Порядок выполнения работы

С помощью стрелки компаса находят положение плоскости магнитного меридиана и устанавливают трубку в положение параллельно магнитному полю Земли. Далее включают блок осциллографа и, вращая трубку, устанавливают ее под углом θ к горизонту. При этом след электронного луча должен находиться в центре координатной сетки. Если этого не наблюдают, то ручками центровки луча ставят ее на центр координатной сетки. Поворачивают трубку на 90° и определяют отклонение луча у₁. Затем поворачивают трубку на 180° и фиксируют отклонение у₂.

При точной начальной установке трубки и светового пятна на экране величины у₁ и у₂ должны совпадать. Если это не наблюдается, то измерения выполняют следующим образом.

Измеряют отклонение в одну сторону и складывают его с отклонением в другую сторону. Очевидно, в этом случае искомое отклонение . Учитывая визуальный характер наблюдений, необходимо произвести не менее 5-7 измерений и рассчитать относительную ошибку определения е/т. При вычислении удельного заряда по формуле (13) принимают L=15.5 см, U=720 В. В заключение сравнивают полученное значение е/т с табличным.

Контрольные вопросы

1. Как установить направление магнитного меридиана в данной точке Земли?

2. Какой вид имеет траектория электронов при различных положениях осциллографической трубки?

3. Какими параметрами определяется величина отклонения электронного луча в магнитном поле Земли?

4. Выведите соотношение (11а).

5. Можно ли с помощью данной установки определить:

а) положение плоскости магнитного меридиана?

б) направление магнитного меридиана?

6. Почему при использовании осциллографа влияние магнитного поля Земли обычно не учитывают?

Литература

1. Шпольский Э.В. Атомная физика. М.:Наука. -1984. – Т.1. - С. 20-25.

2. Кортнев А.Б., Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике. М:Высшая школа. I961. - С. 276-277.

Лабораторная работа №2 определение заряда электрона по методу милликена

Открытие дискретной структуры электрических зарядов было сделано как вывод из законов Фарадея об электролизе одновременно Стонеем и Гельмгольцем в 1881г. Дальнейшие шаги в познании атомистической природы электричества связаны с изучением электрического разряда в газах. В частности, исследование катодных лучей показало, что «атомы» отрицательного электричества могут быть легко получены в свободном состоянии. За этими атомами утвердилось предложенное Стонеем (1891) название электронов.

Прямое доказательство дискретности электрических зарядов и первые точные определения величины заряда электрона были выполнены Милликеном (1911).

Описание метода Милликена

Экспериментальный метод, примененный Милликеном, заключается непосредственно в измерении заряда маленьких капелек масла. Заряженная капелька помещается между обкладками горизонтально расположенного конденсатора, затем измеряется скорость подъема капельки υ₁ вызываемого электрическим полем известной напряженности ε и скорость ее падения υ₂ в поле тяжести. Как мы увидим, на основе этих данных может быть вычислен заряд электрона е.

Движение капельки в поле заряженного конденсатора происходит под действием сил тяжести, сопротивления воздуха, выталкивающей архимедовой силы, силы электростатического поля. Согласно второму закону Ньютона это движение описывается уравнением

(1)

Здесь r и σ - радиус и плотность капли, m и e_n – ее масса и заряд, η и ρ коэффициенты вязкости и плотности воздуха. Вследствие малых размеров, начиная с некоторого момента времени капелька будет двигаться равномерно, т.е. . Теперь из уравнения (1) получаем

(2)

Все величины в (2), кроме радиуса капли r, известны. Для определения r изучают равномерное падение капли при отсутствии поля ε. При этом сила Стокса будет направлена вверх, поэтому

(3)

Отсюда

(4)

Подставляя значение r в формулу (2) и учитывая, что ε=U/d; (U - напряжение на конденсаторе, d- расстояние между его пласти­нами), получим окончательно

(5)

Как выяснилось, в формулу (5) следует ввести малую поправку, учи­тывающую отступления от закона Стокса для слишком маленьких капе­лек.

Если представление об атомном строении справедливо, то полный заряд капли всегда равен целому кратному элементарного заряда.