Определение удельного заряда электрона методом магнитной фокусировки
Изучение движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Сила Лоренца. Траектории движения частиц в магнитном поле в зависимости от увеличения магнитной индукции. Экспериментальное определение числового значения удельного заряда электрона.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.05.2021 |
| Размер файла | 304,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра «Физики»
Отчет
по лабораторной работе
Определение удельного заряда электрона методом магнитной фокусировки
Отчет сдали: Бакиров Д.Т., Костеренко И.А.
Группа ЭАС-112
Отчет принял Кузнецов В.В.
Дата09.05.2021
Уфа 2021
Вариант 1
движение заряд электрон магнитное поле
Цель работы:
1) изучение движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях;
2) экспериментальное определение удельного заряда электрона.
Приборы и принадлежности:
Ключ, реостат, амперметр, переключатель, соленоид, электронно-лучевая трубка, высоковольтный выпрямитель
Схема установки:
НВ - низковольтный выпрямитель;
К - ключ;
R - реостат;
А - амперметр;
П - переключатель;
С - соленоид;
ЭЛТ - электронно-лучевая трубка;
ВВ - высоковольтный выпрямитель
Расчетные формулы
Уравнение закона сохранения энергии
Конечная скорость электрона:
Потенциалы катода и анода связаны соотношением
a = k + U.
Скорость электрона при вылете из катода значительно меньше скорости, приобретаемой им после прохождения ускоряющей разности потенциалов:
v0 << v., следовательно
H = I n
B = 0 I n
Сила Лоренца
Fл = -evB,модуль которой равен Fл = evBsin ,
v sin = vr следовательноFл = evrB
,
,
,
Результаты измерений
.
.
268витков
.
Цена деления Вольтметра = 20В
Цена деления Амперметра = 0,05 А
A
|
Номер опыта |
U, B |
I1 , A |
I2 , A |
I ,A |
e/m, ГКл/кг |
(e/m), ГКл/кг |
[(e/m)]2, (ГКл/кг)2 |
|
|
1 |
400 |
1,25 |
1,25 |
1,25 |
178,176 |
1,397 |
(1,397)2 |
|
|
2 |
450 |
1,325 |
1,325 |
1,325 |
178,398 |
1,619 |
(1,619)2 |
|
|
3 |
500 |
1,4 |
1,4 |
1,4 |
177,551 |
0,772 |
(0,772)2 |
|
|
4 |
550 |
1,475 |
1,475 |
1,475 |
175,949 |
0,829 |
(0,829)2 |
|
|
5 |
600 |
1,55 |
1,55 |
1,55 |
173,819 |
2,960 |
(2,960)2 |
|
|
= |
883,893 |
= |
(3,823)2 |
|||||
|
Ср.зн. |
176,779 |
Расчёты
.
Доверительная вероятность = 0,95
Коэффициент Стьюдента tn, дляn = 5 опытов при = 0,95 равен 2,78
s(e/m) = = 2,780,8584 = 2,3863.
.
.
.
.
Окончательный результат
ГКл/кгпри = 0,95
Вывод
На основе полученных результатов было установлено числовое значение удельного заряда электрона. Полученный результат в пределах погрешности соответствует с табличным.
ГКл/кг при = 0,95
Ответы на вопросы
1) Движение заряженных частиц в электрическом поле. Ускоряющая разность потенциалов.
Ответ:
На заряд Q, помещенный в электростатическое поле напряженностью действует кулоновская сила, равная . Сила совершает работу по перемещению пробного заряда из точки 1 в точку 2 (Рисунок 1).
Потенциал электростатического поля численно равен потенциальной энергии, которой обладал бы в данной точке поля единичный положительный заряд. Таким образом, потенциал является энергетической характеристикой электрического поля.
Работу сил поля над внесенным зарядом можно представить через разность потенциалов:
.
