Длина трека тем больше чем

Задание 2. Исследование свойств элементарных частиц по их трекам.

Изучение треков заряженных частиц по фотографиям

Цель работы: познакомиться с методами исследования свойств элементарных частиц по фотографиям их треков.

Оборудование:фотографии треков заряженных частиц, линейка, циркуль, транспортир, лист кальки.

Введение

Треком частицы называют след, оставленный ею в среде, где она двигалась.

По виду треков определяют электрический заряд, скорость и ее направление, длину свободного пробега, энергию частицы.

Трек образуется ионами атомов той среды, через которую движется частица. Его толщина зависит от концентрации ионов и определяется величиной заряда частицы и ее скоростью. Тол­щина трека тем больше, чем больше заряд частицы и меньше ее скорость.

При движении частицы в среде ее энергия постепенно убы­вает в основном из-за взаимодействия с атомами среды. Следо­вательно, длина трека определяется энергией частицы. При про­чих равных условиях трек тем длиннее, чем большей энергией обладала частица в начальный момент своего движения.

При движении частицы в магнитном поле на нее со стороны поля действует сила Лоренца, которая зависит от величины ее заряда, скорости, индукции магнитного поля и угла между направлениями вектора ско­рости и вектора индукции магнитного поля:

Эта сила сообщает частице центростремительное ускорение . По второму закону Ньютона

,

где m — масса частицы; R — радиус ее траектории.

Для случая, когда частица движется перпендикулярно полю, α = 90°, sin α = 1, и тогда

Зная радиус трека, модуль и направление индукции магнит­ного поля и скорости, определяют знак заряда частицы и вычис­ляют ее удельный заряд (отношение заряда к массе). Для этого сравнивают треки исследуемой частицы и той, для которой известен удельный заряд. Воспользовавшись формулой (2) и записав ее для одной и другой частицы, получим:

и

Если скорости частиц одинаковы (v₁ = v₂), то

(3)

Радиус трека определяют по длинам его хорды L и отрезка между окружностью и хордой Н:

(4)

Связь между хордой окружности и радиусом можно полу­чить, если к центру хорды восставить перпендикуляр и продол­жить его до пересечения с окруж­ностью (рис.).

При выводе фор­мулы (4) учитывалось, что радиус, проведенный через центр хорды, обра­зует с ней прямой угол, и использова­лась теорема Пифагора.

Изменение радиуса кривизны тре­ка указывает, в каком направлении двигалась частица и как менялась ее скорость. Радиус кривизны трека больше на его начальном участ­ке; по мере уменьшения скорости он уменьшается.

Ход работы

Задание 1. Исследование особенностей взаимодействия заря­женных частиц по виду их треков.

На рисунке показана фотография треков, оставленных при рассеивании α-частиц на ядрах атомов газа. Треки α-частиц по­лучены в камере Вильсона. Перед опытом камеру заполнили парами хлора. Поток частиц был направлен справа налево. Одна из частиц в результате взаимодействия с ядром атома хлора откло­нилась на значительный угол относительно начального направ­ления движения. На фотографии хорошо виден трек α-частицы до и после рассеивания, а также короткий и относительно более широкий трек самого ядра.

Рассмотрите фотографию, найдите на ней место, где зафик­сировано рассеивание α-частицы, и ответьте на следующие во­просы.

1. На какой примерно угол была отклонена α-частица?

2. Какую часть пути α-частице удалось пройти до взаимодей­ствия с ядром хлора?

3. Каким количеством α-частиц были образованы треки? Ка­кое их количество было отклонено ядрами атомов газа? Какова (ориентировочно) вероятность рассеивания частиц в условиях опыта? Как ее повысить?

4. Можно ли считать, что α-частицы имели примерно одина­ковую энергию?

5. Какая особенность трека позволяет считать, что рассеива­ние произошло практически без потери энергии?

6. При описании столкновения тел в физике применяют тер­мины «упругий удар» и «неупругий удар». К какому типу столк­новений относится зафиксированное рассеивание α-частицы на ядре хлора?

7. Была ли направлена скорость частицы до рассеивания точ­но на центр ядра?

8. Каким физическим законом определяется взаимная ори­ентация треков α-частицы и ядра отдачи?

9. Сравнивая толщину треков ядра хлора и α-частицы, мож­но ли утверждать, что ионизирующая способность заряженной частицы зависит от ее заряда?

