Номер 5, страница 121, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

5. Для чего камеру Вильсона располагают в однородном магнитном поле?

5. Для чего камеру Вильсона располагают в однородном магнитном поле?

Камера Вильсона — это прибор, который позволяет наблюдать траектории (треки) быстрых заряженных частиц. Частица, пролетая через перенасыщенный пар в камере, оставляет на своем пути цепочку ионов, которые становятся центрами конденсации, образуя видимый след из капелек жидкости.

Камеру помещают в однородное магнитное поле для того, чтобы получить дополнительную информацию о частицах по их трекам. На движущуюся в магнитном поле заряженную частицу действует сила Лоренца: $F_Л = |q|vB \sin\alpha$ где $\text{q}$ — заряд частицы, $\text{v}$ — ее скорость, $\text{B}$ — индукция магнитного поля, а $\alpha$ — угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции. Эта сила всегда перпендикулярна скорости частицы, поэтому она не изменяет ее энергию, а только искривляет траекторию.

Использование магнитного поля позволяет:

1. Определить знак заряда частицы. Направление искривления трека зависит от знака заряда частицы. Например, если магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости движения, то частицы с положительным и отрицательным зарядами будут отклоняться в противоположные стороны. Направление отклонения можно определить по правилу левой руки (для положительного заряда).

2. Определить импульс или удельную заряд частицы. Сила Лоренца выступает в роли центростремительной силы, заставляя частицу двигаться по дуге окружности. Радиус кривизны траектории $\text{R}$ связан с импульсом частицы $p = mv$ следующей формулой (при $\alpha = 90^\circ$): $|q|vB = \frac{mv^2}{R}$

Отсюда можно выразить радиус: $R = \frac{mv}{|q|B} = \frac{p}{|q|B}$

Измерив по фотографии радиус кривизны трека $\text{R}$ и зная индукцию магнитного поля $\text{B}$, можно вычислить отношение импульса к заряду $p/|q| = RB$. Если заряд частицы известен (например, это электрон или протон), то можно определить ее импульс $\text{p}$. Если известна также скорость частицы (которую можно оценить по плотности трека), можно найти ее массу и, таким образом, идентифицировать частицу.

Ответ: Камеру Вильсона помещают в однородное магнитное поле для определения знака заряда частиц (по направлению искривления их треков) и для вычисления их импульса и удельного заряда (по радиусу кривизны треков).