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

70819. Разработка предложений по совершенствованию методики оценки кредитоспособности физических лиц в ТКС Банк (ЗАО) 108.27 KB
  В мировой практике развитие экономики неразрывно связано с кредитом, который в свою очередь в различных формах проникает во все сферы хозяйственной жизни. Активная работа коммерческих банков в области кредитования является непременным условием успешной конкуренции этих учреждений...
70820. Учет заработной платы в филиале ОГУ «Центр социальных выплат населению г. Галича и Галичского района: состояние и совершенствование 151.38 KB
  Актуальность выбранной темы исследования объясняется зависимостью величины заработной платы от уровня жизни населения любой страны. Для подавляющего большинства людей заработная плата является основным источником дохода.
70821. Управление дебиторской задолженностью (на примере ЗАО «Страховая группа «Спасские ворота») 1.17 MB
  Научная разработанность исследования заключается в разработке научно обоснованных теоретических подходов, принципов по управлению дебиторской задолженностью, а также практических рекомендаций и методических положений по совершенствованию этого процесса...
70822. Измерения активного сопротивления 564.5 KB
  Получение навыков измерения активного сопротивления. Ознакомление с методами измерения активного сопротивления. Ознакомьтесь с принципами организации измерения активного сопротивления косвенным методом.
70823. УПРОЩЕННАЯ ПРОЦЕДУРА ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ С МНОГОКРАТНЫМИ НАБЛЮДЕНИЯМИ 401 KB
  Ознакомление с упрощенной процедурой обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями. Знакомство с методами планирования количества наблюдений получение навыков обработки результатов наблюдений и оценивания погрешностей результатов измерений.
70824. Исследование модели шинной ЛВС со случайным доступом 134.5 KB
  Исследовать особенность построения и функционирования шинной ЛВС со случайным методом доступа и определение основных характеристик сети. В результате выполнения лабораторной работы получены знания по структуре, форматам кадров и протоколам физического и канального уровней...
70825. Изучение параметров сигнала с помощью программы SpectrLAB 4.08 MB
  Записать с помощью предоставленного микрофона звуковой сигнал определенной длительности. Изучить его параметры с помощью программы SpectraLAB v4.32.8. Выполнение задания: Исходный сигнал записан в звуковом формате wav, со следующими параметрами: Длительность: 5.28 с...
70827. Дослідження аналогової інтегральної мікросхеми 597 KB
  Експериментальне визначення параметрів не потребує знання схеми і може бути здійснено як для будь-якого чотириполюсника шляхом вимірювання струмів і напруг вхідного і вихідного сигналів.