Володько Н.В. Внеклассное мероприятие «В мире элементарных частиц»

Ведущий 1. Каждую весну в мире происходит обыкновенное чудо: голые ветки внезапно оживают. Пройдет несколько дней, и на них зазеленеют клейкие весенние листочки. Немного больше времени занимает превращение неповоротливой, толстой гусеницы в изящную бабочку. За три десятка лет маленький мальчик становится солидным мужчиной.

Ведущий 2. Сухая палка в костре исчезнет за несколько минут, оставив кучу золы, а аккуратные чистые тетради за несколько дней или недель становятся потрепанными фолиантами. С течением времени в какой-то мере меняется наш мозг — он больше знает и умеет.

Ведущий 1. Превращения — вот главное, что происходит вокруг нас и с самими нами. Одни превращения, такие, как взрыв бомбы, длятся мгновения, другие же, такие, как формирование Земли и образование планет и звезд, длятся многие тысячи или даже миллионы и миллиарды лет.

Ведущий 2. Из превращений состоит наша жизнь, и жизнь Вселенной почти полностью сводится к созданию все новых и новых комбинаций.

Выходит ученик, на котором табличка «вещество» и говорит: «Я то, из чего состоят все тела. Я могу быть деревом, железом, пластмассой, нефтью, керосином и бензином и даже газом». («Вещество» уходит.)

Выходят еще два ученика с табличками «молекула».

Ведущий 1 (ведет разговор с «молекулами»). Ваше имя?

Ученики оба. Молекулы.

Ведущий 1. Фамилия?

Ученики. Вещественные.

Ведущий 1. Характер?

Ученики. Беспорядочный.

Ведущий 1. Взаимодействие с соседями?

Ученики. Двойственное — симпатия (притяжение) и антипатия (отталкивание).

Ведущий 1. Место жительства?

Ученики. Города — твердое тело — прописка постоянная; жидкость — прописка временная; газ — бомж (без определенного места жительства).

«Молекулы» уходят.

Выходят ученики с табличками: атомы О, С, Fe, Au.

Атом углерода (С). Вместе с розой, вечерней зарей и прочими лирическими атрибутами уже много столетий верой и правдой служит поэтам алмаз. Отшлифованный и ограненный венчал алмаз короны королей и блистал бриллиантовой россыпью в украшениях первых красавиц. Но однажды ученые нашли способ сжечь алмаз, и он сгорел, превратился в самый тривиальный СO₂. Так пришел конец мистики. Позднее было доказано, что алмаз — это углерод.

Вот видите, значит, без меня не было бы такого драгоценного вещества, как алмаз. Другая аллотропическая модификация меня ·— это графит. Я в виде алмаза король драгоценностей, король твердости. Нет на Земле вещества тверже алмаза. Это свойство снискало мне всеобщую славу и признание. Я — в виде алмаза инертен — это еще одно ценное свойство. Но беда в том, что алмаз необычайно редкий. На 1 тонну руды — 0,5-1 г алмаза. Есть я в Африке, Бразилии и недавно нашли в Якутии. Но люди получили алмазы искусственным способом.

А не будь графита, как бы вы рисовали, даже читать не могли бы, так как не было бы типографской краски. Я символ органической жизни на Земле. Я не против соединиться с О и Hи образовать белковые вещества, все живое вокруг вас содержит углерод. Я дружу с водородом в каучуке, с кислородом в углекислом газе, с кремнием в силиконах. Ох, тяжело было бы без меня.

Атом железа (Fe). О происхождении названия ученые спорят до сих пор, так как не знают, когда и кем я открыто. Я известно с глубокой древности. В свободном виде я встречаюсь только в метеоритах (самый большой метеорит весом 60 т, упавший на Землю в Африке, найден в 1920 году), а так я соединяюсь и дружу с другими атомами. Так как я в свободном виде не могу существовать, то и в обыденной жизни используюсь в виде сплавов чугуна и стали и ковкого железа — это в дружбе с углеродом. Но без меня жили бы вы в каменном веке. Без меня не было бы посуды, домов, гвоздей. Ох, и трудно бы было.

Я очень недоволен кислородом, так как чуть не каждая десятая средняя доменная печь работает только на «ржавчину» — оксид железа. Тут вода мне вредит, если бы воздух был сухой, то я был бы не ржавым, а влажный воздух — мой враг.

Я главный металл нашего времени. В самом начале нашей эры у африканских народов железо стоило в 10 раз дороже золота.

В земной коре железо занимает 4-е место после О, Si, Al.

