Знакомство с техническими объектами, страница 229 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 45. Радиоактивность. Состав атомного ядра. Вопросы - страница 229.

Условие.

Знакомство с техническими объектами

Частицы, испускаемые радиоактивными элементами, имеют малые размеры (диаметр многих из них составляет около $10^{-15}$ м). Для их регистрации и изучения используют специальные приборы. Один из первых подобных приборов был сконструирован в 1912 г. английским физиком Чарльзом Вильсоном (1869–1959). Впоследствии он был назван камерой Вильсона. Она представляет собой герметически закрытый цилиндрический сосуд, в котором находятся насыщенные пары этилового спирта (рис. 229). Внутри цилиндра может перемещаться поршень. При резком опускании поршня смесь воздуха и паров спирта расширяется, охлаждается и переходит в состояние перенасыщения. Перенасыщенный пар не конденсируется, так как из него удалены центры конденсации (пылинки, ионы). При пролёте заряженной частицы в камере Вильсона образуются ионы вдоль её траектории. Так, возникает «цепочка» ионов, которая становится центром конденсации пара. «Цепочка» капель, сконденсированных на ионах вдоль траектории движения заряженной частицы, образует видимый след пролетевшей заряженной частицы – трек. По трекам можно сравнивать, например, заряды, скорости частиц. Помещая вокруг камеры Вильсона источники света, можно сфотографировать треки. В качестве примера на рис. 230 представлена фотография треков $\alpha$-частиц. Короткий трек принадлежит атому кислорода, а длинный – $\alpha$-частице. Видно, что $\alpha$-частица отклоняется от первоначального направления почти на $90^{\circ}$.

Рис. 229

Рис. 230

а) Для чего предназначена камера Вильсона?

б) Назовите основные части камеры Вильсона.

в) Почему пролетевшая заряженная частица образует в камере Вильсона трек?

г) Покажите на рис. 230 трек $\alpha$-частицы после её соударения с атомом кислорода.

Решение.

а) Для чего предназначена камера Вильсона?

Камера Вильсона — это один из первых приборов для регистрации и изучения частиц, испускаемых радиоактивными элементами. Принцип ее работы позволяет делать видимыми траектории (треки) быстрых заряженных частиц. Анализируя полученные треки, можно определять и сравнивать различные характеристики частиц, такие как их заряд, скорость, энергия и масса.
Ответ: Камера Вильсона предназначена для регистрации и визуального наблюдения траекторий (треков) заряженных частиц с целью их изучения.

б) Назовите основные части камеры Вильсона.

Согласно описанию и рисунку 229, камера Вильсона представляет собой герметичный цилиндрический сосуд. Сверху сосуд закрыт прозрачной стеклянной пластинкой для наблюдения и фотографирования. Внутри сосуда находится поршень, который может перемещаться, изменяя объем. Пространство над поршнем заполнено смесью воздуха и насыщенных паров легкоконденсирующейся жидкости, например, этилового спирта.
Ответ: Основные части камеры Вильсона: герметичный сосуд, стеклянная крышка (пластинка), поршень и рабочее вещество (насыщенные пары спирта или воды).

в) Почему пролетевшая заряженная частица образует в камере Вильсона трек?

При резком опускании поршня происходит адиабатное расширение газа и паров в камере. В результате этого они охлаждаются, и пар становится перенасыщенным. В таком состоянии пар готов сконденсироваться, но для этого ему нужны центры конденсации. Пролетающая через камеру быстрая заряженная частица на своем пути отрывает электроны от атомов газа, создавая цепочку положительных и отрицательных ионов. Эти ионы и становятся центрами, на которых происходит конденсация перенасыщенного пара. Таким образом, вдоль траектории движения частицы образуется видимая цепочка из мельчайших капелек жидкости — трек.
Ответ: Пролетая через перенасыщенный пар в камере, заряженная частица ионизирует атомы на своем пути; образовавшиеся ионы становятся центрами конденсации пара, и вдоль траектории частицы возникает видимый след из капелек жидкости (трек).

г) Покажите на рис. 230 трек $\alpha$-частицы после её соударения с атомом кислорода.

На рисунке 230 изображено упругое столкновение $\alpha$-частицы с ядром атома кислорода. До точки столкновения виден прямой и четкий трек налетающей $\alpha$-частицы. В точке столкновения трек раздваивается ("вилка"). Один трек, более короткий и толстый, принадлежит ядру отдачи — атому кислорода. Другой трек, более длинный и тонкий, является треком самой $\alpha$-частицы, которая после столкновения изменила направление своего движения. В тексте указано, что длинный трек принадлежит $\alpha$-частице.
Ответ: На рис. 230 трек $\alpha$-частицы после соударения — это более длинная и тонкая линия, которая начинается в точке раздвоения (месте столкновения) и идет вправо и вверх, отклоняясь от первоначального направления.