Ядерные Реакции — Задание 16 ЕГЭ по физике №00048077

Все пять частиц влетают в поле снизу вверх с одинаковой скоростью. Магнитное поле действует на движущийся заряд силой Лоренца, она перпендикулярна скорости и закручивает частицу по дуге окружности. Чтобы узнать частицу 4, разберёмся с двумя признаками трека: в какую сторону он загибается и насколько круто.

Шаг 1. Незаряженная частица. На нейтрон поле не действует — он летит прямо. Это прямой трек 1.

Шаг 2. Знак заряда — по направлению загиба. Крестики на рисунке означают, что линии индукции направлены от нас, за плоскость рисунка. По правилу левой руки: линии входят в ладонь (ладонь повёрнута к нам), четыре пальца — вверх, по скорости положительной частицы; отставленный большой палец показывает влево. Значит, положительные частицы ($\alpha$-частица, протон, позитрон) загибаются влево — это треки 2, 3 и 4. Трек 5 загибается вправо — это отрицательный электрон.

Шаг 3. Какая из положительных — по радиусу. Сила Лоренца создаёт центростремительное ускорение:

$$|q|vB=\dfrac{mv^2}{r}\ \Rightarrow\ r=\dfrac{mv}{|q|B}.$$

Скорость и поле у всех одинаковы, поэтому радиус пропорционален отношению $\dfrac{m}{|q|}$. У $\alpha$-частицы это $\dfrac{4m_p}{2e}=\dfrac{2m_p}{e}$, у протона $\dfrac{m_p}{e}$, у позитрона $\dfrac{m_e}{e}$ — почти в $2000$ раз меньше, чем у протона. Самая крутая дуга среди левых — трек 4, это позитрон (самая пологая, трек 2, — $\alpha$-частица).

Шаг 4. Числа позитрона. Позитрон — «положительный электрон»: нуклонов в нём нет, массовое число $0$; заряд $+e$, зарядовое число $1$. В таблицу: $0$ и $1$.

Проверим себя. Трек 5 (электрон) — зеркальная копия трека 4 с тем же радиусом: массы электрона и позитрона равны, заряды противоположны. Так и должно быть.