В чистом виде, я — блестящий серебристо-белый металл, но я очень важный не только в промышленности, но и в жизни.

Цвет вашей крови определяется мною. А гемоглобин у Вас хорош? Если нет, то не хватает меня.

Железо — металл войны, но важнейший металл мирной техники. Я не только на Земле, но и на Луне есть и причем в чистом виде. Я умею намагничиваться и притягиваться.

Атом золота (Au). Ой, ой как бы бледно выглядели все, если бы не было украшений. Я всегда сверкаю, сияю и отливаюсь на Солнце. Из-за меня люди часто воевали друг с другом.

Атом кислорода (О). Ах, если не хватает Au, жить можно, а если меня не хватает, то как трудно дышать людям. Я без вкуса, без запаха.

Ведущий 2. Хватит спорить и хвалить себя. Все вы важные атомы, а их около 107; из них можно составить много, много молекул, а из молекул — вещества с различными свойствами.

Все атомы уходят со сцены.

Выходит ученик с табличкой «Атом».

Появляются два ученика — один из них с табличкой «ядро», а другой — «электрон».

Ведущий 2 (спрашивает у них). Откуда Вы?

Ядро и электрон (оба отвечают). Из атома (электрон все время вращается вокруг ядра — играет музыка).

Ведущий 2. Что ты все кружишься?

Электрон. Если я перестану кружиться, то упаду на ядро, и атом исчезнет.

Ведущий 2. А все-таки, если покинешь атом, то что произойдет?

Электрон. Для этого нужно двигаться с большой скоростью. Посвети на меня лучом света, и я покину атом.

Ведущий 1 (обращается к электрону). Расскажи о себе.

Электрон. Никакая я не волна, никакая я не частица, я — электрон.

У меня есть характер и присущие мне свойства инерционные. Накопленный мною запас энергии характеризуется массой. А она равна 9∙10^–31кг. Взаимодействие с электромагнитными полями характеризуется зарядом 1,6∙10^-17 Кл. У меня есть собственный момент количества движения и собственный магнитный момент μ_э.

Ведущий 1. А какие у вас взаимоотношения с ядром в атоме?

Электрон. Симпатия, я же притягиваюсь к нему. Но я хочу сказать: если я буду двигаться со скоростью, близкой к скорости света, то у меня масса изменится:  (в это время луч света падает на электрон и он удаляется).

Ведущий 1. А Вы, уважаемое ядро, что стоите как вкопанное?

Ядро. Да я жду толчка и очень мощного. (В это время раздается музыка, подобная взрыву, и из ядра выходят протон и нейтрон, и ядро удаляется.)

Протон (р). Я больше по массе электрона в 1836 раз, а заряд такой, как у электрона, но только имею положительный заряд. Я устойчивая частица, но все-таки в ядре могу превратиться в нейтрон. Размеры мои малы — радиус равен 10^–13 см. Плотность моя в центре больше, а к периферии плавно спадает. Я всегда нахожусь по соседству с нейтроном, и между нами существует взаимодействие, в 100 раз большее электромагнитного. Это самые мощные силы, которыми располагает природа, но эти силы особенные, так как они действуют только на расстоянии очень малом — 10^–12-10^–13 см. Почему я стабилен, да только из-за ограничений, связанных с необходимостью выполнения законов сохранения. Других причин нет или их просто не знаем.

В разговор вступает нейтрон.

Нейтрон. Я тоже нахожусь в ядре. Фредерик Жолио и Ирен Кюри доказали мое существование. Я спокойно преодолеваю все защитные линии атома и внешнюю электронную оболочку. Я с удовольствием отбрасываю в стороны a-частицы. Из-за того, что я не имею заряда, любое вещество для меня становится как бы «прозрачным».

Ведущий 1. А мне кажется, что тебя открыл Чедвик. И в 1932 году советский ученый Иваненко и немецкий Гейзенберг предложили новую модель строения ядра атома. Ядро состоит из протона и нейтрона. А хочется задать вопрос: долго ли ты находишься на свободе?

Нейтрон. О!! Я же если нахожусь вне атома, то радиоактивен и на свободе пребываю около 11,7 мин. Я чуть-чуть тяжелее протона, а радиус такой же, как у протона. Я удивительно легко проникаю через толстую стальную броню, но не в состоянии преодолеть даже тоненький слой кадмия.

Ведущий 2. Как вы объясняете такую «странность»?

Нейтрон. Если я начну чуть медленнее двигаться, то меня тут же захватывают (кадмий, бор, гафний и другие элементы). Я же сказал: я радиоактивен, при этом я распадаюсь на электроны и нейтрино.

