805.5. Порядок выполнения работы
1. Включить осциллограф и источник питания, дать им прогреться 3 5 минут.
2. После прогрева осциллографа регуляторами "INTEN" (Яркость) и "FOCUS" (Фокусировка) добиться наибольшей резкости пятна на экране осциллографа. (Максимальную яркость не устанавливать!) Выходное напряжение источника питания установить равным нулю.
3. Установить
пятно в центр экрана осциллографа
регуляторами установки положения луча
по вертикали "POSITION
"
и по горизонтали "POSITION
< >". Это и будет первоначальное
(нулевое) положение, так как движению
электрона ничего не мешает (нет ни
электрического, ни магнитного поля).
4. Изменяя напряжение источника питания UИП до тех пор, пока пятно видно на экране осциллографа, записать в таблицу величину смещения пятна относительно первоначального положения. Смещение пятна измеряется по масштабной сетке осциллографа. Шаг изменения напряжения питания согласовать с преподавателем.
Таблица
Напряжение UИП, В |
|
|
|
|
|
|
Смещение пятна y, м |
|
|
|
|
|
|
Напряжение на пластинах Y осциллографа U, В |
|
|
|
|
|
|
5. Рассчитать напряжение на пластинах Y осциллографа U. Это напряжение прямо пропорционально напряжению, подаваемому на вход Y осциллографа c источника питания: U = k∙UИП, где k - коэффициент усиления усилителя исследуемого сигнала в осциллографе (k = 20).
6. По результатам измерений построить график у(U) зависимости смещения пятна от напряжения на пластинах Y.
7. По величине наклона графика у(U) определить отношение (у/U) и вычислить среднее значение Р чувствительности ЭЛТ.
8. Для исследования влияния магнитного поля на движение электронов, поднести к разным частям экрана электронно-лучевого монитора компьютера магнит, пронаблюдать и зарисовать изменение картинки. (Магнит подносить к экрану монитора указанного преподавателем!!!)
9. Сделать соответствующие выводы.
Контрольные вопросы
1. Какие приборы используются в работе?
2. Какой используется принцип регистрации частиц в данной работе?
3. Какова траектория электрона в однородном электрическом поле?
4. Что является силовой характеристикой электрического поля?
5. Как определить направление силы, действующей на заряд, внесенный в электростатическое поле?
6. Какое электростатическое поле называют однородным?
7. Что такое электронно-лучевая трубка? Из каких частей она состоит?
8. Что называют чувствительностью электронно-лучевой трубки?
9. Какова траектория движения заряженной частицы в магнитном поле, если она влетает перпендикулярно линиям индукции магнитного поля?
10. В каких случаях на заряженную частицу действует сила Лоренца?
11. Какова траектория движения заряженной частицы в магнитном поле, если она влетает под углом, отличным от 900 к силовым линиям однородного магнитного поля?
12. Какова траектория электрона в однородном поле силы тяжести?
13. Как надо направить электрическое и магнитное поля, чтобы электрон двигался в них с неизменной скоростью?
14. Что такое сила Лоренца. Как определить направление силы Лоренца.
15. Как изменится смещение пятна на экране, если скорость электронов уменьшить вдвое? (Если разность потенциалов уменьшить вдвое?)
806. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ
ЧАСТИЦ
806.1. Изучаемое физическое явление
Взаимодействие движущейся релятивистской заряженной частицы с магнитным полем.
806.2. Разделы теории
Движение заряженной частицы в магнитном поле [2. С.123 125; 208 209]; [3. С. 423].
806.3. Формулировка поставленной задачи
Расчет параметров траектории, определение скорости, энергии релятивистской заряженной частицы.
806.4. Краткое описание метода
В 1912 г. Ч.Вильсон построил прибор, позволяющий наблюдать и фотографировать треки заряженных частиц – трековый детектор частиц. В камере Вильсона следы заряженных частиц становятся видимыми благодаря конденсации пересыщенного пара на ионах, образованных заряженной частицей в газе. Возникшие на ионах капли жидкости вырастают до больших размеров, и при достаточно сильном освещении их можно сфотографировать.
В данной работе используется математическая модель камеры Вильсона.
При движении заряженной частицы в магнитном поле на нее действует сила Лоренца, которая определяется по формуле
,
где q
заряд частицы;
скорость частицы; В
индукция магнитного поля.
Второй закон Ньютона для релятивистских заряженных частиц, движущихся в магнитном поле, имеет вид:
, (806.1)
где m0 масса покоящейся частицы.
Так как сила Лоренца изменяет только направление скорости частицы, то масса частицы не изменится
и (806.1) можно записать в виде
где
угол между векторами
и
.
Учитывая, что центростремительное ускорение равно
,
получим
,
(806.2)
где R радиус трека (траектории, вдоль которой движется частица).
Зная скорость движущейся частицы, можно определить и другие параметры ее движения: релятивистскую массу
;
(806.3)
полную энергию частицы
; (806.4)
кинетическую энергию частицы
Eк = mc2 m0c2. (806.5)
Разность потенциалов, которую должна пройти частица, чтобы иметь скорость, определяемую(806.2), равна
U = Eк/e. (806.6)