Глобалтека
На главную |
Варианты сотрудничества |
Наши гарантии |
Как оплатить? |
Оставить отзыв |
Портфолио авторов |
ФОРУМ |
Заказ работы
Заказать |
Каталог тем |
Каталог ресурсов
Рефераты |
Книги |
Статьи |
Методический материал |
Самые новые

(Статьи)

(Методические материалы)

(Методические материалы)

(Методические материалы)

(Методические материалы)

(Методические материалы)

(Методические материалы)
Последние отзывы
Каталог бесплатных ресурсов |
Определение удельного заряда электрона методом Томсона
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНАМЕТОДОМ ТОМСОНА
1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Определение отношения заряда электрона к его массе на основе взаимной компенсации отклонений, вызываемых взаимно перпендикулярными электрическими и магнитным полями, одновременно действующими на пучок электронов, движущийся перпендикулярно к обоим полям. определение отношения заряда электрона к его массе на основе взаимной компенсации отклонений, вызываемых взаимно перпендикулярными электрическими и магнитным полями, одновременно действующими на пучок электронов, движущийся перпендикулярно к обоим полям.
2 БИБЛИОГРАФИЯ
1 Савельев И.В. Курс физики: Учеб. пособие для студентов втузов.- [В 3-х т.].- Т.2: Электричество и магнетизм. Колебания и волны. Оптика.- М.: Наука, 1989.- 496 с.
2 Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: Высш. шк., 1998.- 542 с.
3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Идея метода определения удельного заряда электрона принадлежит известному английскому физику Дж. Томсону. Он использовал этот метод в 1897 г., чтобы установить природу катодных и анодных лучей в трубках с разреженными газами. Эти опыты привели к открытию электрона и изотопов. Впервые был определен удельный заряд электронов.
Рисунок 1На рисунке 1 схематически показан прибор для определения удельного заряда электрона методом Томсона. источником электронов служит подогреваемый катод К. испускаемые катодом электроны ускоряются и фокусируются анодом А, имеющим форму цилиндра. Сфокусированный пучок электронов попадает в пространство между пластинами П плоского конденсатора, а затем на флуоресцирующий экран Э, вызывая его свечение при соударении с электронами. Все элементы прибора помещены в стеклянный сосуд, в котором создано разряжение. Если на пластины конденсатора подать напряжение, то пучок электронов будет двигаться в практически однородном электрическом поле, которое будет отклонять электроны в вертикальном направлении. Вследствие этого пучок электронов попадёт не в центр экрана, а сместится на некоторое расстояние у (рисунок 2). Вычислим величину этого смещения.
Рассмотрим узкий пучок электронов, который вследствие электрического поля попадает на экран в точку О. Найдём отклонение следа на экране, вызываемого однородным электрическим полем, перпендикулярным к направлению движения электронов и действующим на
Рисунок 2
пути длиной l. Обозначим первоначальную скорость электронов через V0. На электрон в электрическом поле действует сила =е , которая сообщает ему постоянное по величине и направлению ускорение у = e lm. Под действием электрического поля электроны находятся в течение времени t = l/V0. За это время они сместятся на расстояние
и приобретут перпендикулярную к v0 составляющую скорости равную
За пределами поля (вне конденсатора) электроны будут двигаться по инерции прямолинейно под некоторым углом a к направлению скорости v0. Тогда
(1)
Вследствие такого прямолинейного движения под углом a к оси прибора вылетевший из конденсатора и достигший экрана электрон дополнительно сместится на расстояние y2 по вертикали. Если обозначить через L расстояние от экрана до ближайшего края конденсатора, то смещение y2 можно вычислить по формулеТаким образом, полное смещение электронов в электрическом поле
(2)
Из формулы (2) следует,, что электроны, покидая поле, движутся так, как если бы они вылетали из центра конденсатора О' под углом a (рис. 2), определяемым соотношением (1). Так как Е = U/d, где d — расстояние между обкладками конденсатора, то для вычисления elm необходимо знать параметры прибора l, L, d, а также v0, у, U. Величины U и у можно легко измерить, а для определения v0 Томсон предложил следующий метод, суть которого состоит в том, что в области пространства прибора, где имеется электрическое поле, создается одновременно и магнитное поле (пунктирная область на рис. 2). Магнитное поле перпендикулярно к электрическому и начальной скорости электронов о. Этим обеспечивалось отклонение электронов в магнитном поле в той же плоскости, что и электрическом поле, т. е. в вертикальной плоскости. Hаправление магнитного поля выбирается таким, чтобы пучок в нем отклонялся в сторону, противоположную его отклонению в электрическом поле. Индукция магнитного поля В должна быть такой, чтобы вертикальная составляющая силы Лоренца, действующей на электроны в магнитном поле, равнялась электрической силе е = е [ 0 ].