Виконання роботи

Тема

Лабораторна робота № 11

Висновок

Виконання роботи

6.1 Проведення досліду

6.1.1 Ознайомитися з устроєм спектроскопа та біпризми.

6.1.2 За допомогою спектроскопу та біпризми спостерігати і замалювати спектри, які дають надані джерела світла.

6.1.3 Пояснити походження, властивості і розбіжності всіх типів спектрів, що спостерігалися.

6.1.4 Зробити висновки про спостереження.

 

 

 

 

 

 

Контрольні запитання

1. Що таке спектр? Види спектрів.

2. Назвати головні видимі кольори суцільного спектра та їх порядок.

3. Які особливості призматичного спектра?

4. Накреслити хід променя білого світла через тригранну призму.

8 Місце для рисунків і пояснень

Джерело світла та вигляд спектру Тип спектру та його особливості

                                           
                                           
 
                                           
                                         
                                         
                                           

 

                                           
                                           
 
                                           
                                         
                                         
                                           

 

                                           
                                           
 
                                           
                                         
                                         
                                           

 

                                           
                                           
 
                                           
                                         
                                         
                                           

 

                                           
                                           
 
                                           
                                         
                                         
                                           

Дослідження треків заряджених частинок за готовими фотографіями

2 Мета і завдання

2.1 Набути елементарних навичок по дослідженню фотографій треків заряджених частинок, отриманих у камері Вільсона.

2.2 Навчитися ідентифікувати заряджену частинку.

3 Інформаційне забезпечення

3.1 Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з фізики (с. 29).

3.2 Л. С. Жданов, Г. Л. Жданов. Фізика (§§ 38.1 - 38.7).

4 Технічне забезпечення

4.1 Фотографія треків; косинець; олівець.


Не починати виконувати роботу, якщо в інструкції що-небудь залишилось незрозумілим.

З приладами поводитися дуже обережно, запобігати їх падінню.

5 Теоретичні відомості

Одним із основних методів дослідження елементарних частинок є метод масспектроскопії. Цей метод полягає в тому, що на будь-яку заряджену частику, що рухається у магнітному полі, діє сила з боку цього поля, яка називається силою Лоренца.

Магнітне поле може бути штучно створеним в обмеженому просторі з визначеними напруженістю і напрямком. Якщо елементарна частинка влітає в цей простір, то вона під дією сили Лоренца починає рухатися по викривленій траєкторії. За виглядом траєкторії можна визначити заряд цієї частинки, її масу, імпульс, енергію тощо.

Однак треба усвідомлювати, що ми не можемо побачити ні самі частинки, ні їхній рух навіть у найпотужніший мікроскоп. На допомогу приходить така фізична властивість елементарних частинок, як здатність іонізувати молекули й атоми речовини на своєму шляху. Цю властивість у фізиці використовують для реєстрації траєкторій руху або, так званих, треків заряджених частинок (рис. 11.1).

Існує багато приладів, які різними способами реєструють іонізуючий шлях частинок, найпростішим з яких являєтьсякамера Вільсона. Принцип дії цієї камери полягає в тому, що в об’ємі камери шляхом різкого розширення повітря утворюється перенасичена пара. В однорідному магнітному полі з відомою напруженістю камера розташовується перпендикулярно до ліній індукції поля. Заряджена частинка, рухаючись крізь камеру, залишає після себе вздовж всієї траєкторії іонізовану речовину. Іони речовини являються центрами конденсації для перенасиченої пари, яка на них і конденсується. Туман цієї пари вздовж траєкторії руху елементарної частинки ми і спостерігаємо. Це можна зафіксувати, наприклад, на фотоплівку, а потім вивчати отримані треки. На цьому методі і засновано виконання лабораторної роботи.

Ідентифікація невідомої частинки здійснюється шляхом порівняння її питомого заряду з питомим зарядом відомої частинки – протона. Це можна зробити, виміривши і порівнявши радіуси треків частинок на їх початкових ділянках, враховуючи, що їх початкові швидкості u однакові.

На заряджену частинку, що рухається в магнітному полі, діє сила Лоренца: (1),

де q - заряд частинки; u - швидкість руху частинки; B - індукція магнітного поля.

Оскільки частинка рухається перпендикулярно до поля, кут a між вектором швидкості і вектором магнітної індукції дорівнює p/2, отже, sina = 1. Таким чином, сила Лоренца для частинки є доцентровою і дає можливість записати: (2), де m - маса частинки; аn - доцентрове прискорення; R - радіус кривизни її траєкторії.

Порівнявши праві частини рівнянь (1) і (2), можна знайти питомий заряд частинки: , звідки: . (3).

За таблицею визначають і саму частинку.

Радіус R траєкторії частинки визначається простою геометричною побудовою. На початку траєкторії частинки креслять дві хорди, що лежать близько одна до одної, як показано на рисунку 15.1. Далі проводять перпендикуляри до середин цих хорд. В точці О перетину перпендикулярів знаходиться центр кола, по якому в даний момент рухалася частинка. Залишається лінійкою якомога точніше виміряти радіус траєкторії даної елементарної частинки.

6.1 Проведення досліду

6.1.1 Ознайомитися з фотографією треків двох заряджених частинок легких елементів – ядра водню (зверху) і невідомої частинки (знизу) (див. рисунок 11.2).

6.1.2 Частинки рухалися справа наліво з однаковими початковими швидкостями перпендикулярно до силових ліній магнітного поля, розташованих нормально до фотографії. Індукція магнітного поля В = 3 Тл.

6.1.3 Визначити і вказати на рисунку 11.2 напрям вектора магнітної індукції.

6.1.4 Визначити радіус кривизни Rp на початку траєкторії протона.

6.1.5 Визначити радіус кривизни R на початку траєкторії невідомої частинки.

6.1.6 Всі отримані дані занести до таблиці 1.

6.2 Опрацювання результатів досліду

6.2.1 Знайти швидкість u протона і невідомої частинки: .

6.2.2 Розрахувати питомий заряд невідомої частинки за формулою (3) і назвати її. .

6.2.3 Всі результати обчислень занести до таблиці 1 і зробити висновок.

Таблиця 1. Результати досліду

B, Тл Rр, м R, м qp, Кл mp, кг u, м×с-1 , Кл×кг -1 , Кл×кг -1
               

Контрольні запитання:

1. Чому траєкторії різних частинок відрізняються одна від одної?

2. Чому трек частинки в кінці руху товстіший, ніж на початку?

3. Від чого залежить довжина пробігу частинки?

7 Місце для розрахунків та креслень