ГДЗ по физике, 9 класс, Перышкин, номер p332.2: Лабораторные работы

План решения:

Для анализа треков в камере Вильсона необходимо вспомнить физические принципы работы этого прибора. Альфа-частицы имеют положительный заряд и значительную массу. При движении через пересыщенный пар они вызывают конденсацию пара на ионах, которые образуются вдоль траектории частицы. Длина трека зависит от начальной кинетической энергии частицы и её способности терять энергию при взаимодействии с веществом (ионизации). Толщина трека характеризует интенсивность ионизации, то есть количество ионов, создаваемых частицей на единице пути.

Вычисление и анализ по пунктам:

• а) Направление движения частиц.

  Альфа-частица теряет свою кинетическую энергию постепенно, сталкиваясь с атомами газа. В начале пути скорость частицы максимальна, поэтому она проходит большие расстояния между актами ионизации, и трек выглядит более тонким и размытым. К концу пути скорость падает, частица движется медленнее, плотность ионов на единицу длины возрастает, и трек становится более толстым и четким. Следовательно, направление движения определяется от более тонкого конца трека к более толстому (или месту резкого расширения/остановки).

• б) О чём говорит одинаковая длина треков.

  Длина пробега альфа-частицы в данной среде строго связана с её начальной энергией. Если на фотографии видны треки одинаковой длины, это означает, что все эти частицы обладали практически одинаковой начальной кинетической энергией. Это типично для альфа-распада конкретного изотопа, так как альфа-частицы вылетают с дискретными значениями энергии.

• в) Как менялась толщина трека и что из этого следует.

  Толщина трека увеличивается по мере приближения частицы к концу своего пути. Это происходит потому, что удельная ионизация (количество ионов на сантиметр пути) обратно пропорциональна квадрату скорости частицы (I∝1/v²). По мере замедления частицы время взаимодействия с электронами атомов газа увеличивается, вероятность передачи энергии растет, и частица создает больше ионов на единицу длины. Следовательно, утолщение трека свидетельствует о постепенном уменьшении скорости и кинетической энергии альфа-частицы до момента полной остановки.

Проверка:

Результаты согласуются с известной зависимостью Бете-Блоха для тяжелых заряженных частиц: пробег R однозначно определяется энергией E, а удельные потери энергии dE/dx растут при снижении скорости (до максимума пика Брэгга перед остановкой). Таким образом, логика «тонкий конец — начало, толстый конец — остановка» является верной для интерпретации фотографий треков альфа-частиц.