Рассмотрим превращение энергии одного из электронов на пути от катода к аноду. Вылетая из катода, электрон имеет начальную скорость v0 (направление и величина этой скорости у разных электронов различны) и, следовательно, обладает некоторой начальной кинетической энергией Wk0 = mv02/2, где m - масса электрона. Попадая в электрическое поле, он приобретает также потенциальную энергию Wp0 = -e k, которая по достижении им анода становится равной Wp = -e а (здесь е - элементарный электрический заряд; k и а - потенциалы катода и анода соответственно). Пройдя ускоряющую разность потенциалов, электрон увеличивает свою кинетическую энергию до значения
Wk = mv2/2,
где v - его скорость на выходе из анода.
Уравнение закона сохранения энергии -
2) Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Лоренца. Траектории движения частиц в магнитном поле
Ответ:
В магнитном поле на летящий со скоростью vэлектрон действует сила Лоренца Fл = -evB, модуль которой равенFл = evBsin ,где - угол, который вектор скорости v составляет с направлением поля. Под действием силы Лоренца частицы, имеющие электрический заряд, движутся в магнитном поле по криволинейным траекториям. Причём если в данной инерциальной системе отсчёта направление скорости движения частицы перпендикулярно направлению индукции однородного магнитного поля, то траекторией движения заряженной частицы является окружность. Связав эти данные со вторым законом Ньютона можно определить ускорение (центростремительное).
- Шаг винтовой линии
Электроны, имеющие различные по величине и направлению начальные скорости, движутся в магнитном поле по окружностям разного радиуса, однако период обращения и шаг винтовой линии у всех электронов практически одинаковы. Таким образом, вылетевшие из начала координат (на выходе из анода) электроны спустя промежуток времени Т почти одновременно пересекают ось Ох в одной точке с координатой x = h.
Рисунок 2-Траектория движения частиц 1
При малых значениях магнитной индукции В шаг винтовой линии h больше расстояния от анода до экранаh0 , и электроны не успевают совершить полный оборот по окружности. Попадая на экран, они оставляют на нем размытый след (Рисунок 2).
При некотором значении магнитной индукции В = Вф время движения электронов от анода к экрану равно периоду обращения; при этом h = h0 , и электронный пучок фокусируется в одну точку на экране (Рисунок 3)
Рисунок 3- Траектория движения частиц 2
Дальнейшее увеличение магнитной индукции приводит к тому, что электроны “сходятся” в точке на оси Ох , еще не достигнув экрана (h < h0 ), а затем вновь “расходятся”, оставляя на экране размытый след (Рисунок 4)
Рисунок 4 - Траектория движения частиц 3
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Ознакомление с основами движения электрона в однородном электрическом поле, ускоряющем, тормозящем, однородном поперечном, а также в магнитном поле. Анализ энергии электронов методом тормозящего поля. Рассмотрение основных опытов Дж. Франка и Г. Герца.
лекция [894,8 K], добавлен 19.10.2014Исследование особенностей движения заряженной частицы в однородном магнитном поле. Установление функциональной зависимости радиуса траектории от свойств частицы и поля. Определение угловой скорости движения заряженной частицы по круговой траектории.
лабораторная работа [1,5 M], добавлен 26.10.2014Характеристика силы Лоренца - силы, с которой магнитное поле действует на заряженные частицы. Определение направления силы Лоренца по правилу левой руки. Пространственные траектории заряженных частиц в магнитном поле. Примеры применения силы Лоренца.
презентация [169,3 K], добавлен 27.10.2015Движение электронов в вакууме в электрическом и магнитном полях, между плоскопараллельными электродами в однородном электрическом поле. Особенности движения в ускоряющем, тормозящем полях. Применение метода тормозящего поля для анализа энергии электронов.
курсовая работа [922,1 K], добавлен 28.12.2014Исследование электрического поля методом зонда. Температурная зависимость сопротивления проводников и полупроводников. Определение удельного заряда электрона. Магнитное поле кругового тока и измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.
учебное пособие [4,6 M], добавлен 24.11.2012Поиск местонахождения точки заряда, отвечающей за его устойчивое равновесие. Нахождение зависимости напряженности электрического поля, используя теорему Гаусса. Подбор напряжения и заряда на каждом из заданных конденсаторов. Расчет магнитной индукции.
