2_1. Движение заряженной частицы в электрическом поле

Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебнике (Савельев, т.2, §5, §73). Запустите программу «Эл-магн.Кванты». Выберите «Электричество и магнетизм» и «Движение заряда в электрическом поле». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ стр.5 еще раз).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

0. Знакомство с моделью процесса движения заряда в однородном электрическом поле.

1. Экспериментальное исследование закономерностей движения точечного заряда в однородном электрическом поле.

2. Экспериментальное определение величины удельного заряда частицы.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

Движение заряженных частиц в электрическом поле широко используется в современных электронных приборах, в частности, в электронно-лучевых трубках с электростатической системой отклонения электронного пучка.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД есть величина, характеризующая способность объекта создавать электрическое поле и взаимодействовать с электрическим полем.

ТОЧЕЧНЫЙ ЗАРЯД это абстрактный объект (модель), имеющий вид материальной точки, несущей электрический заряд (заряженная МТ).

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ есть область пространства, в которой на заряженный объект действует сила, называемая электрической.

ОСНОВНЫМИ СВОЙСТВАМИ заряда являются

• аддитивность (суммируемость);

• инвариантность (одинаковость во всех инерциальных системах отсчета);

• дискретность (наличие элементарного заряда, обозначаемого е, и кратность любого заряда этому элементарному: q = Ne, где N - любое целое положительное и отрицательное число);

• подчинение закону сохранения заряда (суммарный заряд электрически изолированной системы, через границы которой не могут проникать заряженные частицы, сохраняется);

• наличие положительных и отрицательных зарядов (заряд величина алгебраическая).

ЗАКОН КУЛОНА определяет силу взаимодействия двух точечных зарядов , где - единичный вектор, направленный от первого заряда q₁ ко второму q₂.

НАПРЯЖЕННОСТЬЮ называется векторная характеристика поля, численно равная отношению силы , действующей на точечный заряд, к величине q этого заряда: . Если задана напряженность электрического поля, тогда сила, действующая на заряд, будет определяться формулой .

ОДНОРОДНЫМ называется поле, напряженность которого во всех точках одинакова как по величине, так и по направлению. Сила, действующая на заряженную частицу в однородном поле, везде одинакова, поэтому неизменным будет и ускорение частицы, определяемое вторым законом Ньютона (при малых скоростях движения V<<c, где с - скорость света в вакууме): = const. Тогда Y = , и

V_Y = , где Y - смещение частицы по вертикали и V_Y - вертикальная компонента скорости в момент времени, когда частица вылетает из конденсатора.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Закройте окно теории. Внимательно рассмотрите рисунок, найдите все регуляторы и другие основные элементы.

Зарисуйте поле эксперимента и траекторию движения частицы. Нажав кнопку «Старт», наблюдайте на экране движение частицы.

Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений.

ИЗМЕРЕНИЯ:

0. Нажмите мышью кнопку «Выбор». Подведите маркер мыши к движку регулятора напряженности Е. Нажмите левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, меняйте Е . Установите числовое значение Е, равное взятому из таблицы 1 для вашей бригады.

1. Аналогичным способом установите V_0X = 2 10⁶ м/с, V_0Y = 0. Нажав кнопку «Старт», наблюдайте движение частицы. Увеличивая V_0X , подберите минимальное значение, при котором частица вылетает из конденсатора. Запишите значение длины пластин конденсатора L.

2. Проведите измерения параметров движения частицы в момент вылета из конденсатора. Запишите числовые значения с экрана в таблицу 2.

3. Повторите измерения по п.3 еще 5 раз, каждый раз увеличивая V_0X на 0.2 10⁶ м/с. Результаты записывайте в таблицу 2.

ТАБЛИЦА 1. Напряженность электрического поля (не перерисовывать)

ТАБЛИЦА 2. Результаты измерений при Е = ____ В/м, L = _____ м.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА:

0. Постройте на отдельных листах графики экспериментальных зависимостей

• вертикального смещения на вылете из конденсатора (Y) от квадрата обратной начальной скорости (1/V_0X)² ,

• вертикальной составляющей скорости V_Y на вылете из конденсатора от обратной начальной скорости (1/V_0X).

0. Для каждого графика определите по его наклону экспериментальное значение удельного заряда частицы, используя формулы для первого и для второго.

1. Рассчитайте среднее значение экспериментально полученного удельного заряда частицы.

2. Запишите ответ. Сформулируйте выводы по ответу и графикам.

Табличное значение удельного заряда электрона e/m = 1.76 10¹¹ Кл/кг.