Теоретичні відомості

Лабораторна робота

ДОСЛВДЖЕННЯ ТРЕКІВ ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТИНОК

ЗА ГОТОВИМИ ФОТОГРАФІЯМИ

Мета: навчитись аналізувати фотографії із зображенням треків заряджених частинок, що отримані за допомогою камери Вільсона, та ідентифікувати ц частинки.

Обладнання: фотографія треків заряджених частинок, що отримані за допомогою камери Вільсона, аркуш кальки.

Теоретичні відомості

Камера Вільсона – трековий детектор, за допомогою якого відтворюють траєкторію руху зарядженої частинки (трек). Всередині камери, що перебуває в робочому стані, зазвичай міститься повітря та перенасичені пари спирту. Заряджена частинка, потрапивши до камери, іонізує молекули повітря, на яких відбувається конденсація перенасиченої пари. Ланцюжок крапель сконденсованої пари, який виникає вдовж траєкторії руху зарядженої частинки, являє собою трек цієї частинки.

На рисунку подано фотографію треків заряджених частинок, що отримані за допомогою камери Вільсона, поміщеної в магнітне поле, вектор індукції якого напрямлений перпендикулярно до площини фотографії. Розглянемо треки частинок 1 і 2. Відомо, що початкові швидкості руху цих частинок однакові () та перпендикулярні до ліній магнітного поля.

Оскільки обидві заряджені частинки рухалися в магнітному полі, то на кожну з них з боку магнітного поля діяла сила Лоренца , модуль якої дорівнює:

(1)

де - модуль індукції магнітного поля;

і - модуль швидкості руху і модуль заряду частинки відповідно;

- кут між вектором швидкості руху частинки та вектором індукції магнітного поля ().

Під дією цієї сили частинки 1 і 2 рухаються по криволінійних траєкторіях з доцентровим прискоренням, яке визначається за формулою:

(2)

де - радіус кривизни треку частинки.

Згідно з другим законом Ньютона, сила Лоренца , що діє на заряджену частинку дорівнює добутку її маси на отримане нею з боку сили доцентрове прискорення :

(3)

З урахуванням формул (1) і (2), формулу (3) можна переписати наступним чином:

Скориставшись отриманим виразом, запишемо формули для визначення питомого заряду частинок 1 і 2:

Поділивши один вираз на другий отримаємо формулу, за якою можна визначити питомий заряд другої частинки, якщо відомий питомий заряд першої частинки і радіуси кривизни треків:

Хід роботи

1. Розгляньте фотографію треків заряджених частинок, що отримані за допомогою камери Вільсона і вкажіть напрямки початкових швидкостей руху частинок

2. Визначте знак заряду частинки 2, якщо частинка 1 ідентифікована як протон.

3. Визначте напрямок вектора індукції магнітного поля, в якому рухались частинки (скориставшись правилом лівої руки) і вкажіть його на вашому перемальованому рисунку.

4. Опишіть форму треку кожної частинки. Чому змінюється кривизна траєкторії руху частинок?

5. З’ясуйте чи відрізняється товщина треку на початку та в кінці пробігу частинки (відповідь поясніть).

6. Визначте радіуси і кривизни треків частинок 1 і 2 на початку їх пробігу. Для цього

Ø на зображенні треку накреслити дві хорди, що виходять з однієї точки – початку треку;

Ø до кожної хорди поставити серединний перпендикуляр;

Ø знайти точку перетину серединних перпендикулярів;

Ø виміряти відстань від точки перетину серединних перпендикулярів до початку треку.

7. Обчисліть питомий заряд частинки 2 якщо відомо, що частинка 1 ідентифікована як протон. Необхідні дані візьміть з нижче наведеної таблиці.

Частинка	Питомий заряд ,
Електрон
Протон
-частинка

8. Ідентифікуйте частинку 2. Визначте ядром якого елемента є ця часинка.

9. Результати вимірювань і обчислень занесіть в таблицю.

% п/п	Форма треку	Зміни товщини треку	Радіус кривизни треку , м	Знак заряду частинки	Питомий заряд ,	Назва частинки

10. Проаналізуйте результати дослідження треків заряджених частинок. Сформулюйте висновок.