При таком условии пучок электронов в приборе не будет испытывать отклонения, т. е. попадет в точку О на экране. Из условия равенства электрической и магнитной сил но определить va и выразить ее через экспериментально измеряемые величины. Действительно,Если магнитное поле создается с помощью соленоида, то H=nI, и с учетом того, что m= 1. получаем,где I — сила тока в соленоиде, п — число витков соленоида на единице его длины. В правой части полученного выражения стоят величины, которые можно измерить на опыте, и, следовательно, определить v0.Подставив полученное выражение для v0 в формулу (2), найдем удельный заряд электрона (3) где (4)- некоторая величина, зависящая от параметров прибора и являющаяся, постоянной для данного прибора. Измеряя на опыте U, 1, у и зная постоянную прибора k, можно по формуле (3) вычислить удельный заряд электрона.4 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Рисунок 3Экспериментальная установка для измерения удельного заряда электронов методом Томсона собрана на базе серийного осциллографа ЛО-70 с электростатическим управлением лучом. Электрическое поле создается в области между вертикально отклоняющими пластинами П электроннолучевой трубки (рис. 3). Постоянное напряжение U на пластины подается от внутреннего источника осциллографа а его величина регулируется потенциометром R и измеряется выносным вольтметром V.Магнитное поле, силовые линии которого идут горизонтально, создается в той же области пространства, что и электрическое поле с помощью двух катушек индуктивности монтированных снаружи электронно-лучевой трубки. Катушки L питаются от выхода УИПа «20-300 В». Сила тока, проходящего через катушки, регулируется потенциометром выхода «20...300 В» УИПа и измеряется миллиамперметром, смонтированным на его передней панели. В соответствии с требованиями метода магнитное поле является практически однородным в области между пластинами П и быстро убывает вне области электрического поля.Параметры установки l = 10мм, L=45ммr d=5мм, а = 4?103 м-1. Размер ячейки сетки экрана осциллографа 6 6 мм.5 ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
1. Осциллограф типа ЛО-70.2. Катушка индуктивности.3. Блок питания УИП-2.4. Вольтметр.
5. Переменный резистор.
6 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1 Установить ручки потенциометра R и регулятора выхода «20...300 В» УИПа в крайнее левое положение.2 Включить осциллограф и блок |питания УИП-2 в сеть и дать им прогреться в течение 10 мин. Произвести предварительную регулировку осциллографа. Выключить генератор развертки осциллографа и установить след луча в центре экрана.3 Вращая ручку потенциометра R, подать на пластины П напряжение U такой величины, чтобы светящаяся точка на экране осциллографа сместилась от центpa на расстояние 5...20 мм. Величину смещения y и соответствующего ему напряжения U записать в таблицу. 4 Вращением ручки регулятора выхода «20—300 В» УИПа установить такой ток I в катушках L, чтобы светящаяся точка на экране вернулась в своё первоначальное положение в центре экрана. Записать в таблицу силу тока I, измеряемого прибором УИПа.5 Повторить измерения, описанные в пп. 3 и 4, 5—8 раз, меняя величину смещения следа электронного луча на экране у.Обработка результатов измерений
1 Рассчитать величину постоянного множителя k по формуле (4).2 Пользуясь данными таблицы, определить удельный заряд электронов по формуле (3) для каждого из опытов.3 Найти среднее значение удельного заряда электрона по данным всех опытов и определить абсолютную и относительную погрешности полученного результата по сравнению с табличным значением e/m.4 Определить среднюю скорость электронов по данным одного из опытов по формуле, .7 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1 По какой траектория будет двигаться заряженная частица, влетающая в однородное магнитное поле перпендикулярно к линиям индукции поля?2 Каков характер движения заряженной частицы в однородном магнитном поле?3 Как выводится уравнение кривой, по которой будет происходить движение заряженной частицы в однородном электрическом поле (начальная скорость частицы перпендикулярна к силовым линиям поля)?4 Как вычислить для предыдущего случая величину смешения частицы?5 В чем суть метода Томсона по определению удельного заряда частицы?6 Как устроен прибор для измерения удельного заряда электронов методом Томсона?
Размер файла: 86.5 Кбайт
Тип файла: doc (Mime Type: application/msword)
Вход для партнеров
Самые популярные

(Статьи)

(Методические материалы)

(Книги)

(Рефераты)

(Методические материалы)
Последние новости
-
2011-10-15 11:07:21
Программа для просмотра формата fb2 -
2011-09-29 12:51:24
Навигация добавления закладок в социальные сети -
2011-08-18 11:26:03
Вплив вступу до СОТ на зміни інвестиційної привабливості (галузевий аналіз) -
2011-08-18 11:24:11
Ідентифікація інвестиційно привабливих галузей -
2011-08-10 07:56:04
Основания и процессуальный порядок отказа в возбуждении уголовного дела