Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям. Приборы и материалы: фотография треков (рис. 245), листок прозрачной бумаги (кальки), прямоугольный треугольник с миллиметровой шкалой, карандаш. Указания к работе. На фотографии представлены треки частиц в камере Вильсона, находящейся в магнитном поле (I - трек протона). Линии индукции магнитного поля перпендикулярны плоскости фотографии. Начальные скорости обеих частиц одинаковы и перпендикулярны краю фотографии. 1. Определить направление вектора индукции магнитного поля. 2. Объяснить, почему участки траектории частиц представляют собой дуги окружностей. 3. Объяснить, почему на разных участках одной и той же траектории радиусы дуг различны. 4. Объяснить, в чем различие между двумя треками на фотографии. Какова причина этого различия? 5. Наложить на фотографию листок прозрачной бумаги и осторожно перевести на нее трек I и правый край фотографии. 6. Определить радиус кривизны трека на начальном участке. Для этого начертить хорду начального участка трека и восставить в ее середину перпендикуляр. Найти центр дуги окружности и измерить ее радиус. 7. Определить то же для трека II. 8. Пользуясь формулой (см. учебник физики для IX класса) \(\frac{q}{m} = \frac{v}{BR}\), сравнить удельные заряды обеих частиц. 9. Какой частице может принадлежать трек II?

Давай разберем по пунктам это задание, чтобы тебе все было понятно. 1. Определение направления вектора индукции магнитного поля: * Здесь тебе нужно посмотреть на фотографию треков частиц. Поскольку частицы заряжены и двигаются в магнитном поле, они будут отклоняться от прямолинейного движения. Направление отклонения зависит от знака заряда частицы и направления магнитного поля. Используя правило левой руки (для положительных зарядов) или правило правой руки (для отрицательных зарядов), ты можешь определить направление вектора магнитной индукции. 2. Объяснение формы траектории как дуги окружности: * Когда заряженная частица движется в однородном магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции, на нее действует сила Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно скорости частицы. Эта сила заставляет частицу двигаться по окружности. Формула силы Лоренца: \(F = qvB\), где \(q\) - заряд частицы, \(v\) - скорость, \(B\) - магнитная индукция. Поскольку сила всегда перпендикулярна скорости, она не меняет величину скорости, а только направление, что и приводит к движению по окружности. 3. Объяснение изменения радиуса дуги на разных участках траектории: * Если радиусы дуг на разных участках траектории отличаются, это означает, что скорость частицы меняется. Радиус окружности, по которой движется частица, можно найти из равенства силы Лоренца и центростремительной силы: \(qvB = \frac{mv^2}{R}\), где \(m\) - масса частицы, \(R\) - радиус. Отсюда \(R = \frac{mv}{qB}\). Если скорость \(v\) уменьшается, то и радиус \(R\) тоже уменьшается. Это может происходить, например, из-за потери энергии частицей при взаимодействии с веществом в камере Вильсона. 4. Различие между двумя треками и причины этого различия: * Различия между треками могут быть в радиусе кривизны, толщине трека и длине трека. Причины могут быть разными: * Разный заряд или масса частиц: Из формулы \(R = \frac{mv}{qB}\) видно, что радиус зависит от отношения \(\frac{m}{q}\). Если у частиц разные заряды или массы, то и радиусы будут разными. * Разная скорость: Если скорости частиц разные, то и радиусы будут разными. * Разный знак заряда: Частицы с разными знаками заряда будут отклоняться в противоположные стороны. * Ионизационные потери: Более толстые треки обычно соответствуют частицам, которые сильнее ионизируют вещество, то есть теряют больше энергии на единицу длины. 5. Накладывание листка бумаги: * Этот шаг нужен для того, чтобы аккуратно перенести изображение треков на бумагу для дальнейших измерений. 6. Определение радиуса кривизны трека: * Как найти радиус кривизны? Находишь хорду (расстояние между двумя точками на дуге), строишь перпендикуляр к середине хорды. На пересечении этого перпендикуляра и перпендикуляра к касательной в любой точке дуги будет центр окружности. Измеряешь расстояние от центра до любой точки на дуге - это и есть радиус. 7. Определение радиуса для трека II: * Аналогично пункту 6, проводишь измерения для второго трека. 8. Сравнение удельных зарядов: * Используя формулу \(\frac{q}{m} = \frac{v}{BR}\), и зная, что \(v\) и \(B\) одинаковы для обеих частиц (по условию), можно сравнить удельные заряды частиц, измерив радиусы кривизны их треков. Отношение удельных зарядов обратно пропорционально отношению радиусов: $$\frac{(\frac{q}{m})_1}{(\frac{q}{m})_2} = \frac{R_2}{R_1}$$ 9. Определение частицы, которой принадлежит трек II: * Зная удельный заряд частицы II и сравнив его с удельным зарядом протона (трек I), можно попытаться идентифицировать частицу. Например, если удельный заряд частицы II меньше, чем у протона, это может быть более тяжелая частица, например, альфа-частица или ион. Надеюсь, это поможет тебе разобраться!