- •Оглавление
- •Введение
- •Условные обозначения в электрических схемах
- •Инструкция № 40
- •Общие положения
- •Правила поведения и обязанности студентов при выполнении лабораторных работ в учебных лабораториях кафедры
- •Подготовка к лабораторной работе
- •Порядок допуска к выполнению лабораторной работы
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Форма представления результата
- •Форма представления результата
- •Построение графиков
- •Пример построения графика
- •График зависимости длины стержня от растягивающей нагрузки
- •1. Электростатическое поле
- •1.1. Напряженность электрического поля
- •1.2. Потенциал
- •1.3. Связь между напряженностью и потенциалом
- •1.4. Линии напряженности и поверхности равного потенциала
- •1.5. Проводники в электростатическом поле
- •1.6. Электроемкость
- •1.7. Диэлектрики в электростатическом поле
- •Лабораторная работа №1 изучение электростатического поля
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •1. Дно ванны заполните водой.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 изучение электроемкости конденсаторов
- •Методика и техника эксперимента
- •Задание 1. Определение баллистической постоянной
- •Задание 2. Определение емкостей исследуемых конденсаторов
- •Задание 4. Измерение емкости последовательно соединенных конденсаторов
- •Контрольные вопросы
- •II. Постоянный электрический ток
- •2.1. Электрический ток, его характеристики и условия существования
- •2.2. Закон Ома в дифференциальной форме с точки зрения классической теории проводимости металлов (ктпм)
- •2.3. Обобщенный закон Ома
- •2.4. Закон Джоуля-Ленца
- •2.5. Разветвлённые цепи. Правила Кирхгофа
- •Лабораторная работа №3 исследование цепи постоянного тока
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4 экспериментальное изучение правил кирхгофа
- •Методика и техника эксперимента
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Вариант 1
- •I. Определение сопротивления r1
- •II. Определение сопротивления r2.
- •IV. Определение общего сопротивления при параллельном соединении сопротивлений r1 и r2
- •Вариант 2
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 определение удельного сопротивления нихромовой проволоки
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Измерения и вычисления для схемы 1
- •Измерения и вычисления для схемы 2
- •Справочные данные и параметры установки
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №8 изучение температурной зависимости сопротивления проводников
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •III. Электрический ток в вакууме
- •Лабораторная работа №9. Определение работы выхода электрона из металла
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №10. Изучение работы трехэлектродной лампы
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •IV. Постоянное магнитное поле
- •4.1. Магнитное поле и его характеристики. Закон Ампера.
- •(Нерелятивистский случай)
- •4 .3. Закон Био-Савара-Лапласа
- •4.4. Индукция магнитного поля соленоида
- •4.5. Магнитный поток
- •4.6. Действие магнитного поля на заряды
- •4.7. Электромагнитная индукция
- •V. Магнитное поле в веществе
- •5.1. Магнитные моменты электронов и атомов
- •5.3. Намагниченность
- •5.4. Магнитное поле в веществе
- •5.5. Ферромагнетики
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 13. Определение удельного заряда электрона
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14. Изучение явления взаимной индукции
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15. Определение индуктивности катушки с помощью моста максвелла
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 16. Изучение работы трансформатора переменного тока
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 17. Изучение гистерезиса ферромагнитных материалов
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •VI. Электромагнитные колебания
- •6.1. Колебательный контур
- •6.2. Затухающие колебания
- •6.3. Вынужденные колебания
- •6.4. Резонанс
- •Лабораторная работа № 18. Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 19. Изучение вынужденных колебаний в колебательном контуре
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 20. Измерение мощности переменного тока и сдвиг фаз между током и напряжением
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 21. Выпрямление переменного тока с помощью мостовой схемы
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Приложение Основные физические постоянные (округленные значения)
- •Работа выхода электронов
- •Греческий алфавит
- •Множители и приставки
- •Электричество и магнетизм
- •664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Контрольные вопросы
1. Какими физическими величинами характеризуется магнитное поле? В каких единицах они измеряются?
2. Какие существуют гипотезы относительно происхождения магнитного поля Земли?
3. Запишите закон Био-Савара-Лапласа. Примените его к расчету напряженности (или индукции) магнитного поля в центре кругового тока.
4. В чем заключается принцип суперпозиции полей?
5. Опишите принцип работы тангенс-гальванометра и выведите расчетную формулу.
Лабораторная работа № 12. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
Цель работы: определение удельного заряда электрона по сбросовым ха- рактеристикам магнетрона, полученным при различных анодных напряжениях.
Приборы и оборудование: кассета ФПЭ-03, источник питания, цифровой амперметр (миллиамперметр).