Выбегает нейтрино и все время двигается.

Нейтрино. Швейцарский физик Паули меня открыл. Он увидел, что я — единственная частица, способная участвовать в слабых взаимодействиях. Но я же имею массу покоя равную 0. Значит, нейтрино покоящихся нет, поэтому я всегда двигаюсь со скоростью света. Для меня земной шар прозрачен, лишь одно из 10¹⁰ нейтрино, проходящих через центр Земли, имеет некоторую вероятность прореагировать с другой частицей. А вот железная стена толщиной более 150 млн км проглотила бы нейтрино с энергией порядка 10⁹ электрон-вольт. Но все-таки меня обнаружили на Земле.

Ведущий 2. Нейтрино-неуловимая была открыта в 1956 году экспериментально, по-русски означает нейтрончик — так назвал ее Ферми.

На сцене появляются Пи-мезоны (П⁺, П^–, П⁰).

П-мезоны отвечают хором: «Мы были открыты лишь в 1947 году, а предсказал нас в 1935 году японский физик Юкава. Назвали нас П-мезонами или пионами.

П⁰. Я нейтральный, т = 264,1 электронной массы, мною обмениваются протоны и нейтроны.

П⁺. Я положительный, меня отдают только протоны, а поглощают только нейтроны.

П^–. Я отрицательный, меня испускают нейтроны, а поглощают протоны.

П⁺, П^–. Оба мы имеем одинаковую массу, равную 273,1 электронных масс.

П⁰. Я живу мало, t= 0,8∙10^–16 с.

П⁺, П^–. А мы, t=2,6∙10^–8с.

Все П-мезоны. И все мы активно участвуем в ядерных взаимодействиях.

μ(мезон). Я мю-мезон, μ= 206,7 электронных масс, t = 2,2∙10^-6c. Имею отрицательный заряд и античастицу μ⁺. Я немного являюсь родственником П-мезонам, но я не участвую в сильных взаимодействиях.

Ведущий 1. Неизменных частиц нет совсем. Сейчас точно не известно, какие частицы заслуживают в действительности названия элементарных.

Ведущий 2. Можно сказать, что в слове «элементарная» заключена восхитительная двусмысленность. С одной стороны, элементарный — это само собой разумеющийся, простейший. «Это элементарно» — любил восклицать мистер Шерлок Холмс, обращаясь к доктору Ватсону.

Ведущий 1. С другой стороны, под элементарным понимается нечто настолько фундаментальное, что оно вообще пока никем не понято. Именно в этом смысле сейчас и называют субатомные частицы элементарными.

В 1900 году Планк показал, что излучение света происходит отдельными порциями — квантами.

Появляется фотон и все время прыгает и бегает.

Ведущий 2. Что ты все прыгаешь?

Фотон. Да потому, что я исчезну, если не буду двигаться, у меня нет массы покоя. И я не подчиняюсь законам Ньютона. Меня нельзя ни ускорить, ни замедлить, и никакие силы на меня не действуют.

Ведущий 2. Так какая твоя роль?

Фотон. Что ты, я важная частица, а роль моя — перенос электромагнитных взаимодействий. Я участвую и в слабых взаимодействиях. Без меня атомы распались бы на электроны и ядро.

Фотон. Я порция света, я квант, обладающий энергией, импульсом, значит, я частица, имею частоту и длину, значит, волна. Я никогда не делюсь ни на что, целиком поглощаюсь, отражаюсь, испускаюсь, преломляюсь.

Ведущий 1. Давайте вспомним тех, кто работал в области атомного строения. Демокрит, Томсон, Резерфорд, Ломоносов. Ленард, Перрен, Бор, Мария Склодовская-Кюри, Чедвик, Гейгер, Ган, Планк, Гейзенберг, Дирак, Ландау, Ферми, Иваненко, Тамм, Франк, Черенков, Иоффе, Милликен.

Ведущий 2. Наука идет вперед. Идет очень быстро. Помните, друзья — новый шаг в науке делает тот, кто ценой любых личных жертв совершает непрерывные и незаметные для окружающих подвиги. Без научных знаний большинства людей технический прогресс немыслим. Мы начали свой вечер с превращений и убедились, что самостоятельно частицы долго не существуют, они все время двигаются и образуют новые вещества.

Ведущий 1. Если бы частицы все были упакованы вплотную друг к другу, то объем человеческого тела был бы равен не 60-70 л, а всего лишь объему кубика с ребром 0,1 мм. В наперсток можно было бы упрятать несколько тысяч человек. Атом гораздо более пуст, чем наша Солнечная система.