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

68021. Принципы построения многопроцессорных вычислительных систем 18.21 KB
  Отметим что начать исследование проблемы синтеза интеллектуальных систем представляется целесообразным с обзора существующих научных взглядов проблем достижений и перспектив в области построения многопроцессорных вычислительных систем. Ведь как мы уже определили выше интеллектуальная...
68022. История противодействия коррупции в российском государстве - период до 1917 года 37.22 KB
  История коррупции не уступает по древности истории человеческой цивилизации. Коррупция в России - наиболее сложное и неоднозначное явление, специфичность которого связана с особым менталитетом, присущим россиянам.
68024. Протокол RIP (Routing Information Protocol) 121 KB
  В соответствии с протоколом RIP любая машина может быть маршрутизатором. В основу алгоритма маршрутизации по протоколу RIP положена простая идея: чем больше шлюзов надо пройти пакету тем больше времени требуется для прохождения маршрута. Другая идея которая призвана решить проблемы RIP...
68026. Психические явления. Познавательные явления 19.3 KB
  Внимание как особенность всех психических процессов. Внимание –это сосредоточение психической деятельности человека на одном и том же объекте в данное время и при данных условиях. Внимание является особенностью всех процессов. Внимание к вещи которая интересна.
68028. Нарушение эмоционально-волевой сферы 32.19 KB
  Гипербулия – это общее повышение воли, затрагивающее все основные влечения человека. Гипобулия – понижение волевой активности (вялость, отсутствие потребности в общение. Ступор – полная или частичная обездвиженность, к нарушением воли так же можно отнести негативизм. Клептомания – кража ненужных вещей.
68029. Матвей Иванович Афонин (1739-1810 гг.) 494.24 KB
  XVIII век в истории России - это жестокий, даже беспощадный век правления Петра I, решившего в короткие сроки изменить Россию, время стрелецких бунтов и дворцовых переворотов, правления Екатерины Великой, крестьянских войн и усиления крепостного права. Но в то же время для этого периода русской...