ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.7

ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Цель и содержание работы

Изучение движения заряженных частиц в электрическом поле, определение скорости движения электрона.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Электрическое и поля действуют на заряженные частицы. Заряженная частица, влетающая в электрическое поле, отклоняется от своего первоначального направления движения (изменяет траекторию), если направление движения не совпадает с направлением действия силы. При совпадении направления движения с направлением силы электрическое поле лишь ускоряет (или замедляет) движущуюся частицу.

В осциллографической трубке электроны, вылетевшие в результате термоэлектронной эмиссии из катода ускоряются полем анода, которое совершает работу по сообщению заряду кинетической энергии

, (3.2.1)

где е – заряд электрона;

m – масса электрона;

U_A – разность потенциалов на ускоряющем аноде.

Со скоростью u₀ электрон (рис.3.2.1) влетает в электрическое поле отклоняющих пластин осциллографа, напряженностью

E = ,(3.2.2)

где U – напряжение, подаваемое на отклоняющие пластины;

b – расстояние между отклоняющими пластинами.

На отрицательно заряженную частицу, движущуюся в электрическом поле напряженностью , действует сила , направленная против линий напряженности электрического поля.

= e = m , (3.2.3)

Смещаясь в электрическом поле, частица пролетит через отклоняющие пластины по криволинейной траектории и вылетит из них, отклонившись от первоначального направления на величину у₁. Движение частицы в отклоняющих пластинах можно описать уравнениями:

у₁ = , (3.2.4)

t ₁ = , (3.2.5)

u_y = a t₁,(3.2.6)

где а – ускорение движения заряженной частицы внутри отклоняющих пластин,

u_y – вертикальная составляющая скорости движения частицы при вылете из пластин;

t₁ – время движения частицы при движении в отклоняющих пластинах;

l₁ – длина отклоняющих пластин.

Вылетев из пластин, частица движется равномерно и прямолинейно, сместившись на у₂ за время t₂ движения до экрана. Движение заряженной частицы после вылета из отклоняющих пластин можно описать уравнениями:

у₂ = u_у t₂, (3.2.7)

u_у = a t₁,(3.2.8)

t₂ = , (3.2.9)

где t₂ – время движения заряженной частицы от пластин до экрана,

l₂ – расстояние от пластин до экрана.

Очевидно, полное отклонение у частицы от первоначальной траектории

у = у₁ + у₂. (3.2.10)

Решая совместно уравнения (3.2.1) – (3.2.10), получим

у = ( l₁ + l₂ ). (3.2.11)

Ускоряющая разность потенциалов U_A, геометрические размеры отклоняющих пластин (l₁, b) и расстояние l₂ от отклоняющих пластин до экрана указаны на установке.

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении лабораторных работ необходимо выполнять основные правила внутреннего распорядка и техники безопасности при работе в лабораториях [5].

К работе на приборах допускаются студенты только после изучения настоящих методических указаний и получения допуска у преподавателя.

Аппаратура, оборудование и материалы

Для изучения движения электрона в электрическом поле используется установка, состоящая из осциллографической трубки, источника питания, вольтметра.

Внешний вид экспериментальной установки приведен на рис. 3.2.2.

Методика и порядок выполнения работы

Изучение движения электронов в электрическом поле проводится на осциллографической трубке 1.

Электрон, приобретя некоторую начальную скорость u₀, пролетает через отклоняющие пластины (конденсатор), напряжение на которых, при «правом» положении переключателя 7, устанавливается потенциометром 8 и регистрируется по вольтметру 5.

Катушки 3, потенциометр 6 амперметр 4 при выполнении данного задания не используются.

Отклонение электронного луча от прямолинейной траектории фиксируется по экрану осциллографической трубки.

Содержание отчета и его форма

Отчет по лабораторной работе оформляется в соответствии c формой, приведенной в приложении 1.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

По какой траектории движется заряд в магнитном поле при произвольном направлении начальной скорости?

При каком условии заряженная частица, влетев в скрещенные электрическое и магнитное поля, будет двигаться равномерно и прямолинейно?

Как будет двигаться заряженная частица, влетев параллельно силовым линиям электрического поля?

Список рекомендуемой литературы

[1] – [5]