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

29 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

34215. Породообразующая роль организмов 36.03 KB
  В образовании органогенной породы принимают участие как скелетные остатки так и продукты жизнедеятельности. В органическом породообразовании самую большую роль играют высшие растения. Организмы принимают участие и в образовании особых известковых форм рельефа океанов и морей – рифовых построек различного типа: береговые и барьерные рифы атоллы биостромы биогермы. В образовании ископаемых и современных рифов принимают участие различные организмы.
34216. Условия обитания животных в океанах и морях 22.64 KB
  Водя является легко проницаемой средой для активно передвигающихся животных. Существование в воде водорослей и бактерий обеспечивает жизнь очень многих животных. Скопление органического детрита поступающего с суши обеспечивает обильное развитие водорослей бурых зелёных багряных а те в свою очередь создают благоприятные условия для жизни многих животных – фораминифер червей моллюсков иглокожих ракообразных.
34220. Современная биология 15.61 KB
  Ламарком происходит от двух греческих слов: bios жизнь и logos наука. Так ботаническими науками являются: микология наука о грибах; альгология наука о водорослях; бриология наука о мхах и т. К зоологическим наукам относятся: протозоология учение о простейших; гельминтология о паразитических червях; арахнология о паукообразных; энтомология о насекомых и т. К морфологическим наукам относятся: анатомия изучающая макроскопическую организацию животных и растений; гистология наука о тканях и о...