Задание 4. На рисунке 202, в дана фотография трека электрона в пузырьковой камере, находившейся в магнитном поле. Определите по этой фотографии: a) почему трек имеет форму спирали; б) в каком направлении двигался электрон; в) что могло послужить причиной того, что трек электрона на рисунке 202, в гораздо длиннее треков α-частиц на рисунке 202, б.

Разберем каждый вопрос по порядку: а) Трек электрона имеет форму спирали, потому что электрон, двигаясь в магнитном поле, испытывает действие силы Лоренца, которая заставляет его двигаться по окружности. При этом электрон теряет энергию, сталкиваясь с частицами среды в пузырьковой камере. Потеря энергии приводит к уменьшению скорости электрона, а значит, и к уменьшению радиуса окружности его движения. Постепенное уменьшение радиуса и создает форму спирали. Сила Лоренца (F_L) определяется формулой: $$F_L = qvB$$ где: (q) – заряд электрона, (v) – скорость электрона, (B) – индукция магнитного поля. Радиус (r) окружности, по которой движется электрон, можно найти из равенства силы Лоренца и центростремительной силы: $$qvB = rac{mv^2}{r}$$ откуда: $$r = rac{mv}{qB}$$ где (m) – масса электрона. Как видно, при уменьшении скорости (v) радиус (r) также уменьшается, что приводит к спиральной траектории. б) Чтобы определить направление движения электрона, нужно знать направление магнитного поля. Обычно в пузырьковых камерах направление магнитного поля известно. Используя правило левой руки (для отрицательно заряженной частицы): если расположить левую руку так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а четыре пальца были направлены по направлению движения частицы, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы Лоренца. Зная направление силы Лоренца и направление магнитного поля, можно определить направление движения электрона по спирали. в) Трек электрона гораздо длиннее трека α-частицы из-за существенной разницы в массе и заряде этих частиц, а также их взаимодействии со средой. Электрон имеет гораздо меньшую массу, чем α-частица (которая состоит из двух протонов и двух нейтронов). Из-за меньшей массы электрон легче отклоняется от прямолинейной траектории при столкновениях с атомами среды и, следовательно, теряет энергию медленнее. Кроме того, α-частица, имея больший заряд (2+), сильнее взаимодействует с атомами среды, что приводит к более быстрой потере энергии и, следовательно, к более короткому треку. Таким образом: - Трек электрона имеет форму спирали из-за потери энергии и уменьшения радиуса траектории в магнитном поле. - Направление движения электрона определяется с использованием правила левой руки, зная направление магнитного поля. - Трек электрона длиннее трека α-частицы из-за меньшей массы и заряда электрона, что приводит к меньшим потерям энергии при взаимодействии со средой.