Материал: 4492

21

Образец оформления лабораторной работы

Лабораторная работа

ОПРЕДЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ

Цель работы: изучение закономерностей движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях; определение скорости и удельного заряда электрона.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ

Удельный заряд частицы

Удельный заряд частицы q – это отношение заряда q частицы к ее

Сила Лоренца – сила, действующая на заряд q, движущийся со скоростью v в электромагнитном поле:

Fл qE q vB ,

где E – напряженность электрического поля; B – индукция магнитного поля.

Силу Лоренца можно представить как сумму электрической и магнитной составляющих: Fл Fэ Fм .

Электрическая составляющая силы Лоренца: Fэ qE

не зависит от скорости движения заряда. Направление электрической составляющей определяется знаком заряда: при q 0 векторы E и Fэ направлены одинаково; при q 0 – противоположно.

Магнитная составляющая силы Лоренца: Fм q vB .

зависит от скорости движения заряда. Модуль магнитной составляющей определяется по формуле:

Fм qvB sin ,

где – угол между векторами v и B .

22

Направление магнитной составляющей силы Лоренца можно определить с помощью правила левой руки.

Правило левой руки: расположите ладонь левой руки так, чтобы в нее входил вектор B , а четыре пальца направьте вдоль вектора v , тогда отогнутый на 90 большой палец покажет направление силы Fм , действующей на положительный заряд. В случае отрицательного заряда направление вектора Fм противоположно. В любом случае вектор Fм перпендикулярен плоскости, в которой лежат векторы v и B .

Движение заряженных частиц в магнитном поле

Если частица движется вдоль линии магнитной индукции ( 0 или ), то sin 0 . Тогда Fм 0 . В этом случае магнитное поле не влияет на движение заряженной частицы.

Если заряженная частица движется перпендикулярно линиям магнитной индукции ( 2) , то sin 1. Тогда Fм qvB . Так как вектор этой силы всегда перпендикулярен вектору скорости v частицы, то сила Fм создает только нормальное (центростремитель-

ное) ускорение a v 2 , при этом скорость за-

n r

ряженной частицы изменяется только по направлению, не изменяясь по модулю. Частица в этом случае равномерно

движется по дуге окружности, плоскость которой перпендикулярна линиям индукции.

Если вектор скорости v заряженной частицы составляет с вектором B угол, то частица участвует одновременно в двух движениях: поступательном с постоянной скоростью v| | и равномерном вращении по окружности со скоро-

стью v . В результате траектория заряженной частицы имеет форму винтовой линии.

23

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

В работе изучается движение электронов в скрещенных однородных электрическом и магнитном полях. Источником электронов является электронная пушка 1 электроннолучевой трубки осциллографа. Электрическое поле создается между парой вертикально отклоняющих пластин 2 электронно-лучевой

трубки при подаче на них напряжения U. (Горизонтально отклоняющие пластины 3 в работе не используются.) Напряженность E электрического поля направлена верти-

кально.

В отсутствии электрического и магнитного полей электроны движутся вдоль оси трубки с начальной скоростью vo , при этом светящееся пятно находит-

ся в центре экрана. При подаче напряжения U на пластины 2 между ними создается электрическое поле, напряженность которого E перпендикулярно вектору начальной скорости электронов. В результате пятно смещается. Величину y этого смещения можно измерить, воспользовавшись шкалой на экране осциллографа.

Магнитное поле создается двумя катушками 4, симметрично расположенными вне электроннолучевой трубки, при пропускании по ним электрического тока. Вектор магнитной индукции B направлен горизонтально и перпендикулярно оси трубки.

В электрическом поле на электрон действует электрическая составляющая силы Лоренца:

FЭ eE ,

где е – заряд электрона. Заряд электрона отрицательный (е < 0), поэтому сила FЭ направлена противоположно полю. Эта сила сообщает электрону ускорение a y в направлении оси Y, не влияя на величину скорости электрона вдоль