Тема: Изучение треков заряженных частиц

Лабораторная работа №10

Тема: Изучение треков заряженных частиц

Цель работы: познакомить студентов с устройством и принципом действия камеры Вильсона, сформировать элементарные навыки и умения анализировать фотографии треков заряженных частиц, провести идентификацию  заряженной частицы по результатам сравнения ее трека с треком протона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле.

Оборудование: фотографии треков заряженных частиц, полученных в камере Вильсона, калька, карандаш, циркуль.

Теоретические сведения:

Треки заряженных частиц в камере Вильсона представляют собой цепочки микроскопических капелек жидкости (воды или спирта), образовавшиеся вследствие конденсации пересыщенного пара этой жидкости на ионах. Длина трека зависит от начальной энергии заряженной частицы и плотности окружающей среды. Толщина трека зависит от заряда и скорости частицы: она тем больше, чем больше заряд частицы и чем меньше её скорость. При движении заряженной частицы в магнитном поле трек её получается искривлённым. По изменению радиуса кривизны трека можно определить направление движения заряженной частицы и изменение её скорости.

Работа проводится с готовой фотографией треков двух заряженных частиц (трек I принадлежит протону, трек II -частице, которую надо идентифицировать). Линии индукции магнитного поля перпендикулярны плоскости фотографии. Начальные скорости обеих частиц одинаковы и перпендикулярны краю фотографии.

Для заряженной частицы, движущейся перпендикулярно вектору индукции магнитного поля, можно записать:

Из этой формулы видно, что отношение удельных зарядов частицы равно обратному отношению радиусов их траекторий. Вычислите удельный заряд идентифицируемой частицы q/m_ч и занесите результат в таблицу.

Порядок выполнения работы

1.         Перечертите треки частиц с фотографии на кальку (рис. 16).

2.         Измерьте радиус кривизны R_I трека протона на начальном участке.

Радиус кривизны трека частицы определяют следующим образом (рис.17). Вычерчивают, как показано на рисунке, две хорды и восставляют к этим хордам в их серединах перпендикуляры. На пересечении перпендикуляров лежит центр окружности.

·           Отметьте точку в начале трека протона.

·           Следующей точкой отметьте конец первой хорды.

·           Поставьте точку для конца второй хорды.

·           Проведите хорды и серединные перпендикуляры к ним.

·           Поставьте точку на пересечении перпендикуляров - центр окружности.

·           Измерьте радиус при помощи линейки.

·           Занесите результаты измерения в таблицу.

3.         Измерьте радиус кривизны R_II трека заряженной частицы на начальном участке. Занесите результаты измерения R_II в таблицу.

4.         В обоих случаях инструментальную погрешность можно считать равной 1 мм. Погрешность отсчета надо взять также равной 1 мм. Внесите в таблицу значения:

·            ΔR_I - максимальная абсолютная погрешность измерения отрезка R_I,

·            ΔR_II - максимальная абсолютная погрешность измерения отрезка R_II,

5.         Идентифицируйте частицу по результатам измерений.
Идентификация неизвестной частицы осуществляется путем сравнения ее удельного заряда q/m  с удельным зарядом протона.

Материал для справок:

Удельный заряд электрона:

Удельный заряд протона:

Удельный заряд альфа-частицы:

6.         Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения удельного заряда.

Вывод _______________________________________________________

Контрольные вопросы:

1.         Как направлен вектор магнитной индукции относительно плоскости фотографии треков частиц?

2.         Почему радиусы кривизны на разных участках трека одной и той же частицы различны?