Лабораторна робота №11.

Вивчення треків заряджених частинок за готовими фотографіями.

Мета: ідентифікувати заряджену частинку за наслідками порівняння її треку з треком протона.

Теорія. 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. 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. Траєкторії частинок є дугами кола тому, що сила Лоренца завжди спрямована перпендикулярно швидкості частинки і, отже, є доцентровою силою. Оскільки швидкість частинки зменшується, то кривизна треку буде безперервно зростати до кінця пробігу. Якщо камера Вільсона вміщена в однорідне магнітне поле, то на заряджені частинки в ній діє сила Лоренца, яка дорівнює:

F = qBν, (1)

де q – заряд частинки,

ν – швидкість, В – індукція магнітного поля. Правило лівої руки дає можливість показати, що сила Лоренца спрямована завжди перпендикулярно до швидкості частинки і, отже, є доцентровою силою:

mа = qBν, (2)

де m – маса частинки, r - радіус кривизни її треку,

а – доцентрове прискорення.

Звідси

q / m = ν / Br. (3)

Вимірявши радіус кривизни треку r і індукцію магнітного поля В, можна для частинки обчислити відношення її заряду до маси: q/m. Це відношення дає можливість визначити, що це за частинка, або, як кажуть, ідентифікувати частинку.

Радіус кривизни треку частинки визначають так: фотографію прикладають до вікна і переводять на аркуш паперу трек. Потім за допомогою циркуля визначають радіус треку на його початку (1-1,5 см). Робити це треба дуже уважно, бо трек частинки не є дугою кола, це спіраль.

Устаткування:

1. фотографії треків;

2. циркуль ( обов’язково взяти з собою!).

Порядок виконання роботи.

1. Ознайомитись з фотографією треків двох заряджених частинок – ядер легких елементів. Ядра рухалися в магнітному полі з відомою індукцією, спрямованою перпендикулярно до фотографії. Початкові швидкості всіх ядер однакові та перпендикулярні до ліній індукції поля.

2. Перенести на аркуш паперу треки І та ІІ. Виміряти радіус кривизни треку І на початку пробігу.

3. За формулою (3) визначити швидкість, з якою рухався протон. 3. Виміряти радіус кривизни треку частинки ІІ на початку її пробігу.

4. Знаючи, що початкова швидкість цієї частинки дорівнює початковій швидкості протона, обчислити для невідомої частинки за формулою (3) відношення заряду до маси q /m. За одержаним числом визначити, ядром якого елемента є ця частинка (див.плакат).

4. Визначити відносну похибку, знаючи теоретичне значення q /m .

5. Зробити висновок.