Лабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона




Скачать 58.81 Kb.
НазваниеЛабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона
Дата конвертации10.03.2013
Размер58.81 Kb.
ТипЛабораторная работа
Лабораторная работа 5.4


ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА


Библиографический список


  1. Т. И. Трофимова. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1985.

  2. И.В. Савельев. Курс общей физики. – М.: Наука, 1988. Т. 2.


Цель работы – изучение движение зарядов в электрическом и магнитных полях и одного из способов определения удельного заряда электрона.

Приборы и принадлежности: лабораторная установка «Определение удельного заряда электрона».


Описание метода измерений
и экспериментальной установки



Движение электрона в электрическом поле напряженность E вдоль силовой линии характеризует ускорение

, (1)

благодаря которому электрон приобретает кинетическую энергию

, (2)

где U – разность потенциалов межу начальной и конечной точками траектории.

В поперечном электрическом поле электрон движется подобно телу, брошенному горизонтально в поле тяготения (рис.1).




Кулоновская сила , сообщая ускорение (1), направленное на встречу вектору , заставляет электрон двигаться по параболической траектории.

Пролетая путь l, электрон за время сместится навстречу полю на величину

, т.е.

Движение электрона в однородном поперечном магнитном поле (рис.2) обусловлено силой Лоренца которая и является центростремительной силой . Так как FЛ = F, то

(3)

где В – индукция магнитного поля; Rрадиус траектории.

Период обращения электрона (время одного оборота) можно рассчитать по формуле

(4)

из которой следует, что период Т не зависит от скорости.

Движение электрона под углом α к линиям индукции В можно представить вращением вокруг некоторой линии индукции, как оси с одновременным равномерным движением вдоль этой оси. Перемещение вдоль линий индукции за один оборот равно , где

.

Подставляя значение периода T из формулы (4), найдем шаг l спиральной траектории электрона, равный величине

.

Магнетроном называют двухэлектродную лампу, в которой термоэлектроны ускоряют радиальным электрическим полем и отклоняют поперечным магнитным полем, т.е. силой Лоренца

FЛ = evB при .

В магнетроне со сплошным анодом катод 5 и цилиндрический анод 4 расположены коаксиально (рис.3а). При постоянном анодном напряжении Ua= const и при малой индукции магнитного поля В1 электроны по траектории 1 (рис. 3а) попадают на анод.


а б


При большей индукции В2 (рис.3б) диаметр траектории 2 может быть равным радиусу анода r (рис.3а). Если В > B2, то электрон, двигаясь по траектории 3 (рис.3а), не достигает анода. Параметры движения определяются по формулам (1) – (4).

Если бы все электроны двигались с одинаковой скоростью, то при индукции, большей В2 (рис.3б), анодный ток Ia резко спадал до нуля. Истинное распределение термоэлектронов по скоростям таково, что наивероятнейшей скорости соответствует точка перегиба кривой Ia(B), что показано на рис.3б.

П
ринципиальная схема установки приведена на рис. 4. Магнетрон 2 вставлен в катушку 1, создающую магнитное поле, поперечное относительно траектории движения электронов от катода к аноду. Автотрансформаторами 3 и 4 устанавливают величины анодного напряжения Ua и тока в соленоиде IC соответственно.


Вывод расчетной формулы для определения e/m


Кинетическая энергия электрона, прошедшего ускоряющую разность потенциалов Ua, определяется по формуле

, (5)

a индукция магнитного поля в соленоиде

(6)

где IC – сила тока в соленоиде; W – число витков соленоида; l – его длина. Из соотношения (6) следует, что зависимость Ia(B) аналогична зависимости Ia(Ic). Зная радиус траектории электрона, соответствующей точке перегиба на рис. 3б (R = r/2), можно согласно формуле (3) найти удельный заряд электрона

.

Исключая значения скорости v и индукции В2 по формулам (5) и (6) получим

(7)

где IC* - значение тока в соленоиде, соответствующее точке перегиба графика Ia(Ic).

Следовательно, для определения удельного заряда электрона достаточно снять зависимость Ia(Ic) при Ua= const и по нему найти значение IC*, соответствующее индукции В2 на рис.3б.

Порядок выполнения лабораторной работы





  1. Поддерживая заданное преподавателем значение анодного напряжения Ua = const, изменять ток в соленоиде от Ic = 0 до Ic = max шагом, заданным преподавателем, и отмечать для каждого значения Ic значение Ia. Результаты занести в таблицу.

  2. Построить график зависимости Ia(Ic) и определить значение тока в соленоиде Ic*, соответствующее точке перегиба.

  3. Повторить действия, указанные в пп.1, 2 для других значений Ua, заданных преподавателем.

  4. Рассчитать удельный заряд электрона по формуле (7).

Таблица

№ п/п

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Ua

Ic, A








































Ia,mA







































Контрольные вопросы


  1. Описать движение электрона в электрическом поле:

а) вдоль силовой линии поля;

б) в поперечном электрическом поле.

2. Описать движение электрона в однородном магнитном поле:

а) в поперечном магнитном поле;

б) при движении под углом к линиям индукции.

3. Что называется магнетроном?

4. Описать движение электрона в магнетроне при постоянном анодном напряжении и различных значениях индукции магнитного поля.

5. Почему при увеличении тока в соленоиде уменьшается анодный ток?

6. Определить скорость электрона, прошедшего ускоряющую разность потенциалов.

7. Что называется силой Лоренца? Какова ее величина и направление?

8. Найти период обращения электрона в однородном поперечном магнитном поле.

9. Используя закон полного тока, найти индукцию магнитного поля соленоида.

10. Вывести расчетную формулу для определения удельного заряда электрона.




Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Лабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона iconЛабораторная работа №25 определение удельного заряда электрона методом магнетрона
Цель работы: ознакомление с одним из методов измерения удельного заряда электрона

Лабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона iconЛабораторная работа э 6 определение удельного заряда электрона
Цель работы: ознакомиться с методом магнетрона, экспериментально определить значение удельного заряда электрона и сравнить его с...

Лабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона iconЛабораторная работа n 28
Целью работы является определение удельного заряда электрона методом магнетрона и оценка погрешности его измерения

Лабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона iconЛабораторная работа №5 определение удельного заряда электрона
Ознакомление с одним из методов определения отношения заряда электрона к его массе, основанном на законах движения электрона в электрическом...

Лабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона iconЛабораторная работа №12. Определение удельного заряда электрона
Основными характеристиками являются его заряд и масса. При движении электрона в электрических и магнитных полях его траектория определяется...

Лабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона iconОпределение удельного заряда электрона методом магнетрона
По данным экспериментальным данным построим график зависимости анодного тока от тока в соленоиде: Ia = f (Ic)

Лабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона iconЗадача №7 Определение удельного заряда электрона При подготовке к выполнению этой задачи следует ознакомиться с теорией по учебным пособиям: Глава VIII, И. В. Савельев «Курс общей физики»
Целью лабораторной работы является изучение движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях и экспериментальное определение...

Лабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона iconЛабораторная работа 07
Открыл электрон английский ученый Томсон. В 1897 г. Томсон опубликовал первые результаты по определению отношения заряда электрона...

Лабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона iconЛабораторная работа №10 Определение удельного заряда электрона
Целью лабораторной работы является изучение движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях

Лабораторная работа 4 определение удельного заряда электрона методом магнетрона iconЛабораторная работа № Измерение удельного сопротивления проводников
...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница