Лабораторные работы — Лабораторные работы — №9 — стр. 331

Лабораторная работа: Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям

Цель работы
Объяснить характер движения заряженных частиц, основываясь на изучении их треков в различных детекторах.

Приборы и материалы
- Фотографии треков заряженных частиц, полученных в камере Вильсона, пузырьковой камере и фотоэмульсии.

Ход работы

1. Задание 1: Треки частиц в магнитном поле
На двух из трёх представленных фотографий изображены треки частиц, движущихся в магнитном поле.
- Изучив фотографии, можно определить, что трек в магнитном поле будет искривлённым. Это связано с действием силы Лоренца на движущиеся заряженные частицы, что вызывает изменение направления их движения.
- Треки, на которых наблюдается заметное искривление, скорее всего, принадлежат частицам, движущимся в магнитном поле.

2. Задание 2: Треки α-частиц в камере Вильсона
На рисунке 218 (а) изображены треки α-частиц, движущихся в камере Вильсона. Ответим на вопросы:

а) В каком направлении двигались α-частицы?
- Из анализа треков можно увидеть, что α-частицы движутся по прямой, с постепенным увеличением толщины трека. Это указывает на то, что они замедляются, а значит, в направлении движения частицы теряют скорость, взаимодействуя с молекулами газа.

б) Длина треков α-частиц примерно одинакова. О чём это говорит?
- Длина треков одинаковая, что говорит о том, что все α-частицы имели примерно одинаковую энергию и, следовательно, скорость на момент начала движения в камере. Это также может указывать на однородность условий эксперимента.

в) Как менялась толщина трека по мере движения частиц? Что из этого следует?
- Толщина трека возрастает по мере уменьшения скорости частиц. Это связано с тем, что с уменьшением скорости частица взаимодействует с атомами среды более интенсивно, и образует более толстый след.

3. Задание 3: Треки α-частиц в магнитном поле
На рисунке 218 (б) изображены треки α-частиц в камере Вильсона, находившейся в магнитном поле. Рассмотрим несколько аспектов:

а) Почему менялись радиус кривизны и толщина треков по мере движения α-частиц?
- Радиус кривизны трека уменьшался по мере уменьшения скорости частицы, что связано с её взаимодействием с атомами среды, из-за чего она теряла энергию и замедлялась. Толщина трека менялась по той же причине — частота взаимодействий увеличивалась с уменьшением скорости частицы.

б) В какую сторону двигались частицы?
- По направлению искривления трека можно определить, что частицы двигались от положительного заряда к отрицательному, так как заряд α-частицы положительный и её траектория будет искривляться в противоположную сторону по отношению к полю.

4. Задание 4: Трек электрона в пузырьковой камере
На рисунке 218 (в) изображён трек электрона в пузырьковой камере, находившейся в магнитном поле. Рассмотрим следующие моменты:

а) Почему трек имеет форму спирали?
- Трек электрона имеет форму спирали, потому что магнитное поле оказывает на движущуюся частицу силу, направленную перпендикулярно её скорости. Это приводит к отклонению траектории электрона по спирали, причём радиус спирали зависит от его массы, заряда и скорости.

б) В каком направлении двигался электрон?
- Направление движения электрона можно определить по искривлению траектории. Так как электрон имеет отрицательный заряд, его движение будет искривляться в сторону, противоположную направлению поля.

в) Что могло послужить причиной того, что трек электрона гораздо длиннее, чем треки α-частиц?
- Электрон имеет значительно меньшую массу по сравнению с α-частицей, что приводит к большему отклонению его траектории при взаимодействии с магнитным полем. Также меньшая масса означает, что электрон будет двигаться быстрее, а следовательно, его трек будет длиннее, поскольку он быстрее проходит через камеру.

Выводы
1. Движение частиц в магнитном поле
- Заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, образуют искривлённые треки, радиус кривизны которых зависит от их скорости, заряда и массы.
2. Треки α-частиц
- Треки α-частиц в камере Вильсона показывают увеличение толщины по мере замедления частиц, а также зависимость радиуса кривизны от их скорости в магнитном поле.
3. Трек электрона
- Трек электрона в магнитном поле имеет форму спирали, и он длиннее, чем трек α-частиц, что связано с меньшей массой электрона.