Методика и техника эксперимента
Удельным зарядом электрона называют отношение электрического заряда частицы к ее массе e/m. Существуют различные методы определения удельного заряда электрона, в основе которых лежат результаты исследования движения электрона в электрическом и магнитном полях. В данной работе используется метод магнетрона. Называется он так потому, что конфигурация полей в нем напоминает конфигурацию в магнетронах – генераторах электромагнитных колебаний сверхвысоких частот. В данном методе магнетрон – это электронная вакуумная лампа, в которой катод и анод образуют коаксиальную систему, помещенную в продольное однородное магнитное поле, создаваемое соленоидом, соосным электронной лампе. Принципиальная схема установки приведена на рис. 5.9.
К
В ылетающие из катода электроны движутся в скрещенных электрическом и магнитном полях (напряженность Е направлена по радиусу от анода к катоду, индукция В – вдоль оси цилиндрической системы).
Э лектроны, вылетающие из катода лампы при отсутствии тока в соленоиде, движутся радиально к аноду. При включении тока в соленоиде создается магнитное поле, параллельное оси лампы и на электроны начинает действовать сила Лоренца. Под действием этой силы траектория электронов искривляется. Пути электронов изображены на рис. 5.10.
Д ля каждого данного напряжения между катодом и анодом существует некоторое критическое значение магнитной индукции Вк, при котором траектории электронов как раз касаются поверхности анода. Если В<Вк, то все электроны доходят до анода и ток через магнетрон имеет то же значение, что и без магнитного поля. Если же В>Вк, то ни один электрон не достигает анода и ток через лампу равен нулю. Зависимость величины анодного тока от величины индукции магнитного поля имеет вид изображенный на рис. 5.11.
Однако при В = Вк вместо резкого отрыва тока (пунктирная линия) наблюдается размытый спад кривой. Это объясняется различного рода несовершенствами устройства магнетронов и условий опыта, например, не идеальная коаксиальность катода и анода, краевые эффекты, наличие остаточного газа в лампе, падение напряжения вдоль катода и др. Все же перелом кривой остается достаточно резким и может быть использован для определения удельного заряда электрона. Величина индукции магнитного поля соленоида определяется по формуле:
Вк = , (5.12)
где µ0 = 4π·10-7Гн/м – магнитная постоянная; L – длина соленоида; D – диаметр соленоида; N – число витков соленоида.
Удельный заряд электрона связан с критическим значением магнитной индукции соотношением:
, (5.13)
где Uа – анодное напряжение, rа – радиус анода.
Порядок выполнения работы
Включить установку, дать ей прогреться в течение 5 минут.
Заполнить таблицу с данными о приборах, используемых в работе.
Установить анодное напряжение Uа = 50 В.
Изменять значения тока в соленоиде iC в пределах от 2,2 А до 0,4 А с интервалом 0,2 А и с помощью миллиамперметра определять соответствующие значения анодного тока ia (цена деления шкалы миллиамперметра 0,1 mА). Результаты измерений записать в таблицу 5.2.
Установить анодное напряжение Ua = 40 В.
Повторить пункт 3, изменяя значения тока в соленоиде iC в пределах от 2,2 А до 0,6 А с тем же интервалом. Результаты измерений также записать в таблицу 5.2.
Повторить пункт 3 для анодного напряжения Ua =30 В, изменяя ic в пределах от 2,2 А до 0,8 А. Соответствующие результаты записать в таблицу 5.2.
8. Используя полученные результаты, построить три графика зависимости анодного тока ia от тока в соленоиде iC.
9 . Найти на графике (рис. 5.12) точку перегиба (А) и провести к ней касательную до пересечения с осью токов iC. Отрезок 0iк соответствует величине критического тока iк.
10. По формуле (5.12) вычислить величину Вк для каждого значения критического тока в соленоиде (L = 0,168 м, D = 0,085 м, ra = 10-3 м, N = 2700).
11. Определить величину удельного заряда электрона (е/m) по формуле (5.13) для всех значений Вк. Результаты записать в таблицу 5.3.
12. Определить среднее значение (е/m)ср.
13. Вычислить табличное значение удельного заряда.
14. Сравнить экспериментально полученное и табличное значения.
15. Сделать вывод о проделанной работе.
Т а б л и ц а 5.2
Ua = 50 В |
Ua = 40 В |
Ua = 30 В |
|||
iс, А |
ia, А |
Iс, А |
ia, А |
Iс,А |
ia,А |
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 5.3
Ua, В |
iк , А |
Вк , Тл |
е/m, Кл/кг |
30 40 50 |
|
|
|