4486

21

На основании результатов эксперимента необходимо сделать и записать в отчет вывод по проделанной работе, в котором в соответствии с целью работы указывается:

1)какое явление наблюдалось при проведении эксперимента;

2)какая физическая величина и каким методом была измерена;

3)приводится доверительный интервал для искомой физической величины или делается вывод о выполнимости в условиях данной работы исследуемого фундаментального закона;

4)полученный экспериментальный результат сопоставляется с теоретической оценкой или с табличным значением;

5)указывается, ошибки измерения каких величин внесли основной вклад в погрешность измерения искомой физической величины.

Рекомендуем внимательно ознакомиться с образцом оформления лабораторной работы.

Образец оформления лабораторной работы

Лабораторная работа № 5.3 (27)

ОПРЕДЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ

Цель работы: изучение закономерностей движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях; определение скорости и удельного заряда электрона.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ

Удельный заряд частицы

Удельный заряд частицы q – это отношение заряда q частицы к ее

Сила Лоренца – сила, действующая на заряд q, движущийся со скоростью v в электромагнитном поле:

Fл qE q vB ,

где E – напряженность электрического поля; B – индукция магнитного поля.

Силу Лоренца можно представить как сумму электрической и магнитной составляющих: Fл Fэ Fм .

Электрическая составляющая силы Лоренца: Fэ qE

23

правлению, не изменяясь по модулю. Частица в этом случае равномерно движется по дуге окружности, плоскость которой перпендикулярна линиям индукции.

Если вектор скорости v заряженной частицы составляет с вектором B угол, то частица участвует одновременно в двух движениях: поступательном с постоянной скоростью v| | и равномерном вращении по окружности со скоро-

стью v . В результате траектория заряженной частицы имеет форму винтовой линии.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

В работе изучается движение электронов в скрещенных однородных электрическом и магнитном полях. Источником электронов является электронная пушка 1 электроннолучевой трубки осциллографа. Электрическое поле создается между парой вертикально отклоняющих пластин 2 электронно-лучевой

трубки при подаче на них напряжения U. (Горизонтально отклоняющие пластины 3 в работе не используются.) Напряженность E электрического поля направлена верти-

кально.

В отсутствии электрического и магнитного полей электроны движутся вдоль оси трубки с начальной скоростью vo , при этом светя-

24

щееся пятно находится в центре экрана. При подаче напряжения U на пластины 2 между ними создается электрическое поле, напряженность которого E перпендикулярно вектору начальной скорости электронов. В результате пятно смещается. Величину y этого смещения можно измерить, воспользовавшись шкалой на экране осциллографа.

Магнитное поле создается двумя катушками 4, симметрично расположенными вне электроннолучевой трубки, при пропускании по ним электрического тока. Вектор магнитной индукции B направлен горизонтально и перпендикулярно оси трубки.

В электрическом поле на электрон действует электрическая составляющая силы Лоренца:

FЭ eE ,

где е – заряд электрона. Заряд электрона отрицательный (е < 0), поэтому сила FЭ направлена противоположно полю. Эта сила сообщает электрону ускорение a y в направлении оси Y, не влияя на величину скорости электрона вдоль оси X: v x v0 . Подставляя выражение для FЭ в основной закон динамики поступательного движения FЭ may и получаем, что ускорениеay eEm , где

m – масса электрона. В результате, пролетая область электрического поля за время , где l1 – длина пластин, электрон смещается по оси Y на рас-

стояние:

После вылета из поля электрон летит прямолинейно под некоторым уг-

Окончательно смещение пятна от центра экрана в электрическом поле равно y y1 y2 , где

Если по катушкам 4 пропустить электрический ток, то на пути электронов возникнет магнитное поле. Изменяя силу тока I в катушках, можно подобрать такую величину

25

и направление магнитной индукции B , что магнитная составляющая силы Лоренца FМ скомпенсирует электрическую составляющую FЭ . В этом случае пятно снова окажется в центре экрана. Это будет при условии равенства нулю силы Лоренца:

Как видно из рисунка, это условие выполняется, если вектор магнитной индукции B перпендикулярен векторам E и vo , что реализовано в установке. Из этого условия можно определить скорость электронов:

vo BE .

