Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
lg2_4s (1).docx
Скачиваний:
5
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
788.21 Кб
Скачать

3.1. Краткое описание экспериментальной установки

Принципиальная схема установки и ее внешний вид представлены на рис. 5 и 6, соответственно.

Т-г

Рис. 5. Принципиальная схема установки.

МС

СК, A

П

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА Б5-49

РЕЖИМ СТАБИЛИЗАЦИИ

1

0

0

СЕТЬ

НАПРЯЖ

ТОК

mA

0-99.9 V;0-999mA

ВКЛ.

К

а b

Рис. 6. Внешний вид установки.

Здесь: a, b – клеммы источника напряжения U постоянного тока; K – выключатель источника питания; A – амперметр источника напряжения, контролирующий ток в витках катушки тангенс-гальванометра; R1, R2, R3 – активные сопротивления дискретного реостата источника питания; СК – скользящий контакт штурвального зубчатого колеса дискретного реостата источника питания (совмещен с амперметром А); П – двухполюсный переключатель (тумблер), позволяющий менять направление тока в витках катушки тангенс-гальванометра; Т-г – тангенс-гальванометр, состоящий из короткой по длине катушки и свободно вращающейся магнитной стрелки МС, помещенной в центр катушки.

  1. Методика проведения эксперимента

    1. Установить плоскость катушки тангенс-гальванометра в плоскости магнитного меридиана Земли. Для этого надо совместить вертикальную плоскость катушки с направлением магнитной стрелки МС.

    1. Включить источник питания, замкнув ключ К.

    1. Задать одно из направлений тока I в катушке, установив рычажок тумблера П, например, в крайнее верхнее положение.

    1. С помощью переключателя СК установить по очереди значения силы тока 100, 300 и 500мА, по ходу фиксируя соответствующие углы отклонения i магнитной стрелки МС. Результаты занести в таблицу 1.

    1. После этого задать другое направление тока I в катушке, переведя рычажок тумблера П в противоположное крайнее положение.

    1. Проделать действия из п.4, определяя значения углов 'i . Результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1.

№ п/п

I

, мА

, 

, 

iCP

,

Н, А/м

H

i

, А/м

i

i

i

1

100

2

200

3

300

Средние значения Hi ср

и

Hi

ср

3.3. Обработка результатов экспериментов

  1. По данным таблицы 1 вычислить средние арифметические значения углов отклонения магнитной стрелки для каждого значения силы тока Ii в катушке тангенс-гальванометра по формуле

i



iC

i .

2

2. По формуле (5) при



вычислить

H

i

для

каждого значения силы тока I

i

в катушке тангенс-

i

iC

гальванометра. Результаты занести в таблицу 1.

  1. Рассчитать абсолютную ошибку измерений и результат представить в виде

H Hcp H cp .

  1. Рассчитать относительную ошибку измерений

H



cp

.

H cp

Лабораторная работа 4-03

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

  1. Цель работы: определение удельного заряда электрона по его движению в скрещенных магнитном и электрическом полях..

  1. Теоретические основы. Характер движения в траектории заряженной частицы в электростатическом и магнитном полях зависит не от заряда q или массы т в отдельности, а лишь от отношения q/m. Величина q/m называется удельным зарядом данной частицы. Чем меньше q/m (т.е. чем меньше заряд и больше масса частицы), тем меньше изменяется по величине и направлению скорость частицы в данном поле. Измеряя скорости и траектории частиц, движущихся в электрическом и магнитном полях, можно определить величину и знак их удельного заряда. Если известен заряд частицы, то, измерив q/m, можно найти ее массу и определить, что это за частица. Этот принцип лежит в основе масс-спектрометрического анализа.

Величина удельного заряда может быть измерена различными методами. В данной работе используется «метод магнетрона», в котором используется отклонение магнитным полем электрона, движущегося ускоренно под действием электрического поля, перпендикулярного магнитному. На заряженную частицу, движущуюся со скоростью v в однородном

(одинаковом во всех точках пространства) магнитном поле с индукцией В, действует сила Лоренца:

(1)

F

qv B .

л

Величина этой силы зависит от угла β между векторами v и B и равна

Fл qvBsin .

(2)

Fл

qvB .

