Что могло послужить причиной того что трек электрона

Лабораторная работа № 9

Тема.
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.

Теоретическая часть

С помощью
чувствительной аппаратуры, не видя саму микрочастицу, по ее следам (трекам),
оставленным в веществе, определяют как факт прохождения частицы через вещество,
так и параметры и свойства (заряд, массу, энергию; как двигалась, происходило
ли столкновение и каков его результат и т.д.) микрочастиц. Принцип действия
разных приборов различен, но общее для всех них – это усиление эффектов,
производимых микрочастицей при прохождении через вещество (ее следов) до
величин, способных влиять на органы чувств человека.

Камера
Вильсона. В ней используется способность
частиц больших энергий ионизировать атомы газа. Поэтому если через камеру,
заполненную перенасыщенным паром, пролетает заряженная частица, ионизирующая на
своем пути молекулы, то на цепочке ионов происходит конденсация паров.
Траектория движения частицы внутри камеры благодаря осевшим маленьким капелькам
жидкости становится видимой.

Вид трека на
фотоснимке часто позволяет судить о природе частицы и величине ее энергии. Так,
α -частицы оставляют сравнительно
толстый сплошной след, протоны — более тонкий, а электроны — пунктирный.

Пузырьковая
камера.Она
действует примерно по тому же принципу, что и камера Вильсона, но вместо
перенасыщенного пара в ней используется перегретая выше точки кипения жидкость
(например, жидкий водород). Если через такую жидкость
пролетит заряженная частица, то вдоль ее траектории жидкость закипит, поскольку
образовавшиеся в жидкости ионы служат центрами парообразования. При этом траектория
частицы отмечается цепочкой пузырьков пара, т.е. делается видимой.

Преимущество
пузырьковой камеры перед камерой Вильсона обусловлено
большей плотностью рабочего вещества, вследствие чего частица теряет больше
энергии, чем в газе. Пробеги частиц оказываются более короткими, и частицы даже
больших энергий застревают в камере. Это позволяет гораздо точнее определить
направление движения частицы и ее энергию, наблюдать серию последовательных
превращений частицы и вызываемые ею реакции.

Советские физики
П.Л. Капица и Д. В.  Скобельцын предложили размещать камеры в магнитном
поле, под действием которого траектории частиц искривляются в ту или
иную сторону в зависимости от знака заряда. По радиусу кривизны траектории и
интенсивности треков определяют энергию и массу частицы.

Метод фотоэмульсий,
разработанный Мысовским и Ждановым в 1939 году.

Он основан на
использовании почернения фотографического слоя под действием проходящих через
фотоэмульсию быстрых заряженных частиц. Такая частица вызывает распад молекул
бромистого серебра на ионы серебра и брома и почернение фотоэмульсий вдоль
траектории движения, образуя скрытое изображение. По длине и толщине трека
судят об энергии и массе частицы.

При
выполнении данной работы необходимо помнить, что:

– длина трека тем больше, чем больше
энергия частицы (и чем меньше плотность среды);

– толщина трека тем больше, чем больше
заряд частицы и чем меньше её скорость;

– при движении заряженной частицы в
магнитном поле трек её получается искривленным, причем радиус кривизны трека
тем больше, чем больше масса и скорость частицы и чем меньше её заряд и модуль
индукции магнитного поля;

– частица двигалась от конца трека с
большим радиусом кривизны к концу с меньшим радиусом кривизны (радиус
уменьшается, т. к. из-за сопротивления среды уменьшается скорость частицы).

Практическая
часть работы.

Задание № 1.Рассмотрите фотографии.На каких из них применялось
магнитное поле? Ответ обоснуйте, построив для движения протона и электрона
чертеж по правилу левой руки, выбрав направления начальной скорости и индукции
магнитного поля.

  Задание № 2. Рассмотрите фотографию № 1 треков α-частиц, двигавшихся в камере
Вильсона и ответьте на следующие вопросы:

А) В каком направлении двигались
альфа-частицы?

Б) Почему длина треков α-частиц примерно одинакова?

В) Как менялась толщина трека по мере
движения частиц и что из этого следует?

Г) Можно ли считать, что α-частицы имели примерно одинаковую энергию?

Д) Каким физическим взаимодействием
определяется взаимное расположение треков α-частицы (пучок частиц
расходящийся)?

Задание № 3. Считая, что на 3-ей фотографии представлен трек α-частицы, двигавшейся
в камере Вильсона, ответьте на вопросы:

А) Почему менялся
радиус кривизны и толщина треков по мере движения α -частиц?

Б) В какую сторону двигались α-частицы?

В) Как направлен вектор магнитной
индукции поля?

Задание № 4. Рассмотрите фотографию № 2 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 гораздо длиннее треков альфа-частиц?

Г) Как направлен вектор магнитной
индукции поля.

Задание №5 Ознакомьтесь с текстом.

Определение возраста Земли

Один из методов
определения возраста Земли основан на радиоактивном распаде урана. Уран
(атомная масса 238) распадается самопроизвольно с последовательным выделением
восьми альфа-частиц, а конечным продуктом распада является свинец с атомной
массой 206 и газ гелий. На рисунке представлена цепочка превращений урана-238 в
свинец-206.

Каждая
освободившаяся при распаде альфа-частица проходит определенное расстояние,
которое зависит от ее энергии. Чем больше энергия альфа-частицы, тем большее
расстояние она проходит. Поэтому вокруг урана, содержащегося в породе,
образуется восемь концентрических колец. Такие кольца (плеохроические гало)
были найдены во многих горных породах всех геологических эпох. Были сделаны
точные измерения, показавшие, что для разных вкраплений урана кольца всегда
отстоят на одинаковых расстояниях от находящегося в центре урана.

Когда первичная
урановая руда затвердевала, в ней, вероятно, не было свинца. Весь свинец с
атомной массой 206 был накоплен за время, прошедшее с момента образования этой
горной породы. Раз так, то измерение количества свинца-206 по отношению к
количеству урана-238 — вот всё, — что нужно знать, чтобы определить возраст образца,
если период полураспада известен. Для урана-238 период полураспада составляет
приблизительно 4,5 млрд лет. В течение этого времени половина первоначального
количества урана распадается на свинец и гелий.

Таким же образом
можно измерить возраст других небесных тел, например метеоритов. По данным
таких измерений возраст верхней части мантии Земли и большинства метеоритов
составляет 4,5 млрд лет.

(Источник: Тренировочные ва­ри­ан­ты экзаменационных работ
по физике. Е. Е. Камзеева, М. Ю. Де­ми­до­ва — 2013, ва­ри­ант 3)

Ответьте на вопрос: Если бы на
фотографии № 2 были треки α-частиц (концентрических окружностей), то каков возможный
возраст образца породы на фотографии?

Курс повышения квалификации

Курс профессиональной переподготовки

Учитель физики

Курс повышения квалификации

Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

также Вы можете выбрать тип материала:

Оставьте свой комментарий