β衰变后粒子在磁场中的轨迹

实验目的

利用动量守恒和洛伦兹力,分析β衰变后两个粒子的轨迹特点。

实验原理

衰变方程 A_Z X → A_(Z+1) Y + 0_-1 e。按教材中的简化模型,电子与新核动量大小相等、方向相反。由 r = p/(qB),半径与电荷量成反比,电子电荷量小,半径大。两粒子电性相反且运动方向相反,所受洛伦兹力方向相同,两圆内切。

实验器材

• 静止的放射性原子核
• 匀强磁场(垂直纸面)
• β粒子(电子)
• 反冲的新核
• 两粒子的圆形径迹

实验步骤

1. 观察衰变前原子核静止在磁场中
2. 启动衰变,观察电子和新核向相反方向射出
3. 观察两条径迹,判断是内切圆还是外切圆
4. 比较两个圆的大小,判断哪个是电子的径迹
5. 结合 r = p/(qB),说明半径与电荷量的关系
6. 与α衰变的轨迹对比,总结二者区别

实验现象与结论

衰变后出现两个内切的圆形径迹,半径大的是电子,半径小的是新核。结论:β衰变轨迹为内切圆,α衰变轨迹为外切圆;动量大小相等时,半径与电荷量成反比。

常见问题

β衰变后两条径迹为什么是内切圆?

电子与新核电性相反、速度反向,洛伦兹力方向相同,两圆内切。

如何区分α衰变和β衰变的轨迹?

两圆外切是α衰变,两圆内切是β衰变。