Жопа. Лабораторная работа №8 Определение импульса и энергии частицы пр. Лабораторная работа 8 Определение импульса и энергии частицы при движении в магнитном поле (по фотографиям)
 Скачать 59.34 Kb.
|
|
Лабораторная работа №8 Определение импульса и энергии частицы при движении в магнитном поле (по фотографиям). Цель работы: получить элементарные навыки в чтении фотографий движения заряженных частиц, сфотографированных в камере Вильсона. Оборудование: фотографии треков заряженных частиц, прозрачная бумага, линейка. Теоретические обоснования 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 герметически закрытый сосуд, заполненный парами воды или спирта, близкими к насыщению. При резком отпускании поршня пар в камере адиабатически расширяется. Вследствие этого происходит охлаждение и пар становится перенасыщенным. Это неустойчивое состояние пара и пар легко конденсируется при появлении центров конденсации. Центрами конденсации становятся ионы, которые образуются в рабочем пространстве камеры в результате пролета через пространство камеры элементарной частицы. Если частица проникает в камеру непосредственно перед расширением или сразу после него, то на ее пути возникают капельки жидкости. Эти капельки образуют видимый след пролетевшей частицы – трек. Треки дают богатую информацию о частице: треки показывают траекторию движения заряженной частицы; трек толще у той частицы, которая имеет больший заряд; 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; длина трека зависит от начальной энергии заряженной частицы и плотности окружающей среды: она тем больше, чем больше энергия частицы и чем меньше плотность среды. Если камера Вильсона помещена в магнитное поле, линии магнитной индукции которого перпендикулярны плоскости камеры, то траектория движения частицы искривляется под действием силы Лоренца.  (1) (2)Используя выражение для силы Лоренца и II закон Ньютона (формулы 1 и 2) можно определить радиус кривизны трека частицы:  (3)Выразив из формулы 3 скорость и подставив ее в формулу кинетической энергии, получаем формулу 4:  (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. Отклонение 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; по тому, в какую сторону искривляется трек, можно определить знак заряда частицы (если известно направление магнитной индукции); измерив радиус кривизны трека и зная другие величины, можно вычислить для частицы отношение ее заряда к массе:  . Это отношение служит важнейшей характеристикой частицы и позволяет идентифицировать частицу.Направление вектора магнитной индукции определяют, пользуясь правилом левой руки: 1) четыре вытянутых пальца левой руки нужно расположить по направлению движения положительно заряженной (против направления движения отрицательно заряженной) частицы; 2) отогнутый на 900 большой палец – по направлению силы Лоренца (она направлена вдоль радиуса кривизны трека к центру кривизны; 3) линии магнитной индукции будут входить в ладонь левой руки. Ход работы:
се по формуле 6:  (6)По полученному отношению определите, какая частица оставила след. Справочные данные см. в конце описания работы. Напишите название частицы в отчете, обосновав свой ответ. 5. Из формулы (3) выразите скорость и, подставив числовые данные, вычислите скорость III частицы в начале пробега. Т.к. частицу вы идентифицировали, то массу частицы можно узнать, используя справочные данные. 6. Зная скорость и массу частицы, вычислите ее импульс. 7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
8. Ответьте на контрольные вопросы: 8.1. Объясните, почему траектории частиц представляют собой дуги окружностей? 8.2. Какова причина различия в кривизне траекторий разных ядер? 8.3. Почему кривизна каждой траектории изменятся от начала к концу пробега частицы? 8.4. Объясните причины различия в толщине треков разных ядер. Почему трек каждой частицы в конце пробега толще, чем в начале его? Справочная информация
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(5)
Кл/кг
Кл/кг
Кл/кг