Лабораторна робота №11: “Вивчення треків заряджених частинок за готовими фотографіями”

Мета роботи: Навчитися аналізувати фотографії треків заряджених частинок.

Прилади і матеріали: фотографії треків заряджених частинок; трикутник або лінійка з ціною поділки 1 мм/под; циркуль; аркуш прозорого паперу; олівець.

Небезпечні фактори:

1. Пошкодження цілісності шкіри, ока (голкою циркуля).

Застереження:

• Різкі некоординовані рухи сприяють утворенню поранень, пошкодження поверхні шкіри та органів зору.

З правилами техніки безпеки ознайомлений (-а) ____________________

^{(підпис студента)}

Теоретичні відомості.

Метою роботи є набуття елементарних навичок у читанні фотографій руху заряджених частинок, сфотографованих у камері Вільсона, і ідентифікації зарядженої частинки за наслідками порівняння її треку з треком протона.

Щоб уміти «прочитати» фотографію треків частинок, необхідно знати, що:

1. За інших однакових умов, трек товщий у тієї ча­стинки, яка має більший заряд. Наприклад, при однако­вих швидкостях трек альфа-частинки товщий, ніж трек протона і електрона.

2. Якщо частинки мають однакові заряди, то трек товщий у тієї, яка має меншу швидкість, рухається повільніше. Звідси очевидно, що під кінець руху трек частинки товщий, ніж на початку, оскільки швидкість частинки зменшується внаслідок втрати енергії на іонізацію атомів середовища.

3. Пробіг частинки залежить від її енергії і від густини середовища.

4. Якщо камера Вільсона вміщена в магнітне поле, то на заряджені частинки в ній діє сила Лоренца, яка дорівнює (для випадку, коли швидкість частинки перпендикулярна до індукції поля):

F=ZevB,

де Ze — заряд частинки, v — швидкість і В — індукція магнітного поля. Правило лівої руки дає можливість по­казати, щ© сила Лоренца спрямована завжди перпенди­кулярно до швидкості частинки і, отже, є доцентровою силою: ZevB= , де m — маса частинки, r — радіус кривизни її треку. Звідси

Вимірявши радіус кривизни треку і індукцію магнітного поля, можна для частинки обчислити відношення її заряду до маси: . Це відношення дає можливість визначити, що це за частинка, або, як кажуть, ідентифікувати частинку, тобто встановити її ідентичність (тотожність, подібність) відомій частинці.

Радіус кривизни треку частинки визначають так. На фотографію накладають аркуш прозорого паперу і пере­водять на нього трек (це треба робити обережно, щоб не пошкодити фотографію). Як показано на малюнку, креслять дві хорди і в серединах ставлять перпендику­ляри. На перетині перпендикулярів лежить центр кола; його радіус вимірюють лінійкою.

Хід роботи:

1. Розгляньте фотографії треків, рис.1. Трек І належить протону, треки ІІ,ІІІ і IV - частинкам, які потрібно ідентифікувати. Вектор індукції магнітного поля перпендикулярний до площини фотографії і дорівнює 2,17 Тл. Початкові швидкості всіх частинок однакові і перпендикулярні до напрямку магнітного воля.

2. Накладіть на фотографію аркуш прозорого паперу і перенесіть на нього треки.

3. Для кожного треку проведіть дві хорди і в їх серединах поставте перпендикуляри. На перетині перпендикулярів лежать центри кіл.

4. Виміряйте радіуси кривизни треків частинок, перенесених на папір, на їх початкових ділянках. Поясніть, чому траєкторії частинок є дугами кіл. Яка причина різниці в кривизні траєкторій різних ядер? Пояснення запишіть у зошит.

5. Виміряйте радіуси кривизни на початку і в кінці одного з треків. Поясніть чому кривизна траєкторії кожної частинки змінюється від початку до кінця пробігу частинки?

6. Поясніть причини відмінності в товщині треків різних ядер. Чому трек кожної частинки більш товстий в кінці пробігу, ніж на початку? Пояснення запишіть в зошит.

Рис.1

7. Порівняйте питомі заряди частинки ІІІ і протона І, знаючи, що початкові швидкості частинки і протона однакові. Відношення питомих зарядів частинок обернене до відношення радіусів їх траєкторій, так як.

.

8. Ідентифікуйте частинку ІІІ за наслідками дослідження.

9. Інші треки належать ядрам дейтерія і тритія. З’ясуйте якому саме ядру належить трек ІІ і IV?

10. Зробіть висновок.