![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Исследование электростатического поля
- •Электростатическое поле
- •Метод измерений
- •Измерительная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Изучение работы цепи
- •Описание метода и установки
- •Задание к работе
- •Вопросы к защите
- •Список литературы
- •Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
- •Обоснование метода измерения
- •Описание установки и порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
Задание к работе
1. Предварительно подготовьте протокол, в котором начертите таблицу для прямых и косвенных измерений.
2. Постройте на миллиметровой бумаге необходимые оси координат.
3. Соберите электрическую схему установки. В качестве источника с электродвижущей силой и внутренним сопротивлениемrиспользуйте генератор постоянного напряжения ГПН с включенным тумблером «внутреннее сопротивление»RВНна его передней панели.
4. Изменяя сопротивление Rцепи, снимите зависимостьUотIи постройте ее график. Определите по графику путем его экстраполяции до пересечения с осями координат значения ЭДС и тока «короткого замыкания»IК.
5. Определите по формуле (10) внутреннее сопротивление rисточника тока.
6. Вычислите значения P , P1 , P2 , .
7. Постройте зависимости этих величин от тока, экстраполируя кривые и прямые до пересечения с осями координат.
Вопросы к защите
1. Закон Ома для замкнутой цепи. Физический смысл ЭДС.
2. Каким должно быть сопротивление вольтметра, чтобы измеренное им значение ЭДС совпало с истинным?
3. Дайте определение полной, полезной мощности и мощности потерь.
4. При каком условии полезная мощность будет максимальна? Докажите.
5. Проанализируйте зависимости мощностей P, P1, P2от силы тока.
6. Коэффициент полезного действия батареи. Проанализируйте зависимость = f(I).
7. Сравните полученные опытным путем зависимости с теоретическими.
8. Физический смысл напряжения, разности потенциалов.
Список литературы
1. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1964
2. Савельев И.В. Курс общей физики . - М.: Наука, т. 2, 1978 и последующие издания этого курса.
Лабораторная работа № 12
Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
Цель работы.Экспериментально определить величину удельного заряда электрона.
Обоснование метода измерения
Отметим основные особенности движения электронов. При этом будем полагать:
1) что скорость вылета электронов из катода мала, и ею можно пренебречь, т.е. Vо=0;
2) что радиус катода Rк= 0, вследствие того, что радиус анодаRa » Rк
В отсутствие магнитного поля (В= 0) электроны летят к аноду прямолинейно по радиусам под действием силы электрического поля.
(1)
Вектор
направлен
вдоль радиуса от анода к катоду. Это
движение показано на рис.2,а.
При включении
магнитного поля
на движущийся электрон будет действовать
сила Лоренцас.178-179; 2, с.117-119.
(2)
где
- заряд электрона;
- скорость движения электрона;
- индукция магнитного поля.
Согласно уравнению (2) эта сила направлена перпендикулярно скорости движения электрона и индукции магнитного поля.
На рис. 3
показано направление силы Лоренца в
момент вылета электрона из катода. Под
действием этой силы траектория движения
из прямолинейной превращается в
криволинейную. Сила Лоренца не изменяет
величины скорости, а только - ее направление
с. 118.
Пока магнитное поле невелико, все
электроны попадают на анод (рис.2,б). Чем
больше индукция магнитного поля,
тем меньше радиус кривизны траектории,
и при некотором значении
(критическое) траектория электрона
искривляется так, что только касается
анода (рис.2,в).
При
>
электроны не достигают анода (рис.2,г),
и анодный ток падает до нуля. Следует
отметить, что траектории движения
электронов не представляют собой
окружности, так как скорости электронов
изменяются под действием силы
электрического поля. Траектория движения
в этом случае представляет собой
эпициклоиду.
Рис.2
Характеристика магнетрона - зависимость анодного тока Iаот индукции магнитного поляВпоказана на рис.4. Если исходить из предположения, что для всех электроновV0= 0, то зависимость Iа=f(B)должна имеет вид кривой 1 (рис.4). Практически же получаемые характеристики имеют вид кривой 2 на рис.4. Это происходит от того что электроны, движущиеся от катода к аноду, имеют различные скорости (V00), кроме того, всегда существует некоторое отступление от строгой симметрии в размерах цилиндрических электродов.
Экспериментальное определение
критического магнитного поля Вкрпозволяет рассчитать удельный заряд
электрона.
Рассмотрим эту возможность.
В условиях критического магнитного поля ВКРдля электронов, попадающих на анод (определяющих величину анодного тока), справедливо следующее: на пути от катода к аноду ускоряющее электрическое поле совершит работу по перемещению электрона, равнуюА = еU. Согласно закону сохранения энергии
, (3)
где U- анодное напряжение;е- заряд электрона;m- масса электрона;VКР.- критическая скорость электрона.
При
коаксиальной конструкции катода и анода
ускорение электрона электрическим
полем осуществляется в основном в
небольшой области вблизи катода.
Следовательно, в остальной области
ускорение электрона связано только с
силой Лоренца.
Тогда, согласно второму закону Ньютона, можно записать
(4)
Так как сила
Лоренца
перпендикулярна
скорости движения электрона
,
то
в уравнении (4) является нормальным
ускорением и, следовательно,
,
гдеrКР.- радиус кривизны траектории электрона
при критическом магнитном поле.
Уравнение (4) может быть записано
(4х)
В условиях ВКР , rКР
=
(рис.2,в). Из соотношений (3) и (4х)
следует
(5)
Так как магнитное поле создается соленоидом, длина которого намного больше его диаметра, то
, (6)
где 0- магнитная постоянная;- относительная магнитная проницаемость среды (= 1);IКР- критический ток через соленоид;N- число витков соленоида;l- длина соленоида.
Согласно (5) с учетом (6), находим
. (7)
Теперь можно определив магнитное поле
ВКРили соответствующий ток
соленоидаIКР,
при котором электроны перестают попадать
на анод, пользуясь уравнением (7),
рассчитать удельный заряд электрона.