контрольная работа [601,8 K], добавлен 28.12.2010Понятие и основные свойства магнитного поля, изучение замкнутого контура с током в магнитном поле. Параметры и определение направления вектора и линий магнитной индукции. Биография и научная деятельность Андре Мари Ампера, открытие им силы Ампера.
контрольная работа [31,4 K], добавлен 05.01.2010Циркуляция вектора магнитной индукции. Магнитное поле соленоида и тороида. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Эффект Холла. Использование свойства скалярного произведения векторов. Теорема Гаусса. Определение работы силы Ампера.
презентация [2,4 M], добавлен 14.03.2016Электромагнитная индукция. Закон Ленца, электродвижущая сила. Методы измерения магнитной индукции и магнитного напряжения. Вихревые токи (токи Фуко). Вращение рамки в магнитном поле. Самоиндукция, ток при замыкании и размыкании цепи. Взаимная индукция.
курсовая работа [729,0 K], добавлен 25.11.2013Предпосылки и история развития процесса открытия электрона. Опыты Томсона и Резерфорда и методы открытия электрона. Метод Милликена: описание установки, вычисление элементарного заряда. Метод визуализации Комптона. Научное значение открытия электрона.
реферат [362,3 K], добавлен 21.05.2008Взаимодействие заряженных частиц и со средой. Детектирование. Определение граничной энергии бета-спектра методом поглощения. Взаимодействие заряженных частиц со средой. Пробег заряженных частиц в веществе. Ядерное взаимодействие. Тормозное излучение.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 06.02.2008Определение пористости материалов по капиллярному подъёму магнитной жидкости в неоднородном магнитном поле. Методика оценки диаметра капилляров по измерению скорости капиллярного подъёма магнитной жидкости при помощи датчиков.
статья [1,2 M], добавлен 16.03.2007Изучение особенностей процесса переноса заряда в коллоидной среде. Поверхностные плотности приэлектродного заряда для образцов соответствующих концентраций. Зависимость сопротивления ячейки с магнитной жидкостью от частоты подаваемого на нее напряжения.
доклад [47,1 K], добавлен 20.03.2007Динамика частиц, захваченных геомагнитным полем, ее роль в механизме динамики космического изучения в околоземном пространстве. Геометрия радиационных поясов Земли. Ускорение частиц космического излучения. Происхождение галактических космических лучей.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 24.06.2015Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Изучение явления электромагнитной индукции. Способы получения индукционного тока в постоянном и переменном магнитном поле. Природа электродвижущей силы электромагнитной индукции. Закон Фарадея.
презентация [339,8 K], добавлен 24.09.2013Характеристика движения электронов: в вакууме, в однородном электрическом, ускоряющем, тормозящем, поперечном, магнитном полях. Использование уравнения Лапласа для описания аналитической картины электрического поля в пространстве, свободном от зарядов.
курсовая работа [883,5 K], добавлен 27.10.2011Ускорители заряженных частиц — устройства для получения заряженных частиц больших энергий, один из основных инструментов современной физики. Проектирование и испытание предшественников адронного коллайдера, поиск возможности увеличения мощности систем.
реферат [685,8 K], добавлен 01.12.2010Расчет магнитной индукции поля. Определение отношения магнитного поля колебательного контура к энергии его электрического поля, частоты обращения электрона на второй орбите атома водорода, количества тепла при охлаждении газа при постоянном объёме.
контрольная работа [249,7 K], добавлен 16.01.2012Движение материальной точки в поле тяжести земли. Угловое ускорение. Скорость движения тел. Закон Кулона. Полная энергия тела. Сила, действующая на заряд. Поверхностная плотность заряда. Электростатическое поле. Приращение потенциальной энергии заряда.
контрольная работа [378,0 K], добавлен 10.03.2009Эквивалентность движения проводника с током в магнитном поле. Закон Фарадея. Угловая скорость вращения магнитного поля в тороидальном магнитном зазоре. Фактор "вмороженности" магнитных силовых линий в соответствующие домены ферромагнетика ротора, статора.
доклад [15,5 K], добавлен 23.07.2015
