Файл: Лабораторная работа по курсу "Общая физика" определение удельного заряда электрона.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 68
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
бсолютная систематическая погрешность определения удельного заряда электрона:
Аналогично выполняются расчеты для других значениях Ua. Результаты расчетов представлены в таблице 4.4.
Систематическая погрешность определения удельного
заряда электрона. Таблица 4.4.
Среднее значение удельного заряда электрона в серии экспериментов (3.18):
Среднее значение абсолютной систематической погрешности определения удельного заряда электрона в серии экспериментов:
Стандартная абсолютная погрешность определения удельного заряда электрона в серии экспериментов (3.4):
Абсолютная случайная погрешность определения удельного заряда
электрона (3.3), коэффициент Стьюдента t(0,9; 4) = 2,4:
Абсолютная суммарная погрешность определения значения удельного заряда электрона e/m(3.2):
Окончательный результат:
Относительная погрешность определения значения удельного заряда электрона e/m:
5. ВЫВОДЫ
В ходе выполнения лабораторной работы изучена работа магнетрона, сняты зависимости анодного тока в лампе от тока соленоида при различных значениях анодного напряжения Uа.
По полученным значениям на одном графике были построены четыре зависимости Iа = f(Iс) и определены значения критического тока Iкр.
Вид полученных кривых соответствует теоретическому виду.
На основании полученных значений критического тока Iкр рассчитан удельный заряд электрона и сделана оценка погрешности:
табличное значение:
о
тклонение от табличного значения:
- экспериментально подтверждена справедливость формулы:
О
тносительная погрешность измерения расстояния R от катода до анода:
Значение этой погрешности дает большое значение
6. ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как устроена магнетронная система?
В магнетронной системе поток заряженных частиц управляется одновременно электрическим и магнитным полями, направленными взаимно перпендикулярно. В качестве магнетрона можно использовать электронную лампу с цилиндрическим анодом и прямолинейным катодом, расположенным на оси анода. Между анодом и катодом приложено постоянное напряжение, создающее радиальное электрическое поле. На лампу надевают соленоид, по которому протекает постоянный ток, создающий постоянное магнитное поле, направленное вдоль оси анода (рис. 5.1).
1 – катод;
2 – анод;
3 – соленоид.
В качестве магнетрона используется электронная лампа 3Ц22С, которая имеет цилиндрические анод и катод. На лампу надевается соленоид с большим числом витков на единицу длины.
2. От чего зависит радиус кривизны траектории электрона в магнетроне?
Под действием магнитного поля магнетрона траектория движения электрона станет криволинейной.
Из уравнения
с
ледует, что радиус кривизны траектории зависит от скорости
электрона и от величины магнитной индукции поля соленоида:
3. Какая сила называется силой Лоренца и как определяется её направление?
На заряд, движущийся в магнитном поле действует сила Лоренца:
FЛ= e[v,B], где e – заряд электрона;
v – скорость электрона;
B – индукция магнитного поля.
Направление вектора индукции магнитного поля В определяется по правилу буравчика. Направление силы Лоренца определяется по правилу в
екторного произведения с учётом знака заряда. Вектор силы всегда перпендикулярен вектору скорости электрона.
Магнитная сила, действующая на движущийся положительный заряд, направлена перпендикулярно к плоскости векторов v и В в ту сторону, в которую поступательно перемещается правый винт, если его поворачивать по кратчайшему расстоянию от вектора v
Рисунок 5.2 к вектору В (рис. 5.2).
4. Почему сила Лоренца не изменяет кинетической энергии заряженной частицы?
Свойством силы Лоренца является то, что ее работа всегда равна нулю. Это следует из того, что магнитная сила перпендикулярна к скорости частицы. Элементарное перемещение движущейся частицы направлено вдоль скорости. Следовательно, скалярное произведение силы на перемещение частицы (элементарная работа) равно нулю. Таким образом, магнитное поле в отличие от электрического не в состоянии непосредственно передать энергию заряженной частице.
