ГДЗ по физике, 9 класс, Перышкин, номер p332.3: Лабораторные работы

План решения:

Для анализа треков в камере Вильсона необходимо вспомнить физику движения заряженных частиц в магнитном поле. На частицу действует сила Лоренца, которая искривляет траекторию. Радиус кривизны зависит от импульса частицы и напряженности поля, а толщина трека — от интенсивности ионизации среды, которая меняется при потере энергии.

Вычисление и анализ (пункт а):

Альфа-частица, двигаясь в газе камеры, постоянно взаимодействует с молекулами вещества, теряя свою кинетическую энергию (E_k). Поскольку масса частицы m остается постоянной, уменьшение энергии приводит к снижению скорости v и, соответственно, импульса p=mv.

Радиус кривизны траектории заряженной частицы в однородном магнитном поле определяется формулой:

где q — заряд частицы, B — индукция магнитного поля. Так как импульс p уменьшается по мере торможения частицы, радиус кривизны R также плавно уменьшается. Трек становится более крутым.

Толщина трека визуально отражает количество ионов, образующихся на единице пути частицы (линейная плотность ионизации). При замедлении альфа-частицы вероятность её взаимодействия с электронами атомов газа возрастает (эффективное сечение захвата увеличивается), поэтому частица теряет энергию более интенсивно на каждом метре пути. Это приводит к тому, что в конце трека он становится гуще и темнее.

Анализ направления движения (пункт б):

Направление движения можно определить, сопоставив изменения параметров трека с законами физики. Мы установили, что радиус кривизны уменьшается, а толщина трека увеличивается по мере движения частицы.

Следовательно, начало трека соответствует участку с большим радиусом кривизны и меньшей толщиной (высокая скорость, малая ионизация), а конец трека — участку с малым радиусом и большой толщиной (низкая скорость, высокая ионизация).

Таким образом, частица движется от участка с широким радиусом дуги к участку с узкой дугой и утолщением следа.