Глава 4. § 67. Термоядерная реакция — с. 332
Лабораторная работа 9. Задание 1. На двух из трёх представленных вам фотографий (рис. 218) изображены треки частиц, движущихся в магнитном поле. Укажите на каких. Ответ обоснуйте.
[рисунок 218: а) пучок почти прямых тонких треков, расходящихся веером от источника у левого края; б) три плавно изогнутых дугообразных трека; в) трек в виде спирали, закручивающейся к центру.]
[рисунок 218: а) пучок почти прямых тонких треков, расходящихся веером от источника у левого края; б) три плавно изогнутых дугообразных трека; в) трек в виде спирали, закручивающейся к центру.]
Треки частиц в магнитном поле искривлены, потому что на движущуюся заряженную частицу действует сила Лоренца, перпендикулярная скорости. Без магнитного поля частица в камере движется по прямой.
На фотографии а) треки прямолинейные — частицы двигались без магнитного поля.
На фотографиях б) (изогнутые дуги) и в) (спираль) треки искривлены — эти частицы двигались в магнитном поле.
Ответ: б) и в).
На фотографии а) треки прямолинейные — частицы двигались без магнитного поля.
На фотографиях б) (изогнутые дуги) и в) (спираль) треки искривлены — эти частицы двигались в магнитном поле.
Ответ: б) и в).
Лабораторная работа 9. Задание 2. Рассмотрите фотографию треков α-частиц, двигавшихся в камере Вильсона (рис. 218, а), и ответьте на вопросы.
а) В каком направлении двигались α-частицы?
б) Длина треков α-частиц примерно одинакова. О чём это говорит?
в) Как менялась толщина трека по мере движения частиц? Что из этого следует?
[рисунок 218, а: веер почти прямых белых треков, расходящихся из точки у левого края фотографии вправо.]
а) В каком направлении двигались α-частицы?
б) Длина треков α-частиц примерно одинакова. О чём это говорит?
в) Как менялась толщина трека по мере движения частиц? Что из этого следует?
[рисунок 218, а: веер почти прямых белых треков, расходящихся из точки у левого края фотографии вправо.]
а) Треки начинаются у источника α-частиц у левого края снимка и расходятся веером вправо. Значит, частицы двигались слева направо, от источника.
б) Длина трека тем больше, чем больше энергия частицы (при одинаковой плотности среды). Одинаковая длина треков говорит о том, что α-частицы вылетали из источника с одинаковой начальной энергией (скоростью).
в) По мере движения трек становился толще к концу. Толщина трека тем больше, чем меньше скорость частицы, значит, из-за сопротивления среды (ионизации молекул газа) скорость α-частиц уменьшалась, и в конце пробега частица остановилась.
б) Длина трека тем больше, чем больше энергия частицы (при одинаковой плотности среды). Одинаковая длина треков говорит о том, что α-частицы вылетали из источника с одинаковой начальной энергией (скоростью).
в) По мере движения трек становился толще к концу. Толщина трека тем больше, чем меньше скорость частицы, значит, из-за сопротивления среды (ионизации молекул газа) скорость α-частиц уменьшалась, и в конце пробега частица остановилась.
Лабораторная работа 9. Задание 3. На рисунке 218, б дана фотография треков α-частиц в камере Вильсона, находившейся в магнитном поле. Определите по этой фотографии:
а) почему менялись радиус кривизны и толщина треков по мере движения α-частиц;
б) в какую сторону двигались частицы.
[рисунок 218, б: три плавно изогнутых дугообразных трека; левые концы треков изогнуты сильнее и толще, правые концы более пологие и тонкие.]
а) почему менялись радиус кривизны и толщина треков по мере движения α-частиц;
б) в какую сторону двигались частицы.
[рисунок 218, б: три плавно изогнутых дугообразных трека; левые концы треков изогнуты сильнее и толще, правые концы более пологие и тонкие.]
а) В магнитном поле радиус траектории r = mv/(qB). Двигаясь в камере, α-частицы тратят энергию на ионизацию газа, и их скорость v уменьшается; масса, заряд и индукция поля остаются прежними, поэтому радиус кривизны уменьшается. Одновременно толщина трека растёт, так как чем меньше скорость частицы, тем толще трек.
б) Частица движется от конца трека с большим радиусом кривизны (более пологого и тонкого) к концу с меньшим радиусом (более изогнутого и толстого). На фотографии правые концы треков более пологие и тонкие, а левые сильнее изогнуты и толще, значит, α-частицы двигались справа налево.
б) Частица движется от конца трека с большим радиусом кривизны (более пологого и тонкого) к концу с меньшим радиусом (более изогнутого и толстого). На фотографии правые концы треков более пологие и тонкие, а левые сильнее изогнуты и толще, значит, α-частицы двигались справа налево.
Лабораторная работа 9. Задание 4. На рисунке 218, в дана фотография трека электрона в пузырьковой камере, находившейся в магнитном поле. Объясните, почему трек имеет форму спирали. Определите по этой фотографии:
а) в каком направлении двигался электрон;
б) что могло послужить причиной того, что трек электрона на рисунке 218, в гораздо длиннее треков α-частиц на рисунке 218, б.
[рисунок 218, в: трек в виде спирали с большим числом витков, закручивающейся к центру снимка.]
а) в каком направлении двигался электрон;
б) что могло послужить причиной того, что трек электрона на рисунке 218, в гораздо длиннее треков α-частиц на рисунке 218, б.
[рисунок 218, в: трек в виде спирали с большим числом витков, закручивающейся к центру снимка.]
В магнитном поле электрон движется по окружности радиуса r = mv/(eB). Электрон теряет энергию на ионизацию жидкости, его скорость уменьшается, и радиус окружности постепенно уменьшается. Поэтому траектория не замыкается, а закручивается в спираль.
а) Радиус кривизны уменьшается по ходу движения, значит, электрон двигался по спирали от периферии (витки большего радиуса) к центру (витки меньшего радиуса).
б) Масса электрона во много тысяч раз меньше массы α-частицы, а заряд по модулю в два раза меньше, поэтому на единице длины пути электрон создаёт гораздо меньше ионов и теряет энергию медленнее. Кроме того, он мог иметь большую начальную энергию. Из-за этого электрон успевает пройти намного более длинный путь, чем α-частицы, прежде чем остановится.
а) Радиус кривизны уменьшается по ходу движения, значит, электрон двигался по спирали от периферии (витки большего радиуса) к центру (витки меньшего радиуса).
б) Масса электрона во много тысяч раз меньше массы α-частицы, а заряд по модулю в два раза меньше, поэтому на единице длины пути электрон создаёт гораздо меньше ионов и теряет энергию медленнее. Кроме того, он мог иметь большую начальную энергию. Из-за этого электрон успевает пройти намного более длинный путь, чем α-частицы, прежде чем остановится.