Учитывая, что магнитное поле не совершает работы над заряженной частицей, ее кинетическая энергия остается постоянной (остается постоянным модуль скорости частицы). Магнитное поле способно изменять только направление движения частицы. Поэтому нормальное ускорение отлично от нуля.
5
. По какому правилу и как определяется направление вектора магнитной индукции в соленоиде при заданном направлении тока в нём?
Внутри длинного соленоида с током магнитное поле является однородным и линии магнитной индукции параллельны между собой. Направление В и направление тока в витках соленоида связаны правилом правого винта (рис. 5.3).
Рисунок 5.3.
Правило правого винта: если поместить острие винта в центре витка и вращать винт в направлении тока, то его поступательное движение укажет направление линий магнитной индукции.
Таким образом, существует взаимная связь направлений тока в замкнутом проводнике и его магнитного поля, их «сцепленность».
6. Что означают величины, входящие в формулу для определения магнитной индукции?
Магнитное поле в достаточно длинном соленоиде можно приближённо считать однородным и магнитную индукцию определить по формулам:
B = μμ0nI
где:
μ – относительная магнитная проницаемость среды (для вакуума μ = 1);
μ0 – магнитная постоянная (в СИ μ0 = 4·π·10-7 Гн/м);
n – число витков, приходящихся на единицу длины соленоида;
I – значение силы тока в соленоиде.
7. Что происходит с электронами, вылетевшими из катода, если величина магнитной индукции В ≥ Вкр?
При увеличении тока в соленоиде возрастает индукция магнитного поля и возрастает кривизна траектории электрона. Увеличивая магнитную индукцию В, можно достигнуть такого её значения Вкр, начиная с которого электроны перестанут достигать анода. Анодный ток при этом становится близким к нулю.
8. Какие из характеристик, измеренных и рассчитанных в данной работе, зависят от величины напряжения?
Аналогично выполняются расчеты для других значениях Ua. Результаты расчетов представлены в таблице 4.4.
Систематическая погрешность определения удельного
заряда электрона. Таблица 4.4.
-
Uа, В
(e/m)×1011 Кл/кг
ε(Uа),%
ε(n),%
ε(Iкр),%
ε(R),%
%
×1011 Кл/кг
9,56
1,7482
0,10
1,4
1,8
12,5
25,3
0,441
11,37
1,7491
0,09
1,8
25,4
0,444
13,02
1,7480
0,08
1,5
25,2
0,440
14,69
1,7484
0,07
2,1
25,1
0,439
∑
6,9937
1,764
Среднее значение удельного заряда электрона в серии экспериментов (3.18):
Среднее значение абсолютной систематической погрешности определения удельного заряда электрона в серии экспериментов:
Стандартная абсолютная погрешность определения удельного заряда электрона в серии экспериментов (3.4):
Абсолютная случайная погрешность определения удельного заряда
электрона (3.3), коэффициент Стьюдента t(0,9; 4) = 2,4:
Абсолютная суммарная погрешность определения значения удельного заряда электрона e/m(3.2):
Окончательный результат:
Относительная погрешность определения значения удельного заряда электрона e/m:
5. ВЫВОДЫ
В ходе выполнения лабораторной работы изучена работа магнетрона, сняты зависимости анодного тока в лампе от тока соленоида при различных значениях анодного напряжения Uа.
По полученным значениям на одном графике были построены четыре зависимости Iа = f(Iс) и определены значения критического тока Iкр.
Вид полученных кривых соответствует теоретическому виду.
На основании полученных значений критического тока Iкр рассчитан удельный заряд электрона и сделана оценка погрешности:
табличное значение:
о
тклонение от табличного значения:- экспериментально подтверждена справедливость формулы:
О
тносительная погрешность измерения расстояния R от катода до анода: Значение этой погрешности дает большое значение
6. ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как устроена магнетронная система?
