Решение: Отклонение альфа-лучей в поле
Статья к заданиюОпыты по изучению электрического разряда в разреженных газах
Прочитайте текст и выполните задания.
Опыты по изучению электрического разряда в разреженных газах
На исходе XIX в. было проведено много опытов по изучению электрического разряда в разреженных газах. Разряд возникал между отрицательным электродом (катодом) и положительным электродом (анодом), причём оба электрода запаивали внутрь стеклянной трубки (трубки У. Крукса), из которой частично откачивали газ (рисунок 1). Когда газ в трубке становился достаточно разреженным, тёмная область вокруг катода постепенно расширялась, пока не достигала противоположного конца трубки, который после этого начинал светиться. Цвет этого свечения зависел от состава стекла, из которого была изготовлена трубка.
Рисунок 1. Трубка У. Крукса
В конце XIX в. считалось, что это свечение вызвано неизвестными лучами, исходящими от катода, и оживлённо обсуждалась природа этих лучей (катодных лучей). В 1895 г. Ж. Перрену удалось собрать лучи в изолированном сосуде и доказать, что они несут отрицательный заряд. Вскоре после этого Дж. Томсон осуществил свой классический эксперимент, в котором он впервые отождествил катодные лучи с частицами, названными позднее электронами. Создавая электрическое поле между пластинами (рисунок 2), Томсон наблюдал смещение светящегося пятна на конце трубки. Проведя измерения, Томсон обнаружил, что для частиц, составляющих катодные лучи, отношение массы к заряду (m/e) не зависит от природы газа, а его значение очень мало по сравнению с наименьшей известной величиной этого отношения (то есть для иона водорода).
Рисунок 2. Отклонение катодных лучей в электрическом поле
Будут ли, и если будут, то в каком направлении, отклоняться альфа-лучи, если их пропустить вместо катодных лучей между пластинами (см. рисунок 2)? Ответ поясните.
Решение по шагам
4 шагаАльфа-лучи представляют собой поток альфа-частиц — ядер атомов гелия. Эти частицы имеют положительный электрический заряд.
$$q_{\alpha}>0$$Между пластинами существует электрическое поле. На заряженную частицу действует электрическая сила.
$$\vec{F}=q\vec{E}$$Катодные лучи являются потоком электронов и несут отрицательный заряд, поэтому они отклоняются к положительно заряженной пластине. Альфа-частицы заряжены положительно, поэтому сила действует на них в противоположном направлении.
$$\vec{F}_{\alpha}\parallel\vec{E}$$Следовательно, альфа-лучи будут отклоняться к отрицательно заряженной пластине, то есть в сторону, противоположную отклонению катодных лучей. Из-за значительно большей массы альфа-частиц их отклонение при той же скорости будет слабее.
Да, альфа-лучи отклонятся к отрицательно заряженной пластине, в направлении, противоположном отклонению катодных лучей, поскольку альфа-частицы имеют положительный заряд.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Указывают направление к положительной пластине, забывая, что альфа-частицы положительно заряжены.
Путают направление движения частиц с направлением электрического поля.
Не объясняют отклонение действием электрической силы.