В случае, когда v  B , сила Лоренца равна

(3)

Взаимная ориентация векторов v ,

B и

Fл показала для

случая положительного заряда (q

> 0) на рис. 1а, а для

отрицательного (q < 0) – на рис. 1б.

B

B

Fл

v

v

а)

Рис. 1.

б)

Fл

При движении частицы в постоянном (не зависящем от времени) магнитном поле скорость ее движения может изменяться лишь по направлению, так как сила Лоренца перпендикулярна скорости и работы не совершает. Изменение скорости по величине или изменение кинетической энергии обусловлено действием электрического поля. Поэтому можно

mv2

mv02

записать, что изменение кинетической энергии равно:

eU ,

(4)

2

2

где U – разность потенциалов электрического поля, v 0 – начальная скорость электронов. Для случая v 0 = 0 получаем

mv2

eU или v

2

e

U .

(5)

2

m

Магнетрон (рис. 2) представляет собой электровакуумный диод с цилиндрической конфигурацией электродов, помещенный в магнитное поле соленоида. Электрическое поле между электродами К и А служит для создания анодного тока, а магнитное поле соленоида С – для изменения величины этого тока. В отсутствие магнитного поля (В = 0) электроны, вылетающие из подогреваемого катода К, движутся к аноду А прямо по радиусам действия электрического поля, обусловленного разностью потенциалов U, приложенной между анодом и катодом (рис. 3а). При включении постоянного тока IC в соленоиде его магнитное поле, направленное перпендикулярно скорости (рис. 2), начнет действовать на электроны и отклонять их. Под действием отклоняющей силы Лоренца траектория электронов станет криволинейной (рис. 3б).

K

B 0

B Bкр

K

A

K

Fл

rA

U

A

Рис. 3

C

a

Fл

A б

B Bкр

B Bкр

A

K

K

B

B

Рис. 2.

ra

A

в

г

I

a

С ростом тока IC в соленоиде, а значит и с ростом магнитного поля

теоретическая

В, траектории электронов все больше искривляются под действием

возрастающей силы Лоренца. При некотором критическом

Рис. 4.

значении IC

= IC кр (B = Bкр) траектории искривляются так, что

касаются только поверхности анода (рис. 3в). При IC > IC кр (B > Bкр)

радиус кривизны траектории уменьшается, и электроны не

достигают анода (рис. 3г). Анодный ток должен прекратиться.

экспериментальная

Такая зависимость анодного тока от тока соленоида (или индукции

магнитного поля, созданного током соленоида) показана на рис. 4

штриховой линией. Однако реальная зависимость имеет не

ступенчатый,

а плавный спад (сплошная

линия на рис. 4). Это

Bкр (Ic кр)

связано с тем, что электроны имеют различные скорости и при

B

одном и том же значении В (значении IC) на них действуют разные

силы Лоренца, следовательно, они имеют различные траектории. Если считать, что соленоид создает однородное магнитное

поле, перпендикулярное скорости, то траектории электронов в таком поле будут представлять собой окружности с

различными радиусами R. Сила Лоренца является центростремительной, поэтому можно записать

F evB

mv2

,

(6)

л

R

откуда

v 

eRB

.

(7)

m

e

2U

Приравняв (7) и (5), получим

.

(8)

m

B2 R2

Предположим, что скорости всех электронов одинаковы. Тогда критическое значение тока соленоида (критическое значение индукции магнитного поля) для всех электронов будет одинаковым. При этом траектории всех электронов будут представлять собой окружности с диаметром, равным расстоянию между катодом и анодом 2R = ra. Если известно число витков соленоида N, то индукцию магнитного поля можно вычислить по величине питающего соленоид постоянного тока:

B



I

N

,

(9)

кр

0

C кр

l

где l – длина соленоида, μ0 – магнитная постоянная. Следовательно, удельный заряд электрона можно рассчитать по формуле

e

8U

.

(10)

ra 0 IC кр

2

m

N

l

Таким образом, характерная особенность метода заключается в том, что изменением магнитного поля достигается наперед заданная траектория электронов, при которой они не могут попасть на анод лампы, хотя на них действует электрическое поле. Следовательно, опыт сводится к снятию так называемой сбросовой характеристики лампы, т.е. к снятию зависимости Ia от IC (или В). Резкий спад этой кривой соответствует искомым критическим условиям работы магнетрона.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]