Файл: Инструктаж по тб. Лабораторная работа 9 Определение импульса и энергии частицы при движении в магнитном поле.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.01.2024

Просмотров: 443

Скачиваний: 17

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

МБОУ «СОШ им.В.Г.Шухова» г.Грайворона

Чек – лист дистанционного урока

Дата

Класс

Предмет
Учитель

13.04.2023
11
физика
Кушнарева Е.А.

Тема

Инструктаж по ТБ. Лабораторная работа №9 «Определение импульса и энергии частицы при движении в магнитном поле»




№
Порядок действий
Примечания

Шаг 1
В тетрадочке записываем число, классная работа, тема урока: Инструктаж по ТБ. Лабораторная работа №9 «Определение импульса и энергии частицы при движении в магнитном поле»



Шаг 2
Внимательно выполняем лабораторную работу по инструкции



Шаг 3
Д/з п.93 читать


Определение импульса и энергии частицы при движении в магнитном поле (по фотографиям).Цель работы: получить элементарные навыки в чтении фотографий движения заряженных частиц, сфотографированных в камере Вильсона.Оборудование: фотографии треков заряженных частиц, прозрачная бумага, линейка.Теоретические обоснованияВ 1911 г. английский ученый Ч. Вильсон построил прибор, с помощью которого можно видеть и фотографировать траектории заряженных частиц. Этот прибор можно назвать «окном» в микромир, т.е. мир элементарных частиц и состоящих из них систем.
Камера Вильсона представляет собой герметически закрытый сосуд, заполненный парами воды или спирта, близкими к насыщению. При резком отпускании поршня пар в камере адиабатически расширяется. Вследствие этого происходит охлаждение и пар становится перенасыщенным. Это неустойчивое состояние пара и пар легко конденсируется при появлении центров конденсации. Центрами конденсации становятся ионы, которые образуются в рабочем пространстве камеры в результате пролета через пространство камеры элементарной частицы. Если частица проникает в камеру непосредственно перед расширением или сразу после него, то на ее пути возникают капельки жидкости. Эти капельки образуют видимый след пролетевшей частицы – трек.Треки дают богатую информацию о частице:


  • треки показывают траекторию движения заряженной частицы;


  • трек толще у той частицы, которая имеет больший заряд;


  • если частицы имеют одинаковые заряды, то трек толще у той, которая имеет меньшую скорость. Отсюда очевидно, что к концу движения трек частицы толще, чем в начале, так как скорость частицы уменьшается ВСЛЕДСТВИЕ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ НА ИОНИЗАЦИЮ АТОМОВ СРЕДЫ;


  • длина трека зависит от начальной энергии заряженной частицы и плотности окружающей среды: она тем больше, чем больше энергия частицы и чем меньше плотность среды.
Если камера Вильсона помещена в магнитное поле, линии магнитной индукции которого перпендикулярны плоскости камеры, то траектория движения частицы искривляется под действием силы Лоренца.  (1)  (2)Используя выражение для силы Лоренца и II закон Ньютона (формулы 1 и 2) можно определить радиус кривизны трека частицы:  (3)Выразив из формулы 3 скорость и подставив ее в формулу кинетической энергии, получаем формулу 4:  (4)Из полученных формул можно сделать выводы, которые можно использовать для анализа фотографий треков частиц:


  • радиус кривизны трека зависит от массы, скорости, заряда частицы. Радиус тем меньше, чем меньше масса и скорость частицы и чем больше ее заряд. Отклонение от прямолинейного движения больше в том случае, когда энергия частицы меньше;


  • так как скорость частицы к концу пробега уменьшается, то уменьшается и радиус кривизны трека. По изменению радиуса кривизны можно определить направление движение частицы: начало ее движения там, где кривизна трека меньше;


  • по тому, в какую сторону искривляется трек, можно определить знак заряда частицы (если известно направление магнитной индукции);


  • измерив радиус кривизны трека и зная другие величины, можно вычислить для частицы отношение ее заряда к массе:   . Это отношение служит важнейшей характеристикой частицы и позволяет идентифицировать частицу.
Направление вектора магнитной индукции определяют, пользуясь правилом левой руки: 1) четыре вытянутых пальца левой руки нужно расположить по направлению движения положительно заряженной (против направления движения отрицательно заряженной) частицы; 2) отогнутый на 900 большой палец – по направлению силы Лоренца (она направлена вдоль радиуса кривизны трека к центру кривизны; 3) линии магнитной индукции будут входить в ладонь левой руки.Ход работы:


На фотографии рисунка 1 видны траектории ядер легких элементов (последние 22 см пробега). Ядра двигались в магнитном поле с индукцией В=2,17 Тл, направленном перпендикулярно фотографии. Начальные скорости всех ядер одинаковы и перпендикулярны линиям магнитного поля. Известно, что частица I идентифицирована, как протон.

1. Определите направление вектора индукции B магнитного поля.

2. Измерьте радиусы кривизны трека частицы I в начале и в конце пробега.

Радиусы кривизны определяют следую-



I III

Рис. 1. Фотография треков заряженных частиц в камере Вильсона


щим образом. Наложите на фотографию листок прозрачной бумаги и переведите на нее нужный трек. Начертите, как показано на рисунке 2, две хорды и восстановите к этим хордам серединные перпендикуляры. На пересечении серединных перпендикуляров лежит центр окружности, ее радиус измерьте линейкой.
Примечание: рисунок приложить к отчету о работе.

3. Определите на сколько изменилась энергия частицы за время пробега по формуле 5.

 (5)

4. Измерьте радиус кривизны трека частицы III вначале ее пробега. Вычислите для частицы III отношение заряда к ее масс-



Рис. 2. Определение радиуса кривизны трека
се по формуле 6:  (6)По полученному отношению определите, какая частица оставила след. Справочные данные см. в конце описания работы. Напишите название частицы в отчете, обосновав свой ответ.5. Из формулы (3) выразите скорость и, подставив числовые данные, вычислите скорость III частицы в начале пробега. Т.к. частицу вы идентифицировали, то массу частицы можно узнать, используя справочные данные.6. Зная скорость и массу частицы, вычислите ее импульс.7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.


Радиус кривизны трека I частицы в начале пробега

Радиус кривизны трека I частицы в конце пробега

Заряд протона

Масса протона

модуль магнитной индукции

Изменение энергии I частицы

Отношение заряда III частицы к ее массе

Радиус кривизны трека III частицы в начале пробега

Скорость

Импульс


III частицы в начале пробега


r1, м

r2, м

q1, Кл

m1, кг

B, Тл

ΔE, Дж

q3/m3, Кл/кг

rIII, м

V3

p3






1,6.10-19

1,67.10-27

2,17









8. Ответьте на контрольные вопросы:8.1. Объясните, почему траектории частиц представляют собой дуги окружностей?8.2. Какова причина различия в кривизне траекторий разных ядер?8.3. Почему кривизна каждой траектории изменятся от начала к концу пробега частицы?8.4. Объясните причины различия в толщине треков разных ядер. Почему трек каждой частицы в конце пробега толще, чем в начале его?Справочная информация

протон

ядро гелия (-частица)

электрон


отношение заряда частицы к ее массе

 Кл/кг

 Кл/кг

 Кл/кг


масса частицы

1,67∙10-27 кг

6,64∙10-27 кг

9,11∙10-31 кг
Ссылка на лабораторную работу: https://topuch.com/laboratornaya-rabota-1-opredelenie-impulesa-i-energii-chastici/index.html

Смотрите также файлы