Номер 7, страница 61, часть 3 - гдз по физике 9 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 3. Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 52. Строение атома - номер 7, страница 61.

Условие.

7*. На рис. 74 показано, как отклоняются в магнитном поле $\alpha$-, $\beta$- и $\gamma$-частицы при радиоактивном излучении радия. Укажите направление индукции магнитного поля, зная, что магнитные линии перпендикулярны плоскости рисунка.

Подсказка. Для ответа на вопрос определите направление действующей на $\alpha$- и $\beta$-частицы силы Ампера.

Решение.

Для определения направления индукции магнитного поля воспользуемся правилом левой руки и проанализируем отклонение заряженных частиц.

Дано:
Направление начальной скорости $\alpha$-, $\beta$- и $\gamma$-частиц (вертикально вверх).
Направление отклонения $\alpha$-частиц (влево).
Направление отклонения $\beta$-частиц (вправо).
Траектория $\gamma$-частиц не изменяется.
Вектор магнитной индукции $\vec{B}$ перпендикулярен плоскости рисунка.

Найти:
Направление вектора индукции магнитного поля $\vec{B}$.

Решение:
На движущиеся в магнитном поле заряженные частицы действует сила Лоренца, направление которой определяется по правилу левой руки. Величина силы определяется формулой $F_L = |q|vB\sin\alpha$, где $q$ - заряд частицы, $v$ - ее скорость, $B$ - индукция магнитного поля, а $\alpha$ - угол между векторами скорости и магнитной индукции. Направление силы $\vec{F_L}$ перпендикулярно как вектору скорости $\vec{v}$, так и вектору магнитной индукции $\vec{B}$.

1. Гамма-частицы ($\gamma$) являются фотонами, они не имеют электрического заряда ($q=0$). Следовательно, сила Лоренца на них не действует ($F_L=0$), и они движутся в магнитном поле прямолинейно, что и показано на рисунке.

2. Альфа-частицы ($\alpha$) являются ядрами атома гелия и имеют положительный заряд ($q_\alpha > 0$). Начальная скорость частиц направлена вверх. На рисунке видно, что они отклоняются влево. Это означает, что на них действует сила Лоренца, направленная влево.

Применим правило левой руки для положительно заряженной частицы: расположим левую руку так, чтобы четыре вытянутых пальца были направлены по движению частицы (вверх), а отогнутый на 90° большой палец указывал направление действующей силы (влево). В таком положении ладонь будет обращена к нам, и линии магнитной индукции $\vec{B}$ должны входить в ладонь. Следовательно, вектор магнитной индукции $\vec{B}$ направлен от наблюдателя, то есть из плоскости рисунка.

3. Бета-частицы ($\beta$) являются электронами и имеют отрицательный заряд ($q_\beta < 0$). Их начальная скорость также направлена вверх. На рисунке они отклоняются вправо. Направление силы Лоренца для отрицательных частиц противоположно направлению, определяемому по правилу левой руки для положительных частиц.

Проверим наше заключение о направлении поля, используя данные о движении $\beta$-частиц. Для отрицательно заряженных частиц можно направить четыре пальца левой руки в сторону, противоположную вектору скорости (то есть вниз). Если вектор магнитной индукции $\vec{B}$ направлен из плоскости рисунка (входит в ладонь), то большой палец укажет направление силы — вправо. Это полностью совпадает с траекторией $\beta$-частиц на рисунке.

Таким образом, анализ отклонения как $\alpha$-, так и $\beta$-частиц приводит к одному и тому же выводу о направлении магнитного поля.

Ответ: Вектор индукции магнитного поля направлен перпендикулярно плоскости рисунка, на наблюдателя.