Номер 2, страница 80 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Самостоятельные работы. СР-59. Экспериментальные методы исследования частиц. Вариант 2 - номер 2, страница 80.

Условие.

2. Что произойдёт с траекторией движения заряженных частиц, если камеру Вильсона поместить в магнитное поле?

Решение.

Если камеру Вильсона поместить в однородное магнитное поле, то траектории движения заряженных частиц, которые до этого были прямолинейными (в отсутствие поля), искривятся.

Это происходит из-за действия силы Лоренца, которая возникает при движении заряженной частицы в магнитном поле. Сила Лоренца $\vec{F_Л}$ действует на частицу с зарядом $\text{q}$, движущуюся со скоростью $\vec{v}$ в магнитном поле с индукцией $\vec{B}$. Модуль этой силы рассчитывается по формуле:

$F_Л = |q|vB\sin\alpha$

где $\alpha$ — это угол между вектором скорости $\vec{v}$ и вектором магнитной индукции $\vec{B}$.

Ключевая особенность силы Лоренца заключается в том, что она всегда направлена перпендикулярно плоскости, в которой лежат векторы скорости частицы и магнитной индукции. Направление силы определяется по правилу левой руки для положительно заряженных частиц (и в противоположную сторону для отрицательно заряженных).

Поскольку сила Лоренца всегда перпендикулярна вектору скорости, она не совершает работы над частицей и не изменяет её кинетическую энергию и модуль скорости. Эта сила лишь изменяет направление движения, заставляя частицу отклоняться от прямой линии. Она играет роль центростремительной силы, поэтому в однородном магнитном поле (при $\alpha=90^{\circ}$) траектория частицы становится дугой окружности.

Искривление траекторий в магнитном поле позволяет получить важную информацию о частицах:

1. Знак заряда частицы. По направлению изгиба трека можно определить, положительный или отрицательный заряд у частицы. Частицы с разноименными зарядами будут отклоняться в противоположные стороны.

2. Импульс частицы. Радиус кривизны траектории $\text{R}$ связан с импульсом частицы $p=mv$ следующим соотношением:

$R = \frac{p}{|q|B}$

Измерив радиус трека $\text{R}$ и зная заряд частицы $\text{q}$ и индукцию магнитного поля $\text{B}$, можно вычислить её импульс. Чем больше импульс (и энергия) частицы, тем больше радиус кривизны, то есть тем слабее искривляется её трек.

Таким образом, магнитное поле превращает камеру Вильсона в измерительный прибор, позволяющий анализировать свойства элементарных частиц.

Ответ: Траектории движения заряженных частиц в камере Вильсона, помещённой в магнитное поле, искривятся. Это происходит под действием силы Лоренца и позволяет определять знак заряда и импульс частиц по радиусу и направлению кривизны их треков.