Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Лабораторная работа «Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям» (11 класс)
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Физика

Лабораторная работа «Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям» (11 класс)

библиотека
материалов

Тема: Лабораторная работа «Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям»


I уровень. Теоретические сведения

При помощи камеры Вильсона наблюдают и фотографируют треки (следы) движущихся заряженных частиц. Трек частицы представляет собой цепочку из микроскопических капелек воды или спирта, образовавшихся в результате конденсации пересыщенных паров этих жидкостей  на ионах. Ионы же образуются в результате взаимодействия заряженной частицы с атомами и молекулами паров и газов, находящихся в камере.

При взаимодействии частицы с электроном атома электрон получает импульс, прямо пропорциональный заряду частицы hello_html_m5333f44c.gif и обратно пропорциональный скорости частицы. При некоторой достаточно большой величине импульса электрон отрывается от атома и последний превращается в ион. На каждой единице пути частицы образуется тем больше ионов (а, следовательно, и капелек жидкости), чем больше заряд частицы и чем меньше ее скорость. Отсюда следуют выводы, которые необходимо знать, чтобы уметь «прочесть» фотографию треков частиц:

  • При прочих равных условиях трек толще у той частицы, которая обладает большим зарядом. Например, при одинаковых скоростях трек hello_html_2e28ff68.gif-частицы толще, чем трек протона.

  • Если частицы имеют одинаковые заряды, то трек толще у той частицы, которая движется медленнее. Отсюда очевидно, что к концу движения трек частицы толще, чем в начале, т.к. скорость частицы уменьшается вследствие потери энергии на ионизацию атомов среды.

  • Для каждой частицы существует некоторое характерное расстояние, когда ее ионизирующее действие обрывается. Это расстояние называют пробегом частицы. Очевидно, пробег частицы зависит от ее энергии и плотности среды. 

Если камера Вильсона помещена в магнитное поле, то на движущиеся в ней заряженные частицы действует сила Лоренца, которая равна (для случая, когда скорость частицы перпендикулярна магнитным линиям): hello_html_m2e942f80.gif, где hello_html_m5333f44c.gif – заряд частицы;   hello_html_7a89d403.gif – скорость; hello_html_1d679a57.gif – магнитная индукция.

Правило левой руки показывает, что сила Лоренца направлена перпендикулярно скорости частицы и, следовательно, является центростремительной силой: hello_html_m1124af97.gif, где hello_html_m69679609.gif – масса частицы;   hello_html_333cd4dd.gif – радиус кривизны ее трека.

Отсюда получаем: hello_html_28d2c2dd.gif.

   Если hello_html_m2c1f42fa.gif (т.е. частица нерелятивистская), то ее кинетическая энергия равна: hello_html_m269b473a.gif.

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

  • Радиус кривизны трека зависит от массы, скорости и заряда частицы. Радиус тем меньше (т.е. кривизна трека больше), чем меньше масса и скорость частицы и чем больше ее заряд. Из соотношения между энергией частицы и кривизной ее трека видно, что 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 движения частицы: начало ее движения там, где кривизна трека меньше.

  • Измерив радиус кривизны трека и зная некоторые другие величины, можно вычислить для частицы отношение ее заряда к массе (удельный заряд): hello_html_m1f4b262b.gif.

Это отношение является важнейшей характеристикой частицы и позволяет «идентифицировать» частицу, т.е. отождествить ее с известной частицей.


hello_html_m326f6d90.jpghello_html_m44a4ecab.jpg


Треки частиц в камере Вильсона Треки протонов









II уровень. Вспомним основные положения теории

  1. Почему hello_html_2e28ff68.gif-частицы оставляют в камере Вильсона хорошо видимые треки в виде полосок тумана?

  2. Что можно сказать о длине треков hello_html_2e28ff68.gif-частиц, их толщине, направлении?

  3. Как называется сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся в нем заряженную частицу? Как она направлена?

  4. Как влияет магнитное поле на движение заряженной частицы?

  5. Укажите причину, по которой радиус кривизны трека частицы уменьшается к концу ее пробега.

Для начала неплохо. Попытайтесь ответить на вопросы

  1. Почему вдоль траектории движения hello_html_2e28ff68.gif-частицы возникает цепочка ионов?

  2. Почему при движении частицы в камере Вильсона ее трек становится видимым?

  3. Можно ли в камере Вильсона наблюдать треки hello_html_m154a5599.gif-частиц? Чем они будут отличаться от треков hello_html_2e28ff68.gif-частиц?

  4. Почему к концу пробега в камере Вильсона трек частицы становится толще?

  5. Как зависит кривизна траектории заряженной частицы в магнитном поле от: а) ее заряда; б) скорости движения; в) индукции магнитного поля?


III уровень. Попробуйте выполнить задания

  1. В каком из перечисленных ниже приборов для регистрации ядерных излучений прохождение быстрой заряженной частицы вызывает появление следа из капелек жидкости в газе?

А. Счетчик Гейгера;

Б. Камера Вильсона;

В. Пузырьковая камера;

Г. Толстослойная фотоэмульсия;

Д. Экран, покрытый сернистым цинком.

  1. У

    А. … пузырьков пара;

    Б. …капелек жидкости;

    В. … удельный заряд частицы;

    Г. … энергию и массу частицы.

    становите соответствие.

1. Трек в камере Вильсона состоит из …

2. По длине и толщине трека можно определить …

3. По радиусу трека можно определить …

hello_html_5177c3e3.png

  1. На рисунке изображен трек электрона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. В каком направлении двигался электрон?



hello_html_1a6657c4.png

  1. На рисунке показан трек протона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. В каком направлении летит частица?






hello_html_m758873c7.png

  1. На рисунке показаны треки двух частиц в камере Вильсона. Каков знак заряда частиц, если линии магнитной индукции перпендикулярны плоскости чертежа и направлены от читателя? Одинакова ли масса частиц?





hello_html_m3fd12805.png

IV уровень. Проверьте, все ли Вы усвоили

  1. Для определения движения отрицательного мезона на его пути в камере Вильсона помещают свинцовые пластины, а камера находится в магнитном поле. Объясните, как при этом определяют направление движения частицы.





V уровень. Это сложная задача, однако, если Вы ее решите, то сделаете заметный шаг в познании физики, у Вас будут все основания относиться к себе с большим уважением, чем прежде

  1. Когда бор hello_html_585b7c87.gif захватывает быстро движущийся протон, то в камере Вильсона, где протекает этот процесс, образуются три почти одинаковых трека, расходящихся веером в разные стороны. Какие частицы образовали эти треки?



Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Автор
Дата добавления 03.01.2016
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров13177
Номер материала ДВ-303732
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх