Лабораторная работа №13 (часть1).

Движение заряда в электрическом поле.

1. Краткая теория.

На частицу с зарядом q, помещенную в электрическом поле с напряженностью, действует сила

В однородном электрическом поле заряженная частица движется по параболе, аналогично движению тела под действием силы тяжести вблизи поверхности Земли.

В плоском конденсаторе величина напряженности поля E связана с разностью потенциалов U на пластинах, расстояние между которыми d, соотношением

E = U/d.

2. Движение заряда в электрическом поле

Компьютерная модель, которая используется в работе, соответствует электрону, хотя исследуемые закономерности движения присущи также произвольной частице с зарядом q и массой m. Кроме того, предполагается, что действием силы тяжести на частицу можно пренебречь.

Контрольное задание 1

Теперь вам необходимо выполнить вариант задания, указанный преподавателем, из следующего списка. Полученные результаты необходимо занести в лабораторную тетрадь.

Вариант 1.

Электрон влетает в середину плоского воздушного конденсатора параллельно его пластинам со скоростью v_ox = 5 Мм/с. Расстояние между пластинами d = 2 см, разность потенциалов U = 10 В. Найти отклонение электрона, вызванное полем конденсатора, если длина его пластины l = 7 см.

Вариант 2.

Узкий поток электронов в вакууме пролетает сквозь плоский конденсатор параллельно его пластинкам на равном расстоянии от них и заставляет светиться флюорисцирующий экран, находящийся в конце конденсатора. При наложении на конденсатор напряжения U = 6 В светящееся пятно на экране смещается на y = - 8,2 мм. Расстояние между пластинками конденсатора d = 20 мм; длина конденсатора l = 7 см. Определить скорость электрона v_ox.

Вариант 3.

Поток электронов влетает в пространство между пластинками плоского конденсатора на равном расстоянии от них со скоростью v_ox = 5 Мм/с. Какое самое меньшее напряжение нужно наложить на конденсатор, чтобы электроны не вылетали из него, если размеры конденсатора таковы: длина конденсатора l = 7 см; расстояние между пластинками d = 2 см?

Вариант 4.

Электрон, движущийся со скоростью v_ox = 4,5 Мм/с, влетает в пространство между двумя пластинками на равном расстоянии от них. Длина пластинок конденсатора l = 7 см; расстояние между пластинками d = 2 см. На конденсатор наложено напряжение U = 6 В. На сколько увеличится скорость электрона по выходе его из конденсатора по сравнению с начальной?

Вариант 5.

Электрон со скоростью v_ox = 4,8 Мм/с влетел в пространство между пластинами плоского конденсатора, заряженного до разности потенциалов U = 8 В, по линии, параллельной пластинам и находящейся в середине между ними. Расстояние между пластинами d = 2 см. Длина пластин конденсатора в направлении полета электрона l = 7 см. Определить на каком расстоянии от края ближашей пластины он вылетает из конденсатора.

Вариант 6.

Электрон, летевший горизонтально со скоростью v_ox = 3 Мм/с, влетел в однородное электрическое поле напряженностью E = 8 кВ/м, направленное вертикально вверх. Какова будет вертикальная составляющая v_oy и величина скорости электрона v_o через t = 3,6 нс?

Вариант 7.

Электрон влетел в пространство между пластинами плоского конденсатора по линии, параллельной пластинам и находящейся в середине между ними, со скоростью v_ox = 4,6 Мм/с. На сколько приблизится электрон к положительно заряженной пластине за время движения внутри конденсатора, (поле считать однородным), если расстояние между пластинами d = 2 см, разность потенциалов U = 6 В и длина пластин l = 7 см?

Вариант 8.

Электрон влетел в плоский конденсатор, находясь на одинаковом расстоянии от каждой пластины и имея скорость v_ox = 4,9 Мм/с, направленную параллельно пластинам. Расстояние между пластинами d = 2 см, длина каждой пластины l = 7 см. Какую наименьшую разность потенциалов U нужно приложить к пластинам, чтобы электрон не вылетел из конденсатора?

Вариант 9.

В пространство между двумя параллельными заряженными пластинами, расстояние между которыми равно d = 20 мм, параллельно пластинам влетает электрон со скоростью v_ox = 2 Мм/с. Разность потенциалов между пластинами равна U = 8 В. Найти отклонение электрона от первоначальной траектории на пути в x = 3 см.

Вариант 10.

Расстояние между пластинами управляющего конденсатора электроннолучевой трубки d = 20 мм, длина пластин l = 70 мм. На какое расстояние сместится электрон, влетающий в конденсатор со скоростью v_ox = 4,3 Мм/с параллельно пластинам, к моменту выхода из конденсатора, если на пластины подано напряжение U = 4 В?

Вариант 11.

Однородное электрическое поле напряженностью E = 4500 В/м направлено снизу вверх. Под углом к этому полю влетает электрон с составляющими скорости v_ox = 1,9 Мм/с и v_oy = 3,8 Мм/с. Каковы дальность полета (считая от места входа в поле по горизонтали) и наибольшая высота поднятия электрона?

Вариант 12.

Электрон влетел в плоский конденсатор, имея скорость v_ox = 1 Мм/с, направленную параллельно пластинам. В момент вылета из конденсатора направление скорости электрона составляло угол  = 15^о с первоначальным направлением скорости. Определить разность потенциалов U между пластинами (поле считать однородным), если длина пластин l = 7 см и расстояние между ними d = 2 см.