№25 ИЗУЧЕНИЕ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ПО ГОТОВЫМ ФОТОГРАФИЯМ
учебно-методическое пособие по физике

№25 ИЗУЧЕНИЕ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ПО ГОТОВЫМ ФОТОГРАФИЯМ
Цель работы: познакомиться с методами исследования ядерных реакций и свойств элементарных частиц по фотографиям их треков.

Оборудование: фотографии треков заряженных частиц, полученных в камере Вильсона, пузырьковой камере и фотоэмульсиях.
Необходимые сведения.
1. Треки заряженных частиц в камере Вильсона представляют собой цепочки микроскопических капелек
жидкости (воды или спирта), образовавшихся вследствие конденсации перенасыщенного пара этой цепочки жидкости на ионах, расположенных вдоль траектории заряженной частицы; в пузырьковой камере - микроскопических пузырьков napa перегретой жидкости образовавшихся ионах; в фотоэмульсии - цепочки зерен металлического серебра, образовавшиеся на ионах. Треки показывают траекторию движения заряженных частиц.
2. Длина трека зависит от начальной кинетической энергии частицы и плотности окружающей среды: она тем больше, чем больше энергия частицы и чем меньше плотность среды.
3. Толщина трека зависит от заряда частицы и скорости частицы: она тем больше, чем больше заряд частицы и чем меньше её скорость.
4. При движении заряженной частицы в магнитном поле трек её получается искривлённым. Радиус
кривизны трека зависит от массы, заряда, скорости частицы и модуля магнитной индукции поля: он тем больше, чем больше масса и скорость частицы и чем меньше её заряд и модуль индукции магнитного поля.
5. По изменению радиуса кривизны трека можно определить направление движения частицы и изменение её скорости: начало её движения и скорость там больше, где больше радиус кривизны трека.
Ход работы
3.1. Анализ фотографии трека а-частицы в камере Вильсона. Ответить на вопросы:
1. В каком направлении двигались а-частицы ?
2. Почему длина треков а-частиц примерно одинакова?
3. Почему толщина треков а-частиц к концу пробега немного увеличивается?
4. Почему некоторые а-частицы оставляют треки только в конце своего пробега? 

3.2. Анализ фотографии трека а-частицы в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Ответить на вопросы:
1. В какую сторону двигались а-частицы ?
2. Почему треки а-частиц искривлены?
3. Как был направлен вектор магнитной индукции? 
4. Почему изменяются радиус кривизны и толщина треков а-частиц к концу их пробега? 

3.3. Анализ фотографии трека электрона в пузырьковой камере, помещенной в магнитное поле. Ответить на вопросы:
1. Почему трек электрона имеет форму спирали?
2. в каком направлении двигался электрон?
3. Как был направлен вектор магнитной индукции? 

3.4. Анализ фотографии треков ядер атомов магния, кальция и железа в фотоэмульсии.
Ответить на вопросы: 
1. Почему треки ядер имеют разную толщину?
2. Какой трек принадлежит ядру атома магния, кальция и железа?
3. Какой вывод можно сделать из сравнения толщины треков ядер атомов различных элементов?
4. Чем отличаются треки частиц, полученные в фотоэмульсии от треков частиц, полученных в камере Вильсона и пузырьковой камере?

3.5. Изучение распада ядра атома азота под действием и-частицы по фотографии треков. Ответить на вопросы:
1. Какой трек принадлежит взаимодействующей а-частице? Какой - протону? Какой - ядру атома неизвестного элемента? 
2. Почему длина и толщина треков образовавшихся частиц неодинаковы?
азота?
3. Часто ли про происходит взаимодействие а-частиц с ядрами атомов
4. Запишите уравнение ядерной реакции и определите какое ядро образовалось в результате взаимодействия азота.
а-частицы с ядром атома

3.6. Изучение деления ядра атома урана под действием нейтрона по фотографии треков.
Ядро урана находилось в точке g. При распаде образовалось два осколка, один из которых ядро атома бария, и два нейтрона.
1. Запишите уравнение ядерной реакции и идентифицируйте второй осколок.

Ответьте на вопросы.
1. каким способом зарегистрировано деление ядра атома урана?
2. Почему осколки деления ядра урана двигались в противоположных направлениях?
3. Одинаковы ли заряды и энергия осколков?

3.7. Вычисление отношения заряда частицы к её массе по фотографии трека.
1. Рассмотреть фотографию треков заряженных частиц, двигавшихся в магнитном поле. Найти на ней два наиболее толстых искривленных трека. Треки искривлены, потому что частицы двигались в магнитном поле с индукцией 2,2 Тл. Модули начальных скоростей частиц одинаковы. Левый трек принадлежит ядру атома водорода, правый - неизвестной частице. Отношение заряда атома водорода к его массе равно 9,6 • 107 Кл/кг.
Необходимо найти отношение заряда к
массе
неизвестной частицы.
2. Перенести оба трека на кальку (в тетрадь) и измерить
радиусы их кривизны. Для этого вначале находят центры их кривизны. В средних участках треков проводят по две хорды и в середине к ним восстанавливают перпендикуляры. Точки пересечения перпендикуляров будут центрами кривизны треков. Затем измеряют радиусы кривизны с помощью измерительной линейки, учитывая масштаб снимка.
3. Вывести расчетную формулу. На заряженную частицу действует сила Лоренца, вектор которой перпендикулярен вектору скорости частицы. Эта сила является центростремительной силой: Отсюда модуль скорости неизвестной частицы будет равен: 
q1 - заряд частицы, R,- радиус кривизны трека, v1 - скорость частицы, m1 - масса частицы, В - модуль магнитной индукции.

Модуль скорости ядра атома водорода равен: 
, q2 — заряд ядра атома водорода, R2- радиус
кривизны трека, v2- скорость частицы, m2 - масса ядра атома водорода, В - модуль магнитной индукции.
9,R,B
Так как по условию v1 = v2, то
Отсюда следует, что
Подставить известные численные значения и найти отношения заряда к массе для неизвестной частицы.