис. 15.) предназначено для непосредственного выполнения

Рис. 15

задания 3. Задания 4-6 выполняются из окон “Зависимость от q: I (q)”, “Зависимость от E: I (E)” и “Зависимость от Z: I (Z)”, вход в которые производится из раскрывающихся подокон ОГЛАВЛЕНИЯ (рис. 16 негатив).

Рис. 16

Вид одного из окон (для задания 4) показан на рис. 17 (негатив).

Рис. 17

Для заданий 5 и 6 окна выглядят аналогично, с той лишь разницей, что вместо подсвеченной жёлтым цветом области с “ q = …” в них введены области задания условий эксперимента “ E = …” и “ Z = …” соответственно. Управление изменением условий опытов производится клавиатурными стрелками “®”, “”, “­” и “¯”. Выход в окно ОГЛАВЛЕНИЕ – нажатием Esc. Для помощи в управлении программой в нижней части окон заданий имеется клавиша “F1”.

Завершение работы с программой происходит через окно ОГЛАВЛЕНИЕ, выделением строки “Выход” и нажатием Enter (щелчок ЛКМ), после чего появляется окно выхода c предложением ввести с клавиатуры “Y” (Yes) для завершения работы с программой (“N” (No) – возврат в ОГЛАВЛЕНИЕ для продолжения работы с программой).

Поиск по сайту: