Теоретическое введение. Электростатическое поле создается неподвижными электрическими зарядами
Электростатическое поле создается неподвижными электрическими зарядами. Элементарным отрицательным электрическим зарядом является электрон е. Величины зарядов тел дискретны:
где N – число избыточных или недостающих электронов всех атомов тела, е = - 1,6 · 10 -19 Кл – заряд электрона (m = 9,1 · 10-31 кг – масса электрона). Характеристиками электронов и их поведением в электрических и магнитных полях объясняются многие явления и законы природы, принципы действия технических устройств и др. Рассмотрим движение электронов в электростатических полях. На электрон в электростатическом поле с вектором напряженности E действует сила F, равная
По второму закону Ньютона Модуль ускорения электрона
Траектория движения электрона и характер изменения его скорости зависят от угла между вектором скорости υ электрона и вектором напряженности E электростатического поля. Выделим два частных случая.
При движении электрона в продольном электростатическом поле (см. рис. 1) начальная скорость электрона, вылетающего из катода K, обычно очень мала и её принимают равной нулю υ0 = 0. Электрон движется с ускорением a, определяемым формулой (1.2) прямолинейно к аноду A. Между катодом K и анодом A напряжение Uа является определяющим скорость движения электрона υ.
Скорость, которую электрон приобретает при движении в поле, можно рассчитать по соотношению энергий: Величины энергий определяются по формулам:
Отсюда скорость электрона, прошедшего ускоряющую разность потенциалов Uа, равна
Если электрон влетает в однородное поперечное электростатическое поле, создаваемое плоским конденсатором, как показано на рис. 2, то движение происходит с ускорением направленным вдоль линий вектора
Траектория движения электрона определяется уравнениями:
где t – время движения электрона в поперечном электростатическом поле. С учетом формулы (2) и получаем уравнение движения электрона:
Полученное уравнение - это уравнение параболы. Таким образом, электрон в поперечном электростатическом поле движется по параболе. Подставив в уравнение (1.5) значение скорости (1.3), получаем величину смещения электрона Δy:
Напряженность E электростатического поля плоского конденсатора связана с напряжением U и расстоянием d между обкладками конденсатора соотношением:
Описание установки Принципиальная схема экспериментальной установки для наблюдения движения электрона в продольном и поперечном электростатических полях показана на рис. 3. В электронно-лучевой трубке впаяны катод K и анод A между которыми создается ускоряющее напряжение Ua. Напряжение может изменяться с помощью реостата Ra и измеряется вольтметром Va. Электроны, вылетающие из катода K, ускоряются электрическим полем и через малое отверстие в аноде A влетают по центральной линии в электростатическое поле плоского конденсатора. Между пластинами конденсатора создается напряжение U, величина которого может изменяться с помощью реостата R и измеряется вольтметром V. Пластины конденсатора расположены так, что вектор напряженности E поля конденсатора перпендикулярен вектору скорости, влетающего электрона. На выходе из конденсатора электрон отклоняется от первоначального направления движения (от центральной линии) на величину Δy, что фиксируется на экране H.
На рис. 4 показана модель установки по изучению движения электронов в электростатических полях, позволяющая проводить виртуальные лабораторные исследования.
Популярное: Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (879)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |