Question

某学习小组到大学的近代物理实验室参观，实验室的老师给他们提供了一张经过放射线照射的底片，底片上面记录了在同一直线上的三个曝光的痕迹，如图所示．老师告诉他们，实验时底片水平放置，第2号痕迹位置的正下方为储有放射源的铅盒的开口，放射源可放射出α、β、γ三种射线．然后又提供了α、β、γ三种射线的一些信息如下表．已知铅盒上的开口很小，故射线离开铅盒时的初速度方向均可视为竖直向上，射线中的粒子所受重力、空气阻力及它们之间的相互作用力均可忽略不计，不考虑粒子高速运动时的相对论效应．
原子质量单位1u=1.66×10^-27kg，元电荷e=1.6×10^-19C，光速c=3.0×10⁸m/s．

射线类型	射线性质
	组成	质量	速度	电离作用	穿透性
α射线	2^4He	4u	0.1c	强	弱
β射线	-1e	u/1840	约为c	较弱	较强
γ射线	γ光子		c	弱	强

（1）学习过程中老师告诉同学们，可以利用三种射线在电场或磁场中的偏转情况对它们加以辨别．如果在铅盒与底片之间加有磁感应强度B=0.70T的水平匀强磁场，请你计算一下放射源射出α射线在此磁场中形成的圆弧轨迹的半径为多大？（保留2位有效数字）
（2）老师对如图所示的“三个曝光的痕迹”解释说，底片上三个曝光的痕迹是铅盒与底片处在同一平行于三个痕迹连线的水平匀强电场中所形成的．
①试分析说明，第2号痕迹是什么射线照射形成的；
②请说明α粒子从铅盒中出来后做怎样的运动；并通过计算说明第几号曝光痕迹是由α射线照射形成的．

Answer

（1）根据洛伦兹力提供向心力列式求解半径；
（2）三种粒子在竖直方向均不受力，都是匀速直线运动；水平方向，α粒子受力与电场方向相同，做初速度为零的匀加速直线运动，γ射线不受力，β射线受力与α粒子反向，做初速度为零的匀加速直线运动．
【解析】
（1）α射线的粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，设其半径为r，根据牛顿第二定律，有 qvB=m
代入数据解得：r=0.89m
（2）①第2号痕迹正对着储有放射源的铅盒的开口，表明形成第2号痕迹的射线做匀速直线运动，即不受电场力作用，所以不带电，故第2号痕迹是γ射线照射形成的．
②α射线的粒子从放射源出来经过水平匀强电场打到底片上的过程中，受恒定的电场力作用，且水平的电场力与竖直的初速度方向垂直，故应做匀变速曲线运动．
设铅盒与底片间的竖直距离为d，电场强度为E，带电射线从放射源射出时的初速度为v，质量为m，所带电荷量为q，在电场中运动时间为t，则对于粒子在电场中的运动有：
竖直方向d=vt，水平方向的侧移量x=
解得：x=
因此对于α射线和β射线的侧移量之比有
=
表明α射线的偏转侧移量较小，所以第3号痕迹应是α射线所形成的．
答：（1）放射源射出α射线在此磁场中形成的圆弧轨迹的半径为0.89m；
（2）①第2号痕迹是γ射线照射形成的；
②α粒子从铅盒中出来后做类似平抛运动；第3号曝光痕迹是由α射线照射形成的．