скачать doc
Лабораторная работа «Изучение треков заряженных частиц»
Цель работы: получить экспериментальные навыки в чтении фотографий движения заряженных частиц, сфотографированных в камере Вильсона.
Приборы и материалы: фотографии треков, прозрачная бумага (калька) или копировальная бумага, угольник, циркуль или лекало, карандаш.
Треки заряженных частиц в камере Вильсона представляют собой цепочки микроскопических капелек жидкости (воды или спирта), образовавшиеся вследствие конденсации пересыщенного пара этой жидкости на ионах. Длина трека зависит от начальной энергии заряженной частицы и плотности окружающей среды. Толщина трека зависит от заряда и скорости частицы: она тем больше, чем больше заряд частицы и чем меньше её скорость. При движении заряженной частицы в магнитном поле трек её получается искривлённым. По изменению радиуса кривизны трека можно определить направление движения заряженной частицы и изменение её скорости.
Н
а фотографии видны треки частиц, движущихся в магнитном поле индукцией В = 2,2 Тл. Вектор индукции магнитного поля перпендикулярен плоскости фотографии. Нижний трек принадлежит протону, имеющему начальную энергию 1,6 МэВ.Порядок выполнения работы
1. С помощью кальки или копировальной бумаги перечертите треки частиц и масштаб фотографии.
2. Определите направление движения частиц и направление силовых линий магнитного поля. Объясните, почему трек протона к концу пробега становится толще.
3. По величине энергии протона вычислите отношение его полной массы к массе покоя и покажите, что изменением массы следует пренебречь.
4. Зная, что верхний трек принадлежит частице, имеющей одинаковую с протоном начальную скорость, определите отношение заряда к массе для этой частицы. Какой частице принадлежит этот трек? Почему он толще трека протона?
5. Вычислите начальную энергию частицы, оставившей верхний след.
Дополнительные задания
1
. Фотографии треков заряженных частиц, полученных в камере Вильсона.
В какую сторону двигались α-частицы?
Почему треки α-частиц искривлены?
Как был направлен вектор магнитной индукции?
Почему меняется радиус кривизны и толщина треков α-частиц к концу их пробега?
2. Фотографии треков заряженных частиц, полученных в пузырьковой камере.
Почему трек электрона имеет форму спирали?
В каком направлении двигался электрон?
Как был направлен вектор магнитной индукции?
Фотографии треков заряженных частиц, полученных в фотоэмульсии
Почему трек ядер имеет разную толщину?
Какой трек принадлежит ядру атома магния, кальция, железа?
Какой вывод можно сделать из сравнения толщины треков ядер атомов различных элементов?
Чем отличаются треки частиц, полученные в фотоэмульсии, от треков частиц в камере Вильсона и пузырьковой камере?
Ответы
ЛР
2. Частицы движутся снизу вверх. Силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно плоскости рисунка на читателя.
3. Энергия протона Ep = 939,8 МэВ. Отношение γ = 939,8/938,2 = 1,002.
4
. Начальная скорость протона. Из уравнения движения заряженных частиц в магнитном поле: q /m =
/(BR) = ½ ·qр /mр= 0,48·108кл/кг.5. Eα=4 Ep=6,4МэВ
Дополнительные задания
1. 1. Cверху вниз. 2. Камера Вильсона находится в магнитном поле. 3. Перпендикулярно фотографии сверху вниз. 4. Уменьшалась скорость
-частиц.2. 1. Потому что он двигался в магнитном поле с убывающей скоростью. 2. От внешнего витка спирали к её центру. 3. Перпендикулярно фотографии сверху вниз.
3. 1. Не одинаковы заряды ядер. 2. Левый трек принадлежит ядру атома магния, средний – ядру кальций, правый – ядру железа. 3. Толщина трека тем больше, чем больше заряд ядра атома. 4. Треки частиц в фотоэмульсии короче и толще и имеют неровные края.