10. Можно ли утверждать, что в момент съемки в камере Вильсона существовало магнитное поле?

Задание 2. Исследование свойств элементарных частиц по их трекам.

На рис. 49 показаны три смонтированные фотографии тре­ков заряженных частиц, сделанные в камере Вильсона. Камера находилась в однородном магнитном поле с магнитной индук­цией В=2,2 Тл. Первый трек оставлен α-частицей, второй — ядром изотопа водорода дейтерия ( ), третий — неизвестной час­тицей.

Начальная скорость всех частиц была направлена снизу вверх. По виду треков необходимо установить знак заряда неиз­вестной частицы и его отношение к массе частицы, а также оце­нить значения ее скорости и энергии в начале и конце пути.

1. По виду трека α-частицы укажите, как было направлено магнитное поле в камере Вильсона.

2. По виду трека неизвестной частицы с учетом направлений ее скорости и магнитного поля определите знак ее заряда.

3. Скопируйте на кальку треки частиц.

4. Измерьте радиусы первой половины треков α-частицы и неизвестной частицы. При измерении радиусов необходимо учесть масштаб снимка, указанный на рисунке.

5. Зная структуру α-частицы, вычислите отношение ее заряда к массе.

6. Вычислите по формуле (3) отношение заряда к массе неиз­вестной частицы.

7. Укажите, какая из известных вам элементарных частиц имеет аналогичные характеристики.

8. Вычислите скорость и энергию этой частицы в начале ее движения в камере.

9. Измерьте радиус трека частицы в конце ее пути.

10. Вычислите ее скорость на этом отрезке и укажите, как она изменилась за время движения частицы в камере.

11. Обратите внимание на изменение толщины трека и сде­лайте вывод о связи ионизирующей способности частицы со скоростью ее движения.

Дополнительные задания

1. Измерьте радиус трека ядра дейтерия (см. рис.).

2. По структуре ядра дейтерия определите его удельный заряд.

3. Оцените ширину трека дейтерия. Зная структуру его ядра, оцените размер этой частицы, сопоставьте его с шириной трека и сделайте вывод о том, можно ли отождествлять понятия «траектория движения частицы» и «трек частицы».

Источник

Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям

Цель работы

Объяснить характер движения заряженных частиц.

Оборудование

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

Пояснения

При выполнении данной лабораторной работы следует помнить, что:

а) длина трека тем больше, чем больше энергия частицы и чем меньше плотность среды;
б) толщина трека тем больше, чем больше заряд частицы и чем меньше её скорость;
в) при движении заряженной частицы в магнитном поле трек её получается искривлённым, причём радиус кривизны трека тем больше, чем больше масса и скорость частицы и чем меньше её заряд и модуль индукции магнитного поля;
г) частица двигалась от конца трека с большим радиусом кривизны к концу с меньшим радиусом кривизны (радиус кривизны по мере движения уменьшается, так как из-за сопротивления среды уменьшается скорость частицы).

Задание 1

На двух из трёх представленных вам фотографий (рис. 202) изображены треки частиц, движущихся в магнитном поле. Укажите на каких. Ответ обоснуйте.

Задание 2

Рассмотрите фотографию треков α-частиц, двигавшихся в камере Вильсона (рис. 202, а), и ответьте на вопросы.

а) В каком направлении двигались α-частицы?
б) Длина треков α-частиц примерно одинакова. О чём это говорит?
в) Как менялась толщина трека по мере движения частиц? Что из этого следует?

Задание 3

На рисунке 202, (б) дана фотография треков а-частиц в камере Вильсона, находившейся в магнитном поле. Определите по этой фотографии:

а) почему менялись радиус кривизны и толщина треков по мере движения α-частиц;
б) в какую сторону двигались частицы.

Задание 4

На рисунке 202, в дана фотография трека электрона в пузырьковой камере, находившейся в магнитном поле. Определите по этой фотографии:

а) почему трек имеет форму спирали;
б) в каком направлении двигался электрон;
в) что могло послужить причиной того, что трек электрона на рисунке 202, в гораздо длиннее треков α-частиц на рисунке 202, б.

Источник

Лабораторная работа «Изучение треков заряженных частиц».

