ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ. 1.Соберите схему установки согласно рис.1

1.Соберите схему установки согласно рис.1.

2.Совместите плоскость катушки тангенс-гальванометра с направлением магнитной стрелки. Градусный лимб компаса поверните так, чтобы нулевые показания лимба совпали с направлением северного полюса стрелки.

3.Показав собранную цепь преподавателю, включите в сеть источник питания и переключателем К замкните цепь. При этом стрелка компаса отклонится от нулевого положения.

4.Установите с помощью магазина сопротивлений R ток I = 3 мА. Подождите, пока колебания стрелки прекратятся, и определите угол отклонения a₁ стрелки от магнитного меридиана при токе 3 мА.

5.Не меняя значения тока I в цепи, с помощью переключателя К измените его направление и измерьте угол отклонения a₂. Величины тока I и углов a₁ и a₂ занесите в таблицу.

6.Вычислите среднюю величину угла <a> = (a₁ + a₂)/2 и занесите её в таблицу. Покажите, что при указанном способе определения угла отклонения <a> исключаются ошибки, связанные с неточной установкой плоскости катушки тангенс-гальванометра в направлении магнитной стрелки.

7.Повторите п.п. 4-6 для токов в цепи I = 6 мА и I = 9 мА, Результаты измерений занесите в таблицу.

8.По данным таблицы для трёх токов по формуле (4) рассчитайте величину горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли В_г, найдите среднюю величину <В_г>среднюю и погрешность измерения <DВ_г>.

9.Запишите окончательный результат с учётом погрешности измерений.

ТАБЛИЦА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №33

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

Удельным зарядом элементарной частицы называется отношение заряда частицы q к её массе m: q/m. Для электрона: e/m, где e – заряд электрона. Измерить e/m можно, рассматривая движение электрона в магнитном поле.

На электрон, движущийся со скоростью v в магнитном поле с индукцией В, вектор которой направлен перпендикулярно вектору скорости, действует сила Лоренца, равная:

(1)

Сила Лоренца F_л направлена перпендикулярно как вектору В, так и вектору v. Поэтому она является для электрона центростремительной силой F_цс, под действием которой электрон движется по окружности радиуса R:

(2)

Полагая, что F_цс = F_л, получаем:

(3)

Целью работы является определение удельного зарядаe/m электрона.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ (РИС.1)

Из катода К электронно-лучевой трубки испускается пучок электронов, который разгоняется разностью потенциалов U между катодом К и анодом А трубки. Скорость движения v электронов может быть найдена из равенства:

(4)

Попадая на экран Э, электроны вызывают его свечение в виде пятна или полосы (при наличии горизонтальной резвёртки). Однородное магнитное поле индукции В создаётся соленоидами L, между которыми расположена электронно-лучевая трубка так, чтобы векторы v и В были взаимно перпендикулярны. Питание соленоидов обеспечивается источником питания ИП. Величина тока I в соленоидах может меняться соответствующими регулировками. Тем самым меняется индукция В магнитного поля, вызывающего отклонение электронного пучка в трубке. При этом светящаяся точка на экране (или полоса) смещается по вертикали.

На рис.2 представлена часть траектории движения электронов в трубке от момента вхождения их в магнитное поле (от точкиА) до экрана. Кружком на рис.2 обозначено поперечное сечение соленоидов L, т.е. то место в трубке, где существует магнитное поле. В отсутствие поля электроны движутся прямолинейно и попадают на экран в точке Е. В магнитном поле электронный пучок отклоняется от своего первоначального направления и в случае постоянного поля попадает на экран в точку D

(D'), а при переменном поле размывается в вертикальную полосу длиной DD'. При одном и том же значении индукции В магнитного поля DD’ = 2DE.

Величина DE представляет собой смещение пучка электронов под действием постоянного магнитного поля. На участке траектории АС, на протяжении которого электроны находятся в поле, они движутся по дуге окружности радиуса R. По выходе из магнитного поля, электроны далее движутся по прямолинейной траектории CD. Продолжив прямую CD до пересечения с первоначальной траекторией движения АВ, получаем точку F. Соленоиды L и трубка расположены так, чтобы точка F находилась на оси соленоидов в центре магнитного поля. В первом приближении дуги АС и DE можно заменить прямыми линиями. Тогда из подобия треугольников АОС и EDF следует: АО/АС = FE/ED. Обозначив AO = R, DE = a, FE = b – расстояние от центра соленоидов до экрана, и полагая, в первом приближении, АС = d, где d – диаметр соленоидов, получаем:

(5)

Подставляя в уравнение (3) значение v из (4) и R из (5), получаем соотношение для определения удельного заряда электрона в постоянном магнитном поле:

(6)

Такое же выражение имеет место и для переменного магнитного поля. Под величиной а в этом случае понимается длина вертикальной линии DD'.

Таким образом, экспериментально определяя зависимость отклонения электронного луча а от индукции магнитного поля В, и зная параметры установки, можно определить удельный заряд электрона e/m. Измерения возможно проводить как в постоянном, так и в переменном магнитном полях.

В работе применяется электронно-лучевая трубка монитора ”Электроника-409”. На экране трубки закреплена масштабная линейка.

Соленоиды конечной длины, которые используются в работе, не создают идеально однородного магнитного поля. Это хорошо заметно по искривлению полосы на экране монитора. Кроме того, траектория движения электронов в электронно-лучевой трубке отличается от траектории, изображённой на рис.2. Поэтому возникает необходимость введения в расчётные формулы для вычисления e/mопределённых поправок (поправки a для постоянного и к для переменного магнитного поля, учитывающие конечные размеры соленоидов, и поправка а_о, учитывающая геометрию установки). Поправки отражены в приводимых ниже формулах.