Лабораторная работа №1. «Изучение треков заряженных

Лабораторная работа №1.
«Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям».
Цель работы: познакомиться с методом вычисления отношения заряда к массе частицы
(удельного заряда) по фотографии ее трека в камере Вильсона, помещённой в магнитное поле.
Задача работы: идентифицировать заряженную частицу по результатам сравнения её трека с
треком протона в камере Вильсона, помещённой в магнитное поле (установление тождества
неизвестной заряженной частицы с известной).
Оборудование: фотография треков заряженных частиц в камере Вильсона, помещенной в
магнитное поле, линейка измерительная, лист кальки.
Теория и метод выполнения работы
Работа проводится с готовой фотографией треков заряженных частиц (см. фото 1).
фото 1
Трек I принадлежит протону, остальные треки – неизвестным частицам, которые
необходимо идентифицировать. Линии индукции магнитного поля перпендикулярны плоскости
фотографии. Начальные скорости обеих частиц одинаковы и перпендикулярны краю фотографии.
Идентификация неизвестной частицы осуществляется путём сравнения её удельного заряда с
удельным зарядом протона. Это осуществляется путём измерения радиусов треков частиц на
начальных участках треков:
1) вычерчивают две хорды (см. рис. 1) и восставляют к этим хордам в их серединах
перпендикуляры, на пересечении которых, лежит центр окружности; её радиус на
начальном участке трека измеряют линейкой (см. рис. 2);
Рис. 1
Рис. 2
2) вычерчивают хорду длиной l на начальном участке трека и восставляют в её середину с
внутренней поверхности дуги окружности перпендикуляр h (см. рис. 3); радиус окружности
l 2  4h 2
на начальном участке трека вычисляют по формуле R 
.
8h
Рис. 3
Ход работы:
1. Решить задачу: в поперечное однородное магнитное поле с одной и той же скоростью в
одном и том же направлении влетают две заряженные частицы; чему равно отношение
удельных зарядов этих частиц, если радиусы кривизны их траекторий оказались равными
R1 и R2. Правильным ответом является выражение, в котором отношение удельных зарядов
частиц равно обратному отношению радиусов их траекторий в магнитном поле.
2. Перенести на кальку треки частиц с фотографии. Трек I принадлежит протону. Измерить
радиусы кривизны треков заряженных частиц, скопированных на кальку, на их начальных
участках. Для измерения радиуса выбрать один из двух способов описанных в теории и
методе выполнения работы.
3. Сравнить удельные заряды неизвестной частицы и протона. Идентифицировать частицу по
результатам измерений и вычислений, используя справочный материал:
Название
частицы
электрон
протон
-частица
тритон
q Кл
,
m кг
-1,76∙1011
9,56∙107
4,82∙107
3,19∙107
4. Результаты измерений и вычислений оформить в виде таблицы:
Радиус I трека (протона)
Абсолютная погрешность (цена деления линейки)
Радиус I трека (протона)
R1изм=
мм
R=
мм
R1=( R1изм±R)мм=(
Удельный заряд протона
q1
Кл
 9,56  107
m1
кг
Абсолютная погрешность
q 
Кл
 1   0,005  107
кг
 m1 
Радиус II трека (неизвестной частицы)
Абсолютная погрешность (цена деления линейки)
Радиус II трека (неизвестной частицы)
R2изм=
мм
R=
мм
R2=( R2изм±R)мм=(
Удельный заряд неизвестной частицы
 q2 
q  R
 
  1   1изм 
 m2  расч  m1  R2 изм
Относительная погрешность
 q2
m2
±
±
) мм
) мм
  q1  
   
  m1    R   R 




q1   R1   R2 


 m1 


Абсолютная погрешность
q  q 
 2    2    q2 
 m2   m2  расч m2
Удельный заряд неизвестной частицы
 q 
q2   q2 
  
  2   
m2   m2  расч
 m2  

Идентификация неизвестной частицы
Числовая ось
Кл
кг
Кл
кг
Кл
кг