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

бюджетное профессиональное образовательное учреждение Вологодской области «Череповецкий металлургический колледж имени академика И.П. Бардина»

Для всех специальностей

Изучение треков заряженных частиц

Методические рекомендации и лабораторная работа по дисциплине «Физика» для студентов I курса

Разработчик Изотова Е.А.,

на заседании цикловой комиссии

«Математические и естественнонаучные дисциплины»

Теоретические сведения и методические рекомендации по выполнению лабораторной работы ………………………………………………………..

Ход выполнения лабораторной работы ……………………………………

Рекомендации по оформлению отчета по лабораторной работе ……….

Изучение треков заряженных частиц

Цель работы

Получить элементарные навыки в чтении фотографий движения заряженных частиц, сфотографированных в камере Вильсона.

лабораторное оборудование: фотографии треков заряженных частиц, прозрачная бумага, линейка;

методические рекомендации по выполнению лабораторной работы, учебник, калькулятор.

Теоретические сведения и методические рекомендации по выполнению лабораторной работы

В начале ХХ века были разработаны методы исследования явлений атомной физики и созданы приборы, позволившие не только выяснить основные вопросы строения атомов, но и наблюдать превращения химических элементов. В 1911 г. английский ученый Ч. Вильсон построил прибор, с помощью которого можно видеть и фотографировать траектории заряженных частиц. Этот прибор можно назвать «окном» в микромир, т.е. мир элементарных частиц и состоящих из них систем. Камера Вильсона представляет собой геометрически закрытый сосуд, заполненный парами воды или спирта близкими к насыщению.

Треки дают богатую информацию о частице:

трек толще у той частицы, которая имеет больший заряд;

треки показывают траекторию движения заряженной частицы.

если частицы имеют одинаковые заряды, то трек толще у той, которая имеет меньшую скорость. Отсюда очевидно, что к концу движения трек частицы толще, чем в начале, так как скорость частицы уменьшается вследствие потери энергии на ионизацию атомов среды;

пробег частицы зависит от ее энергии и плотности среды.

треки заряженных частиц в камере Вильсона представляют собой цепочки микроскопических капелек жидкости (воды или спирта), образовавшиеся вследствие конденсации пересыщенного пара этой жидкости на ионах, расположенных вдоль траектории заряженной частицы; в пузырьковой камере – цепочки микроскопических пузырьков пара перегретой жидкости, образовавшихся на ионах; в фотоэмульсии – цепочки зерен металлического серебра, образовавшиеся на ионах.

длина трека зависит от начальной энергии заряженной частицы и плотности окружающей среды: она тем больше, чем больше энергия частицы и чем меньше плотность среды.

толщина трека зависит от заряда и скорости частицы: она тем больше, чем больше заряд частицы и чем меньше ее скорость.

при движении частицы в магнитном поле трек ее получается искривленным.радиус кривизны трека зависит от массы, заряда, скорости частицы и модуля индукции магнитного поля: он тем больше, чем больше масса и скорость частицы и чем меньше ее заряд и модуль индукции магнитного поля.

по изменению радиуса кривизны трека можно определить направление движения частицы и изменение ее скорости: начало ее движения и скорость больше там, где больше радиус кривизны трека.

треки частиц в фотоэмульсии короче и толще, чем треки в камере вильсона и пузырьковой камере, и имеют неровные края.

Если камера Вильсона помещена в магнитное поле, то на движущиеся в ней заряженные частицы действует сила Лоренца:

Используя формулы 1 и 2 можно определить радиус кривизны трека частицы:

Если частица имеет скорость много меньше скорости света, то кинетическая энергия определяется по формуле 4:

Из полученных формул можно сделать выводы, которые можно использовать для анализа фотографий треков частиц:

радиус кривизны трека зависит от массы, скорости, заряда частицы. Радиус тем меньше, чем меньше масса и скорость частицы и чем больше ее заряд, отклонения от прямолинейного движения больше в том случае, когда энергия частицы меньше;

так как скорость частицы к концу пробега уменьшается, то уменьшается и радиус кривизны трека. По изменению радиуса кривизны можно определить направление движение частицы, начало ее движения там, где кривизна трека меньше;

эти отношения служат важнейшей характеристикой частицы, и позволяют идентифицировать частицу, т.е. установить идентичность известной частицы;

4.1 По фотографии заряженных частиц ( рисунок 1) определить радиусы треков I в начале и в конце его и III в начале трека.

