36704

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ

Лабораторная работа

Физика

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №22 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ Цель работы: Определение опытным и расчетным путем индукции магнитного поля на оси соленоида с помощью законов движения электрона в электрическом и магнитном полях. С соленоид служащий для создания магнитного поля; А амперметр для...

Русский

2013-09-23

290 KB

70 чел.

PAGE  5

Московский государственный университет

путей сообщения РФ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

Институт, группа ИУИТ, УИС-111  К работе допущен____________________

        (Дата, подпись преподавателя)

Студент Дмитриева Е. В.        Работа выполнена___________________

 (ФИО студента)      (Дата, подпись преподавателя)

Преподаватель Пыканов И. В.   Отчёт принят_______________________          (Дата, подпись преподавателя)

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №22

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ

  1.  Цель работы:

 Определение опытным и расчетным путем индукции магнитного поля на оси соленоида с помощью законов движения электрона в электрическом и магнитном полях.

2. Принципиальная схема установки (или её главных узлов):

                       Анод

    Подписи к рис. 2.

                                                          С - соленоид, служащий для создания магнитного поля;

А - амперметр - для измерения тока соленоида;

Va- вольтметр - для измерения анодного напряжения;

П - потенциометр - для регулирования анодного напряжения;

мА - миллиамперметр - для измерения анодного тока лампы 

           Рис. 1

Рис.2
3. Основные теоретические положения к данной работе
(основополагающие утверждения: формулы, схематические рисунки):

Данная работа посвящена изучению движения электронов, которое происходит в кольцевом пространстве, заключенном между катодом и анодом электровакуумного диода. Катод лампы, имеющий форму длинной нити, располагается вдоль оси цилиндрического анода, так что электрическое поле между анодом и катодом имеет радиальный характер.

Лампа помещается внутри соленоида, создающего однородное магнитное поле, параллельное оси анода. При этом между анодом и катодом вектор индукции магнитного поля перпендикулярен вектору напряженности электрического поля.

В отсутствие внешнего магнитного поля (B=0) электроны движутся к аноду по радиусам. Под действием магнитного поля траектории искривляются, при этом радиусы кривизны траектории зависят от их скорости. В слабом магнитном поле это искривление незначительно, электроны попадают на анод, и анодный ток имеет такое же значение, как и в отсутствие магнитного поля. При некотором критическом значении индукции магнитного поля В траектории электронов касаются поверхности анода, анодный ток резко падает. При В>Вkp электроны нe достигают анода и ток через лампу прекращается.

Как видно из рисунка, каждая из трaекторий электрона имеет непостоянную кривизну, что обусловлено его движением от катода к аноду с переменной скоростью.

Начальные скорости электронов эмиссии различны. Это сказывается на характере спада анодного тока. Из-за неодинаковости начальных скоростей электронов радиусы кривизны их траекторий при одних и тех же величинах индукции магнитного поля различны. Поэтому резкий спад анодного тока происходит не при одном значении, а в достаточно широком интервале значений магнитной индукции. Сглаживание кривой, изображающей зависимость анодного тока от величины магнитной индукции, может быть вызвано также неполной коаксиальностью анода и катода и неточностью ориентирования внешнего магнитного поля относительно оси катода.

Эксперимент заключается в том, что при заданном напряжении между анодом и катодом лампы фиксируется ее анодный ток при различных значениях индукции магнитного поля на оси соленоида. Результаты этих измерений позволяют определить критическое значение магнитной индукции, при котором величина анодного тока резко падает.

Считая соленоид бесконечно длинным, можно полагать, что величина индукции магнитного поля в соленоиде B прямо пропорциональна силе тока Ic текущего в его обмотке,

                                          

(1)

где К - коэффициент, зависящий от конструкции соленоида. Тогда из графика зависимости Ia=f(Ic) определяется значение тока соленоида, соответствующего критическому режиму Ic kp, а затем из формулы (1) вычисляется значение Bkp (коэффициент К указан на стенде).

Значение Вkp, можно получить и расчетным путем. На электрон, движущийся в однородном магнитном поле, действует сила Лоренца:

(2)

модуль которой

 

(3)

где е - модуль заряда, V - скорость электрона, В - индукция магнитного поля, α - угол между направлениями векторов V и В.

В рассматриваемом случае векторы V  и В взаимно перпендикулярны и величина силы Лоренца равна

(4)

Будучи перпендикулярной вектору скорости электрона в любой точке траектории, эта сила является центростремительной. Тогда уравнение движения электрона имеет вид

(5)

где    m - масса 'электрона,

         r - радиус кривизны его траектории.


Из формулы (5) следует, что

 

       (6)

В критическом режиме радиус кривизны траектории электрона приближенно можно считать равным половине радиуса анода

(7)

При движении электрона между анодом и катодом лампы электрическое электрическое поле совершает работу, которая идет на увеличение кинетической энергии электрона. Пренебрегая начальными скоростями электронов, имеем

(8)

где  Uа - анодное напряжение.

Тогда, учитывая соотношения (1), (6)-(8), получаем следующее выражение для вычисления критического значения индукции магнитного поля

 (9)

Эта величина сравнивается со значением Вкр, полученным экспериментально, и по их совпадению судят о правильности выбранных исходных положений, использованных для описания движения электронов во взаимноперпендикулярных электрическом и магнитном полях, а также о работоспособности экспериментальной установки.


4. Таблицы и графики

Таблица 1. Результаты измерений.

