11425

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРЯДКА ВЕЛИЧИНЫ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа №11 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРЯДКА ВЕЛИЧИНЫ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Научиться определять порядок величины удельного заряда электрона по отклонению электронного пучка в магнитном поле. ПРИБОРЫ: 1. Лампа 6Е5С 2. Катушка индуктивности о

Русский

2013-04-07

972.5 KB

30 чел.

Лабораторная работа №11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРЯДКА ВЕЛИЧИНЫ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Научиться определять порядок величины удельного заряда электрона по отклонению электронного пучка в магнитном поле.

ПРИБОРЫ:

1. Лампа 6Е5С

2. Катушка индуктивности (от школьного разборного трансформатора)

3. Реостат (30 Ом).

4. Амперметр Э515 (1-2 А.)

5. Вольтметр Э514 ( 300 В.)

6. Выпрямитель ВС-24 - (1)

7. Выпрямитель ВУП (2 и 3)

8. Соединительные провода.

ТЕОРИЯ МЕТОДА

Удельный заряд электрона , величина которого сохраняется при небольших скоростях движения электрона, является одной из важных констант физики.

Если электрон, движущийся с постоянной скоростью прямолинейно, подвергается действию магнитного поля, то его траектория искривляется. Форма траектории зависит от конфигурации магнитного поля и величины его индукции, скорости электрона и угла между направлением поля и направлением скорости электрона.

В данной работе определение порядка величины удельного заряда электрона производится по отклонению электронного пучка в магнитном поле катушки. Отклонение электронного пучка удобно наблюдать в лампе 6Е5С по свечению ее экрана. Устройство лампы схематично показано на рис.1.(вертикальный разрез лампы).

Рис.1

Вакуумный триод.

Катод – К, управляющая сетка – С и анод – А составляют триод. Индикаторная часть лампы образуется катодом К, коническим экраном Э (покрытым люминофором) и проволочным усиком У, расположенным между катодом и экраном и присоединенным к аноду.

Электроны движутся от катода к аноду радиально и вызывают свечение экрана. Усик вызывает изменение формы эквипотенциальных поверхностей и силовых линий (рис.2). Электроны не долетают до экрана, в результате чего за усиком в области Т-Т образуется тень, (т.е. экран не светится там, куда не долетели электроны) тем более широкая, чем ниже потенциал усика (по сравнению с потенциалом экрана). Для проведения опыта лампа помещается в катушку (от школьного трансформатора на 220В), которая питается постоянным током.

Рис. 2.

Форма тени на экране в отсутствие магнитного поля.

Под действием магнитного поля постоянного тока катушки траектория электронов искривляется. Увеличивая ток в катушке, и тем самым индукцию магнитного поля, можно при неизменном режиме лампы добиться того, чтобы радиус кривизны ro траектории электронов, достигших края экрана, (рис.3) был равен половине радиуса экрана. В этом случае часть пучка электронов скользит по краю экрана, край тени Т-Т изгибается так, как показано на рис.3.

Рис. 3.

Форма тени на экране при наличии магнитного поля.

Под действием силы Лоренца электрон в данном случае движется по окружности, так как сила Лоренца вызывает центростремительное ускорение. Магнитное поле катушки в нашем случае направлено вертикально (перпендикулярно плоскости рисунка), электроны движутся в плоскости рисунка, это дает возможность определить направление силы Лоренца и ее величину:

(1).

Из формулы (1) находим удельный заряд электрона :

 (2),

где  v – скорость электрона,

В – индукция магнитного поля,

r0 – радиус кривизны траектории электрона.

Скорость электрона можно найти, если известно значение ускоряющей разности потенциалов , действующей на электрон между катодом и анодом:

 (3), отсюда

 (4).

Индукцию магнитного поля на середине катушки можно найти по формуле:

 (5),

где: R–средний радиус катушки,

I–ток катушки, N–число витков,

L – высота катушки.

Подставив выражения (4) и (5) в (2), получим:

 (6),

где  0– магнитная постоянная, равная 410-7 Гн/м; ;

R–средний радиус катушки, равный 4,5см;

N=490 витков (при включении катушки на 220В);

r0-радиус кривизны траектории электронов, r0 = r/2, r = 1,2 cм.

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

1. Собрать цепь питания лампы по схеме I (рис. 4) и цепь питания  катушки по схеме II. (рис.5). На панели, где установлена лампа, цифрами указаны клеммы от электродов лампы: 2,7-нить накала (на накал подаётся нерегулируемое напряжение 6,3 В от ВУП). 3, 6 – анод, 5 – сетка, 8 – катод. Напряжение на сетку не подается. Один из анодов (3) не используется, он замкнут на катод (клемма «3» соединяется с клеммой «8»).