4.2 Ответить на систему вопросов к трекам частиц по рисунку 1.

Ход выполнения лабораторной работы

5.3 Объясните почему траектории частиц представляют собой дуги окружностей?

5.4 Какова причина различия в кривизне траекторий разных ядер?

5.5 Почему кривизна каждой траектории изменятся от начал а к концу пробега частицы?

5.6 Объясните причины различия в толщине треков разных ядер. Почему трек каждой частицы толще в конце пробега, чем в начале его?

5.7 Измерьте радиусы кривизны трека частицы I примерно в начале и в конце пробега.

5.8 Определите на сколько изменилась энергия частицы за время пробега по формуле 5. Известно, что частица I идентифицирована, как протон:

В – магнитная индукция, Кл;

q – заряд протона, Кл;

m – масса протона, кг;

Рисунок 2-Определение радиуса кривизны трека

Измерьте радиус кривизны река частицы III вначале ее пробега. Вычислите для частицы III отношение заряда к ее массе по формуле 6:

По полученному отношению определите, какая частица оставила след.

Результаты вычислений и измерений занесите в таблицу.

Таблица 1- Результаты измерений и вычислений

Радиус кривизны трека 1 частицы в начале пробега

Радиус кривизны 1частицы в конце пробега

модуль магнитной индукции

Изменение энергии 1 частицы

Отношение заряда 3 частицы к ее массе

Радиус кривизны трека 3 частицы в начале пробега

Источник

Лабораторная работа «исследование треков частиц»(9 класс)

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

1. Укажите направление движения частиц на рисунках 1,2,3 ______________________________________________

2. На каких из рисунков 1,2,3 частицы движутся в магнитном поле ________________________________________

3. На первом рисунке длина треков примерно одинакова. Почему? _________________________________________

4. Как изменяется толщина трека по мере движения частицы? Что из этого следует? __________________________

5. Почему на рис 3 трек гораздо длиннее трека на рис 2? _________________________________________________

6. На рис 4 изображены треки атомов серебра, германия и калия. Какой кому принадлежит? ___________________

7. Определите заряд частиц на рисунке 5 ______________________________________________________________

Работу выполнили: _______________________________________________________________________________________

1. Укажите направление движения частиц на рисунках 1,2,3 ______________________________________________

2. На каких из рисунков 1,2,3 частицы движутся в магнитном поле ________________________________________

3. На первом рисунке длина треков примерно одинакова. Почему? _________________________________________

4. Как изменяется толщина трека по мере движения частицы? Что из этого следует? __________________________

5. Почему на рис 3 трек гораздо длиннее трека на рис 2? _________________________________________________

6. На рис 4 изображены треки атомов теллура, цинка, натрия. Какой кому принадлежит? _____________________

7. Определите заряд частиц на рисунке 5 ______________________________________________________________

Работу выполнили: _______________________________________________________________________________________

1. Укажите направление движения частиц на рисунках 1,2,3 ______________________________________________

2. На каких из рисунков 1,2,3 частицы движутся в магнитном поле ________________________________________

3. На первом рисунке длина треков примерно одинакова. Почему? _________________________________________

4. Как изменяется толщина трека по мере движения частицы? Что из этого следует? __________________________

5. Почему на рис 3 трек гораздо длиннее трека на рис 2? _________________________________________________

6. На рис 4 в точке g распалось ядро атома урана. Почему осколки разлетелись в противоположных направлениях?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Определите заряд частиц на рисунке 5 ______________________________________________________________

Работу выполнили: _______________________________________________________________________________________

Пояснения к лабораторной работе №6 9 класс.

Ø Фотографии 1,2,3 – треки в камере Вильсона;

Ø Фотография 4 – трек в фотоэмульсии;

Ø Длина трека тем больше, чем больше энергия частицы;

Ø Длина трека тем больше, чем меньше плотность среды;

Ø Толщина трека тем больше, чем больше заряд частицы;

Ø Толщина трека тем больше, чем меньше скорость частицы;

Ø При движении частицы в магнитном поле её трек искривлён;

Ø Чем больше масса частицы, тем больше радиус кривизны трека;

Ø Чем больше скорость частицы, тем больше радиус кривизны трека;

Ø Чем меньше заряд, тем больше радиус трека;

Ø Чем слабее магнитное поле, тем больше радиус кривизны трека;

Ø Частицы движутся от участка трека с большим радиусом к участку с меньшим.

