|
©
Куцева Н. В. │ Сайт «Элементарные частицы»
разработан в рамках ВКР магистра |
Изучение треков заряженных частиц
по готовым фотографиям
Задания уровня А
I. На рисунке изображены
траектории движения двух частиц в однородном
магнитном поле. Обе частицы имеют одинаковые
заряды и движутся с одинаковыми скоростями.
Определите знак заряда частиц и объясните
причину несовпадения их траекторий.
II. На рисунке изображены
траектории движения двух частиц, полученные в
камере Вильсона, помещённой в однородное
магнитном поле. Определите знак заряда обеих
частиц. Масса какой частицы больше и почему?
III. На фотографии представлен
трек электрона движущегося в жидководородной
пузырьковой камере, находившейся в магнитном
поле. Объясните, почему трек имеет форму
спирали? В каком направлении двигался
электрон?
|
Общие све-дения, необходимые для анализа фотог-рафий с треками элементарных час-тиц. Определение направления век-тора индукции маг-нитного поля. Определение радиуса кривизны трека элементарной частицы.
|
 |
IV. На фотографии
представлены треки двух частиц движущихся в
камере Вильсона, помещённой в магнитное поле.
Какой процесс изображён на этой фотографии?
Объясните, почему данные частицы движутся в
противоположные стороны? |
|
|
V.
|
|
|
VI. Определите, какова скорость электрона,
влетающего в камеру Вильсона, если радиус его трека
равен
|
|
|
VII.
На фотографии представлены треки ядер
первичных космических лучей, полученные в ядерной
фотоэмульсии. Объясните, почему их треки имеют
разную толщину? Какой трек принадлежит ядру атома
водорода, кислорода, гелия, кремния, железа? |
Задания уровня B
I.
На фотографии запечатлён трек электрона, движущегося в
магнитном поле с индукцией
.
Скорость электрона близка к скорости света (при расчётах
её значение следует округлить до
).
Вектор индукции магнитного поля направлен
перпендикулярно плоскости фотографии. Движение электрона
начинается в точке
,
полный путь, пройденный им, равен
.
|
|
Задания:
1.
Объясните, поче-му траектория движения электрона имеет форму окружности? Как и поче-му
изменяется радиус кривизны трека от начала к
концу движения час-тицы?
2.
Измерьте радиус кривизны трека в его
начале, вычислите массу электрона и отношение её
к массе покоя. Чем объ-яснить значительное
уве-личение массы?
3.
По массе элек-трона определите вели-чину его
полной энергии.
4.
Рассмотрите трек другого электрона,
обоз-наченный цифрами 2. Каковы причины разницы
в кривизне треков первого и второго электрона? |
Дополнительное задание.
К концу
движения (верхняя часть треков) энергия электрона
уменьшается до
.
Укажите причины уменьшения энергии. Вычислите массу
электрона, соответствующую последнему значению
энергии.
II.
На рисунке показаны смонтированные фотографии
треков ядер лёгких элементов (последние 22 см их
пробега), сделанных в камере Вильсона. Ядра
двигались в магнитном поле с индукцией
,
направленном перпендикулярно фотографиям. Начальные
скорости всех ядер одинаковы и перпендикулярны
линиям поля. Известно, что трек І принадлежит
протону.
 |
Задания: 1. Определите направление
век-тора индукции магнитного поля. Объ-ясните,
почему траектория частиц пред-ставляет собой дуги
окружностей. Какова причина различия в кривизне
траекторий разных ядер? Почему кри-визна каждой
траектории изменяется от начала к концу пробега
частицы? 2. Объясните причины
различия в толщине треков разных ядер. Почему
трек каждой частицы толще в конце пробега, чем в
начале его? 3. Измерьте радиусы кривизны
трека частицы I примерно вначале и в конце
пробега и определите, на сколько изменилась
энергия частицы за время пробега, если известно,
что частица I идентифицирована как протон. 4. Измерьте радиус кривизны трека частицы III в начале ее пробега. Зная, что начальная скорость этой частицы равна начальной скорости протона (нижний трек), вычислите для |
Дополнительное задание.
Остальные треки принадлежат ядрам дейтерия и трития.
Какому именно ядру принадлежит трек II и трек IV?
.
Вектор индукции магнитного поля перпендикулярен
фотографии. Нижний трек принадлежит протону,
имеющему начальную энергию
 |
Задания:
1. Определите направление движения
частиц и направление силовых линий магнитного поля.
Объясните, почему трек протона к концу пробега
становится толще.
2. По величине энергии протона
вычислите отношение его полной массы к массе покоя и
покажите, что изменением массы следует пренебречь(что
протон не является релятивистским).
3. Зная, что верхний трек принадлежит частице, имеющую одинаковую с протоном начальную скорость, определите отношение заряда к массе для этой частицы. Какой частице принадлежит этот трек? Почему он толще трека протона?
Дополнительное задание.
Вычислите начальную энергию частицы, оставивший след.
IV.
На снимке видны треки частиц, полученных от распада
ядер. Такие группы следов по их виду называют «звездами»
распада. Распады ядер газа, заполняющего камеру
Вильсона, вызваны в данном случае действием на них
быстрых нейтронов, поток которых движется снизу вверх.
Камера помещена в магнитное поле, направленное
перпендикулярно плоскости фотографии. Индукция поля
.
«Звезда» распада в точке а позволяет видеть полный
пробег одного протона с начальной энергией
(протон
двигался влево-вверх). Кроме того, «звезда» содержит еще
один протон и две α-частицы.
 |
Задания: 1. Определите направление
силовых линий магнитного поля. 2. Укажите причины, по
которым толщина и кривизна тре-ка протона
увеличиваются к концу его пробега. 3. Измерьте радиус кри-визны
трека протона к концу его движения и вычислите
его энер-гию в этом месте, а также величину
изменения энергии по сравнению с начальной. 4. Определите, ядро какого элемента распадалось в точке а, если известно, что здесь произошла реакция с захватом одного нейтрона (т.е. нейтрон проник в ядро), а при распаде, кроме двух протонов и двух α-частиц, образовались ещё нейтроны. |