Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений

1. Получить выражение для импульса р частицы, как функцию параметра траектории r и индукции магнитного поля В. Для этого использовать уравнение (28.4).

2. Выразить полную энергию позитрона как функцию его заряда q, индукции магнитного поля В и радиуса кривизны траектории r. Для этого, используя соотношение (28.1), (28.3) и выражение (28.7) для p импульса позитрона, найденное в 1 пункте, получить формулу.

, (28.8)

которая, с учётом условий эксперимента , принимает вид:

(28.9)

3. По фотографии трека позитрона, полученного в камере Вильсона, аналогичной изображению на рис. 28.2 (выдается преподавателем), установить направление его движения и направление силовых линий магнитного поля.

4. С помощью масштабной линейки и угольника измерить соответственно линии хорд(l ₁, l ₂) и "стрел прогиба" треков позитрона (h ₁, h ₂) до и после прохождения им свинцовой пластинки. Для определения масштаба воспользоваться известной толщиной свинцовой пластинки, которая равна 6 мм (индексы 1 и 2 относятся к значениям величин до и после прохождения позитроном свинцовой пластинки, соответственно).

5. Пользуясь формулой (28.5), вычислить радиусы кривизны r ₁и r ₂.

6. На прозрачной бумаге провести окружности радиусами r ₁и r ₂ и, пользуясь ими как шаблонами, оценить "на глаз" правильность найденных значений радиусов.

7. Вычислить импульсы позитрона до и после прохождения свинцовой пластинки (индукция магнитного поля в условиях данного эксперимента равна 1,2 Тл).

8. Найти полные энергии позитрона Е ₁ и E ₂ сначала в джоулях, а затем выразить их в МэВ.

9. Определить кинетические энергии позитрона К ₁ и К ₂.

10. Рассчитать скорость позитрона v до и после прохождения свинцовой пластины. Все полученные результаты записать в таблицу.

11. Записать вывод по проделанной работе. Оценить полученные результаты и установить, какой был характер движения позитрона.

Таблица – Результаты измерений

	l _(мм)	h _(мм)	r _(мм₎	P	E _(Дж₎	E _(МэВ₎	K _(Дж₎	K _(МэВ)	v м/с
1 –до прохождения пластины
2 – после прохождения пластины

Контрольные вопросы

1. Какие существует методы и приборы для регистрации заряженных частиц?

2. В чем отличие релятивистской механики от нерелятивистской?

3. Почему радиусы кривизны траектории позитрона не одинаковы до и после прохождения им свинцовой пластинки?

4. Чем определяется вид траектория заряженной частицы, влетающей в магнитное поле?

5. Какое электрическое поле надо создать, и как оно должно быть направлено, чтобы позитрон после прохождения пластины двигался прямолинейно (использовать численные значения для индукции магнитного поля и скорости позитрона из результатов лабораторной работы).

6. Дайте сравнительный анализ различных методов регистрации частиц: сцинтилляционный, газоразрядный, полупроводниковые счетчики, камера Вильсона, пузырьковая камера, ядерные фотоэмульсии.

7. Какие явления сопровождают прохождение g-излучения через вещество и в чем их суть?

8. Что представляет собой реакция деления ядер? Приведите примеры.

9. Почему радиоактивное излучение опасно для здоровья человека?

Лабораторная работа №29: Проверка закона сохранения импульса и энергии при столкновении элементарных частиц

Цель работы: Ознакомиться с методами регистрации элементарных частиц и проведении расчётов параметров движения этих частиц на примере фотографии, полученной в эмульсионной фотоплёнке. По треку частицы экспериментально рассчитать скорость частицы, импульс, энергию, а также проверить выполнение законов сохранения энергии и импульса.

Оборудование: 1) увеличенная фотография процесса упругого столкновения движущейся a-частицы с покоящимся протоном; 2) линейка измерительная 30 см с миллиметровыми делениями; 3) калька; 4) циркуль; 5) угольник.

Краткая теория

Быстрые заряженные частицы, пролетая в веществе, затрачивают часть своей кинетической энергии на ионизацию и возбуждение его атомов.

Каждому значению энергии частицы отвечает определённая длина её пробега. Для оценки длины пробега на фотографии треков нанесён масштаб (рис. 29.1) соотношение между энергией частицы и её пробегом в данной эмульсии определяется кривой, приведенной для a-частицы на рис. 29.2, 29.3 и для протона на рис. 29.4, 29.5

Известно, что при увеличении энергии (а значит и скорости) частиц возрастает их масса. Так, для протонов с энергией 10 МэВ она увеличивается приблизительно на 1% по сравнению с массой покоя. Для α – частиц возрастание массы со скоростью начинает быть заметным лишь при значительно больших значениях энергии. Учитывая это, можно сделать вывод о возможности использования нерелятивистских формул для приближенного вычисления количества движения.

Связь импульса p с кинетической энергией К нерелятивистской частицы определяется соотношением:

(29.1)

Закон сохранения импульса, как известно, имеет место для всех взаимодействий – упругих, неупругих, а так же ядерных реакций. Выполнение закона сохранения количества движения свидетельствует прежде всего о том, что частицы двигались в одной плоскости. Измерения длин пробега и углов треков показывают: в случае упругого соударения сохраняется также кинетическая энергия, что не наблюдается при неупругом взаимодействии и ядерных реакциях.

Если закон сохранения импульса для взаимодействующих частиц выполняется, то результирующий вектор количества движения частиц совпадает с направлением движения «налетающей» частицы(см. рис. 29.1, где след С принадлежит рассеянной α – частице, след d – протону отдачи).

В этом случае импульс частиц можно выразить через их кинетические энергии по формуле (29.1) и определить энергию налетающей α–частицы непосредственно перед соударением.

Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки

Изучение законов сохранения при взаимодействии элементарных частиц проводится по фотографии треков частиц в фотоэмульсии (дается преподавателем). По фотографии, а также рис. 29.2-5 необходимо определить энергии частиц, рассчитать по формуле 29.1 их импульсы, а затем построить (в определённом масштабе!) векторную диаграмму импульсов.

На рис.29.6 схематически изображены направление налетающей a -частицы, а также импульсы a -частицы и протона после столкновения. Импульс a -частицы до (на рисунке он показан не полностью) и после столкновения соответственно m_av и m_av', импульс протона m_pu. Рассеяние частиц определяется углами q и j. В соответствии с законом сохранения импульса диагональ параллелограмма АС должна быть равна m_αv. Для упрощения вычислений построим прямоугольные треугольники АLС и АЕС, продолжив стороны АВ и АД Определив h и h ₁ получим:

h=m_αv sin q=m_pu sin(q –j), (29.2)

h ₁ =m_αv sin j=m_рv' sin(q+j). (29.3)

Выразим количество движения частиц через кинетическую энергию, воспользовавшись соотношением (29.1):

После несложных преобразований получим:

Сравнивая значение энергии, вычисленное по этим формулам, с суммой кинетических энергий α – частицы и протона после взаимодействия, определённых по графикам (см. рис. 29.2, 29.3 и 29.4, 29.5), можно установить характер взаимодействия (упругое, неупругое).

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8910 11 Следующая ⇒