В магнетронной системе поток заряженных частиц управляется одновременно электрическим и магнитным полями, направленными взаимно перпендикулярно. В качестве магнетрона можно использовать электронную лампу с цилиндрическим анодом и прямолинейным катодом, расположенным на оси анода. Между анодом и катодом приложено постоянное напряжение, создающее радиальное электрическое поле. На лампу надевают соленоид, по которому протекает постоянный ток, создающий постоянное магнитное поле, направленное вдоль оси анода (рис. 5.1).
1 – катод;
2 – анод;
3 – соленоид.
Рисунок 5.1 – Магнетрон
В качестве магнетрона используется электронная лампа 3Ц22С, которая имеет цилиндрические анод и катод. На лампу надевается соленоид с большим числом витков на единицу длины.
2. От чего зависит радиус кривизны траектории электрона в магнетроне?
Под действием магнитного поля магнетрона траектория движения электрона станет криволинейной. Из уравнения
с
ледует, что радиус кривизны траектории зависит от скорости электрона и от величины магнитной индукции поля соленоида:
3. Какая сила называется силой Лоренца и как определяется её направление?
На заряд, движущийся в магнитном поле действует сила Лоренца:
FЛ= e[v,B], где e – заряд электрона;
v – скорость электрона;
B – индукция магнитного поля.
Направление вектора индукции магнитного поля В определяется по правилу буравчика. Направление силы Лоренца определяется по правилу в
екторного произведения с учётом знака заряда. Вектор силы всегда перпендикулярен вектору скорости электрона. Магнитная сила, действующая на движущийся положительный заряд, направлена перпендикулярно к плоскости векторов v и В в ту сторону, в которую поступательно перемещается правый винт, если его поворачивать по кратчайшему расстоянию от вектора v Рисунок 5.2 к вектору В (рис. 5.2).
4. Почему сила Лоренца не изменяет кинетической энергии заряженной частицы?
Свойством силы Лоренца является то, что ее работа всегда равна нулю. Это следует из того, что магнитная сила перпендикулярна к скорости частицы. Элементарное перемещение движущейся частицы направлено вдоль скорости. Следовательно, скалярное произведение силы на перемещение частицы (элементарная работа) равно нулю. Таким образом, магнитное поле в отличие от электрического не в состоянии непосредственно передать энергию заряженной частице.
Учитывая, что магнитное поле не совершает работы над заряженной частицей, ее кинетическая энергия остается постоянной (остается постоянным модуль скорости частицы). Магнитное поле способно изменять только направление движения частицы. Поэтому нормальное ускорение отлично от нуля.
5
. По какому правилу и как определяется направление вектора магнитной индукции в соленоиде при заданном направлении тока в нём?Внутри длинного соленоида с током магнитное поле является однородным и линии магнитной индукции параллельны между собой. Направление В и направление тока в витках соленоида связаны правилом правого винта (рис. 5.3).
Рисунок 5.3.
Правило правого винта: если поместить острие винта в центре витка и вращать винт в направлении тока, то его поступательное движение укажет направление линий магнитной индукции.
Таким образом, существует взаимная связь направлений тока в замкнутом проводнике и его магнитного поля, их «сцепленность».
6. Что означают величины, входящие в формулу для определения магнитной индукции?
Магнитное поле в достаточно длинном соленоиде можно приближённо считать однородным и магнитную индукцию определить по формулам:
B = μμ0nI
где:
μ – относительная магнитная проницаемость среды (для вакуума μ = 1);
μ0 – магнитная постоянная (в СИ μ0 = 4·π·10-7 Гн/м);
n – число витков, приходящихся на единицу длины соленоида;
I – значение силы тока в соленоиде.
7. Что происходит с электронами, вылетевшими из катода, если величина магнитной индукции В ≥ Вкр?
При увеличении тока в соленоиде возрастает индукция магнитного поля и возрастает кривизна траектории электрона. Увеличивая магнитную индукцию В, можно достигнуть такого её значения Вкр, начиная с которого электроны перестанут достигать анода. Анодный ток при этом становится близким к нулю.
8. Какие из характеристик, измеренных и рассчитанных в данной работе, зависят от величины напряжения?