α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α衰变后两个粒子的轨迹特点。

实验原理

衰变方程 A_Z X → (A-4)_(Z-2) Y + 4_2 He。衰变前核静止,由动量守恒,α粒子与新核动量大小相等、方向相反。洛伦兹力提供向心力,r = mv/(qB) = p/(qB),动量相同时 r 与电荷量 q 成反比,故α粒子的半径较大。两粒子都带正电且运动方向相反,所受洛伦兹力方向相反,两圆外切。

实验器材

• 静止的放射性原子核
• 匀强磁场(垂直纸面)
• α粒子
• 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α粒子和新核向相反方向射出
3. 观察两条径迹的形状,判断它们是外切圆还是内切圆
4. 比较两个圆的大小,判断哪个是α粒子的径迹
5. 结合 r = p/(qB),说明半径与电荷量的关系
6. 改变磁场方向(如有),观察绕行方向的变化

实验现象与结论

衰变后出现两个外切的圆形径迹,半径大的是α粒子,半径小的是新核。结论:动量大小相等时,半径与电荷量成反比,α粒子与新核的半径之比等于新核与α粒子的电荷数之比,即 (Z-2):2。

常见问题

α衰变后两个粒子的轨迹为什么是外切圆?

两粒子都带正电且速度方向相反,洛伦兹力方向相反,所以两圆外切。

哪个圆的半径更大?

动量大小相等时 r 与电荷量成反比,α粒子电荷量小,轨迹半径大。