Рис. 4.

Схема I

Рис. 5.

Схема II

2. Включить источник, дающий регулируемое анодное напряжение 2 (ВУП, 0 - 250В), поставить регулятор напряжения в среднее положение, подождать пока лампа нагреется, затем отрегулировать анодным напряжением тень на экране, чтобы она чётко выделялась. Источник переменного напряжения 3 начинаем работать при включении ВУПа в сеть

  1.  Включить источник тока 1 и, изменяя ток в катушке с помощью реостата, добиться, чтобы на экране лампы получилась такая картина, как показано на рис.3. Если несколько увеличить ток в катушке, то появится светлая полоска между краем тени и краем экрана, это говорит о том, что сила Лоренца велика, электроны возвращаются на катод.

Поскольку нужная картинка устанавливается «на глаз», предлагаемый метод не претендует на точность, определяется порядок величины е/m, погрешности не оцениваются. Ценность метода в его наглядности.

4. Снять показания вольтметра и амперметра. Анодное напряжение выше было обозначено  – ускоряющая разность потенциалов.

5. Опыт повторить 3 раза, взяв другие анодные напряжения на лампе, к ним подобрать соответствующие значения силы тока.

  1.  Измерить длину катушки. Радиус кривизны края экрана взять равным 1,2 см. Все данные внести в таблицу.



I

R

N

L

r0

e/m

(B)

(A)

(м)

-

(м)

(м)

(Кл/кг)

1

2

3

ср

Заштрихованные клетки таблицы не заполняются.

7. По формуле (6) вычислить удельный заряд электрона. Подставив наименование всех величин в формулу, получить наименование удельного заряда в СИ. По результатам трех опытов найти (е/m)ср.

8. Сравнить полученные результаты с табличным значением удельного заряда электрона

Кл/кг.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Уметь выводить формулы (5) и (6).
  2.  Уметь выводить формулы радиуса кривизны траектории, по которой заряженная частица движется в магнитном поле, и периода обращения частицы по окружности. Рассмотреть случаи, когда скорость частицы перпендикулярна направлению вектора индукции магнитного поля и не перпендикулярна.
  3.  Знать примеры устройств, в основе действия которых лежит взаимодействие  движущейся заряженной частицы с магнитным полем.
  4.  Знать устройство и принцип действия лампы 6Е5С.
  5.  Знать правило определения направления силы Лоренца.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59639. Безмежність краси української мови 91.5 KB
  Відзначення цього ювілею 24 травня у День Словянської писемності засвідчить громадськості єдність витоків всіх словянських культур належне місце серед них української культури славну історію розвитку української мови.
59640. Верба-вербиченька. Сценарій вечора-розповіді 49.5 KB
  Як широка сокорина Віти розпустила А над самою водою Верба похилилась. Скажеш одне тільки слово Україна і в уяві обовязково постають тополя в полі хрущі над вишнями калина в лузі верба край долини.
59641. Для всіх одна: Сценарій святкування Дня незалежності України 37 KB
  У кожній думі КобзаряЖиве могутня Україна. По всій землі святій землі Гриміла славна Україна. І слава Хортиці гучна І Берестечка кров невинна То все вона для всіх одна То наша вільна Україна.
59643. Знай свій рід, своє слово, свою пісню: Сценарій для молодших школярів 37 KB
  Добрий день, наші юні друзі! Сьогодні ми зібралися з вами, щоб відсвяткувати Міжнародний день захисту дітей. В усьому світі діти завжди були і є радістю для дорослих. Вони про них піклуються, опікають, намагаються віддати все краще.
59645. Можна все на світі вибиpати, сину, вибpати не можна тільки Батьківщину 35 KB
  Але це пpо ту загальну Батьківщину: Батьківщину-кpаїну Батьківщину-наpод. Це пpо неї якийсь дотепник сказав: Моя Батьківщина там де мені добpе. За неї вмиpають її пpославляють пpацею оспівують в поезіях і піснях.
59646. На Великдень: Святкове дійство 46 KB
  Діти в кошику відкривають очі похитують голівками ніби від подиху вітерця ожили: ПАСКА: Чому в мене голова Ще в мене поклали: Яйця масло молоко Цукор і сметану Дріжджі борошно і сіль Ще й для запаху ваніль.
59647. Народні символи України 36.5 KB
  У канадців наприклад клен у росіян берізка а в нас калина верба і тополя. Не було хати біля якої б не пишалась червона калина. Бувало як зацвіте калина пишним цвітом дівчата ними коси прикрашають. Калина була потрібна і в численних обрядах.