Пояснения к лабораторной работе №6 9 класс.

Ø Фотографии 1,2,3 – треки в камере Вильсона;

Ø Фотография 4 – трек в фотоэмульсии;

Ø Длина трека тем больше, чем больше энергия частицы;

Ø Длина трека тем больше, чем меньше плотность среды;

Ø Толщина трека тем больше, чем больше заряд частицы;

Ø Толщина трека тем больше, чем меньше скорость частицы;

Ø При движении частицы в магнитном поле её трек искривлён;

Ø Чем больше масса частицы, тем больше радиус кривизны трека;

Ø Чем больше скорость частицы, тем больше радиус кривизны трека;

Ø Чем меньше заряд, тем больше радиус трека;

Ø Чем слабее магнитное поле, тем больше радиус кривизны трека;

Ø Частицы движутся от участка трека с большим радиусом к участку с меньшим.

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Источник

Домашняя лабораторная работа «Изучение треков заряженных частиц»

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Лабораторная работа Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям

Методические рекомендации к выполнению работы.

Для выполнения данной работы нужно знать следующие темы: Методы регистрации заряженных частиц, Движение зарядов в магнитном поле, Радиоактивность.

Длина трека зависит от начальной энергии заряженной частицы и плотности окружающей среды: она тем больше, чем больше энергия частицы и чем меньше плотность среды.

Толщина трека зависит от заряда и скорости частицы: она тем больше, чем больше заряд частицы и чем меньше ее скорость.

При движении заряженной частицы в магнитном поле трек ее получается искривленным. Радиус кривизны зависит от массы, заряда, скорости частицы и модуля индукции магнитного поля: радиус тем больше, чем больше масса и скорость частицы и чем меньше ее заряд и модуль индукции магнитного поля.

По изменению радиуса кривизны трека можно определить направление движения частицы и изменение ее скорости: в начале движения скорость больше там, где больше радиус кривизны трека.

Лабораторная работа «Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям».

Цель работы: научиться анализировать фотографии треков заряженных частиц, фотографированных в камере Вильсона, пузырьковой камере и методом фотоэмульсии.

Оборудование: фотографии треков заряженных частиц, полученных в камере Вильсона, пузырьковой камере и на фотоэмульсии.

Порядок выполнения работы:

Рассмотрите первую фотографию (Рисунок 1). Слева на фотографии видно окошко, через которое в камеру попадают α-лучи. Светлые линии представляют собой треки (следы), оставленные αчастицами. Проанализируйте треки и ответьте на следующие вопросы:

Почему треки располагаются расходящимся пучком?

Как можно объяснить тот факт, что длина всех треков α-частиц примерно одинакова?

Почему толщина треков α-частиц к концу пробега немного увеличивается?

Почему некоторые α-частицы оставляют треки только в конце своего пробега

Проанализируйте вторую фотографию (Рисунок 2), на которой изображены треки α-частиц в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле, и ответьте на вопросы:

В какую сторону двигалась α-частица? Представьте аргументы к своему суждению.

Почему треки α-частиц искривлены?

Как был направлен вектор магнитной индукции? На чем основаны Ваши суждения?

Почему изменяются радиус кривизны и толщина треков α-частиц к концу их пробега?

Проанализируйте третью фотографию (Рисунок 3), на которой изображен трек электрона в жидководородной пузырьковой камере, помещенной в магнитное поле, и ответьте на вопросы:

Почему трек электрона имеет форму спирали?

В каком направлении двигался электрон? Представьте

аргументы к своему суждению. _{Рисунок} 3

Как был направлен вектор магнитной индукции? На чем основаны Ваши суждения?

Рассмотрите Рисунок 4. На нем изображены треки ядер атомов магния, кальция и железа в фотоэмульсии. Проанализируйте изображение треков и ответьте на следующие вопросы:

Почему треки ядер атомов имеют разную толщину?

Какой трек принадлежит ядру атома магния, кальция и железа? По какому признаку вы смогли это определить?

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?

Напишите ядерную реакцию, происходящую при бомбардировке ₁₃ 27 Al α-частицами и сопровождающуюся выбиванием протона.

Изменится ли масса частицы, ее порядковый номер при испускании γ-кванта?

Источник