Цель работы: установить тождество заряженной частицы по результатам сравнения ее трека с треком протона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле.
Оборудование: фотографии треков заряженных частиц, лист кальки, угольник, линейка, карандаш.
Теоретическое обоснование.
Трек – это видимый след пролетевшей заряженной частицы. Заряженные частицы наблюдают и регистрируют с помощью камеры Вильсона.Она представляет собой герметический закрытый сосуд, заполненный парами воды или спирта, близкими к насыщению. При резком движении поршня, пар в камере адиабатически расширяется. Вследствие этого происходит охлаждение и пар становится перенасыщенным. Если через камеру в это время пролетает заряженная частица, ионизирующая на своем пути молекулы воздуха, то на цепочке ионов происходит конденсация паров и траектория движения частицы внутри камеры получается отмеченной нитью тумана, т.е. становится видимой.
Вид траектории на фотографии часто позволяет судить о природе частицы и величине ее энергии.
|
|
Работа проводится с готовой фотографией треков двух заряженных частиц (один принадлежит протону, другой – частице, которую надо идентифицировать). Линии индукции магнитного поля перпендикулярны плоскости фотографии. Начальные скорости обеих частиц одинаковы и перпендикулярны краю фотографии.
Идентификация неизвестной частицы осуществляется путем сравнения ее удельного заряда g/m с удельным зарядом протона e/m, где
g – заряд неизвестной частицы, [ Кл],
m - масса этой частицы, [кг].
Под действием силы Лоренца заряженная частица движется по окружности радиусом R и эта сила является центростремительной.
Согласно второму закону Ньютона , или
Откуда
Для протона аналогично .Отношение удельных зарядов обратно пропорционально отношению радиусов треков: q/m: e/m = R2/R1.
Для измерения радиуса кривизны трека вычерчивают две хорды и восстанавливают к ним перпендикуляры из центров хорд (рис.2). Центр окружности лежит на пересечении этих перпендикуляров. Ее радиус измеряют линейкой.
Вопросы для самоконтроля по теории
1. Что такое трек?
2. Расскажите о методах регистрации элементарных частиц с помощью камеры Вильсона. Можно ли с помощью камеры Вильсона регистрировать незаряженные частицы?
3. Какая частица самая легкая из заряженных частиц?
Практическая работа
1. Ознакомьтесь с фотографией треков двух заряженных частиц – ядер легких элементов (рис.1). Трек I принадлежит протону, трек II –
частице, которую надо идентифицировать.
2. Определите знак электрического заряда неизвестной частицы на фотографии (рис. 1).
|
|
3. Перенесите на кальку треки частиц с фотографией и измерьте радиус R1 трека неизвестной частицы (рис. 2).
4. Аналогично измерьте радиус R2 трека протона на фотографии.
5. Сравните удельные заряды неизвестной частицы и протона
(q/m): (e/m) = R2 /R1
6. Все полученные результаты занесите в таблицу.
7. Идентифицируйте заряженную частицу.
8. Запишите вывод: что вы измеряли и какой получен результат.
Контрольные вопросы
1. Для какой цели в опыте Резерфорда применялся люминесцирующий экран? Прозрачный или непрозрачный экран был использован?
2. На чем основано действие счетчика Гейгера?
3. В чем различие камеры Вильсона и пузырьковой камеры? Какую из них следует использовать при изучении свойств частиц, обладающих большой энергией?
4. Почему летящий протон оставляет в камере Вильсона видимый след, а летящий нейтрон не оставляет?
5. Почему нейтроны называют тепловыми?
6. На что указывают «вилки», образующиеся на фотографии, полученных в камере Вильсона?