Особенности модельного эксперимента

В предлагаемой лабораторной работе производится компьютерное моделирование упругого рассеяния -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 v₀ (энергию -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 “” 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 “” и “” предназначены для изменения угла регистрации рассеяния -частиц (угол  в данной программе, соответствует углу  в нашем описании теории опыта). Заданный угол отображается верхним (из двух нижних) зелёным четырехразрядным индикатором. Запуск эксперимента с данным углом рассеяния  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() 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 -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 : I()”, “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 “ = …” 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).