 

Ua1=6,В

Ua2=8,В

Ua3=10,В

 

Ic,A

Ic,A

Ic,A

1

0,25

0,09

0,11

0,13

2

0,5

0,08

0,1

0,12

3

0,75

0,07

0,09

0,11

4

1

0,05

0,07

0,09

5

1,25

0,03

0,05

0,08

6

1,5

0,02

0,03

0,05

7

1,75

0,008

0,02

0,03

8

2

0,004

0,008

0,02

9

2,25

0,001

0,004

0,008

10

2,5

0,0005

0,002

0,005

0

0,1

0,11

0,13

Таблица 2. Результаты вычислений.

 

эксперементальные

теоретические

 

Ua (B)

Ic кр (A)

Вкр (Тл)

Ic кр (A)

Вкр (Тл)

6

1

0,00421

1,225639397

0,005159942

8

1,25

0,0052625

1,415246471

0,005958188

10

1,5

0,006315

1,582293657

0,006661456

              5. Расчёт погрешностей измерений 

(указать метод расчёта погрешностей).

Расчет процентного расхождения Ic кр (эксп) и Ic кр (теор):

Ic кр (эксп) – 100%

Ic кр (теор) – х%

для Ua1=6,В  х=123%

для Ua2=8,В  х=112,8%

для Ua3=10,В х=105,3%

Подпись студента:


Лист – вкладыш

5. Расчёт погрешностей измерений (продолжение):


7. Дополнительная страница

(для размещения таблиц, теоретического материала и дополнительных сведений).


EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54171. Особливості навчання математиці дітей із затримкою психічного розвитку в умовах якісної освіти 450.5 KB
  Поданий матеріал може бути використаний вчителями математики, які працюють як в спеціалізованих класах корекції для дітей із затримкою психічного розвитку, так і звичайних класах загальноосвітньої школи. В посібнику відображені питання класифікації дітей із затримкою психічного розвитку, зазначені причини затримки розвитку, подана характеристика дітей даної категорії та визначені особливості їх навчальної діяльності на уроках математики.
54172. Применение свойств действий при вычислениях и решении уравнений в 5-м и 6-м классах 151.5 KB
  На усвоение этих свойств достаточно на такой ранней стадии устные упражнения с дальнейшим переходом к письменным упражнениям, развивая у учеников умение и навыки работы с числовыми выражениями, решении уравнений без использования правил нахождения неизвестного компонента действия: развивая у учеников творческий подход к решению математических задач.
54173. Система практичних завдань при вивченні математики у 5-6 класах 199.5 KB
  Звичайно в шкільних підручниках є задачі-розрахунки, в основу яких покладено залежності між величинами, які часто зустрічаються в житті, між компонентами руху; між ціною, кількістю і вартістю; між продуктивністю праці, часом роботи і одержаною продукцією; розрахунки часу; знаходження периметрів, площ; обчислення витрат різних матеріалів тощо.
54174. Система дидактичних умов пізнавальної діяльності учнів на уроках математики 119.5 KB
  Система дидактичних розумів розвитку пізнавальної діяльності учнів на уроках математики. Розвиток пізнавального інтересу учнів. Прийоми активізації пізнавальної діяльності учнів на уроках математики. Інтерактивні технології навчання спосіб створення умов залучення учнів до пізнавальної діяльності.
54175. Первісна. Інтеграл. Застосування інтегралу при розвязуванні задач економічного змісту 690.5 KB
  Група студентів ділиться на чотири команди. На першому етапі заняття проводиться узагальнення та систематизація знань учнів з теми, розглядаються учнівські презентації про виникнення інтегралу та його використання. На другому етапі – пояснення нового матеріалу, потім його закріплення в вигляді створення проектів кожною підгрупою.
54176. Развитие культуры в условиях нижнего и среднего палеолита 33 KB
  Одним из важнейших способов выживания человека в первобытную эпоху стал беспрерывный процесс познания окружающего мира. На раннем этапе жизни человека предметом познания и осмысления является природа, от которой напрямую зависит жизнь человеческого общества.
54177. Новые информационные технологии в профильном обучении математики на примере темы „Многогранники” в 11 классе 827.5 KB
  Рассмотрение различных случаев взаимного расположения диагоналей ребер и граней многогранника использование для этого моделей и готовых чертежей способствует развитию пространственных представлений учащихся их интуиции Рис. Особо подчеркиваются характеристические свойства призмы.
54178. Видатні вчені на уроках математики 165 KB
  Задача 2 Вирішивши поділити всі свої заощадження між усіма синами хтось склав такий заповіт: Старший з моїх синів повинен отримати 1000 франків і 1 8 частину остачі; наступний 2000 франків і 1 8 нової остачі; третій син 3000 франків і 1 8 частини третьої остачі і т. Так як усі сини отримали порівну то 1 8 частина кожної нової остачі була на 1000 франків менше 1 8 частини попередньої остачі тобто уся нова остача була на 8000 франків менше попередньої. Так як за умовою усі гроші були розділені повністю то коли молодший син отримав по...
54179. Видатні вчені на уроках математики: Евклід, Б.В.Гнеденко, Карл Фрідріх Гаусс 110 KB
  Евклід (бл.365 – бл.300 до н. е.) – старогрецький математик визнаний основоположник математики. Родом з Афін, учень Платона. Автор найдавніших трактатів з математики. Основна праця «Начала» (латинізована назва «Елементи») включає в себе 15 книжок, у яких міститься систематизований вклад геометрії, а також деяких питань теорії чисел.