Поскольку практически измеряется напряжение U, приложенное к пластинам, и расстояние d между ними, то пренебрегая краевыми эффектами

можно считать, что E U , тогда d

vo BdU .

Измеряя смещение у электронного пучка, вызванное электрическим полем Е, а затем подбирая такое магнитное поле В, чтобы смещение стало равным нулю, можно определить удельный заряд электрона:

Схема установки

Электроннолучевая трубка расположена в корпусе осциллографа 1, на передней панели которого находится экран трубки 2 и две пары клемм. Клеммы ПЛАСТИНЫ соединены с вертикально отклоняющими пластинами трубки. Клеммы КАТУШКИ соединены с катушками 4 электромагнита, создающего магнитное поле. (Расположение катушек видно через прозрачную боковую стенку осциллографа.) Выпрямитель 5 и блок 6 служат для создания, регулировки и измерения постоянного напряжения на управляющих пластинах трубки и постоянного тока через катушки электромагнита. Переключатель K1 позволяет изменить полярность напряжения на пластинах, а переключатель K2 – направление тока через катушки электромагнита.

26

Параметры установки: d = 7,0 мм; l1 = 25,0 мм; l2 = 250 мм.

Приборы и принадлежности: осциллограф с электроннолучевой трубкой; выпрямитель; блок коммутации с электроизмерительными приборами.

Таблица характеристик используемых в работе электроизмерительных приборов

28

Вывод:

1)В работе исследовалось движение электронов в скрещенных однородном электрическом и магнитном полях с помощью электронно-лучевой трубки.

2)Измеренный удельный заряд электрона равен:

e/m = ( 1.67 0.26 ) 10 11 Кл/кг ; = 0.13 .

3)Табличное значение e/m = 1.76 10 11 Кл/кг попадает в полученный доверительный интервал, т.е. различие между измеренным и табличным значением удельного заряда находится в пределах ошибки измерения.

4)Основной вклад в погрешность определения e/m внесла ошибка измерения магнитной индукции.

Лабораторные работы выполняются в группах по 2–3 человека в соответствии с распределенным в начале семестра вариантом индивидуальной траектории, в котором указываются номера лабораторных работ, которые необходимо проделать и сдать в течение семестра, из списка, приведенного в таблице 3.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ РЕФЕРАТОВ

Поскольку лекции читаются не в полном объеме дисциплины, то студентам на самостоятельное изучение выносится ряд разделов. Преподаватель сообщает студентам содержание данных разделов и организует контроль знаний по заявленным темам. По результатам изучения приведенных тем студент составляет конспект или оформляет реферат. Темы заданий, вынесенных на самостоятельную работу, приводятся в рабочей программе.

Подготовка рефератов направлена на развитие и закрепление у студентов навыков самостоятельного глубокого, творческого и всестороннего анализа научной, методической и другой литературы по актуальным проблемам дисциплины; на выработку навыков и умений грамотно и убедительно излагать материал, четко формулировать теоретические обобщения, выводы и практические рекомендации.

Рефераты должны отвечать высоким квалификационным требованиям в отношении научности содержания и оформления.

Темы рефератов, как правило, посвящены рассмотрению одной проблемы. Объем реферата может быть от 5 до 15 страниц машинописного текста (список литературы и приложения в объем не входят).

Текстовая часть работы состоит из введения, основной части и заключения.

Во введении студент кратко обосновывает актуальность избранной темы реферата, раскрывает конкретные цели и задачи, которые он собирается решить в ходе своего небольшого исследования.

Восновной части подробно раскрывается содержание вопроса (вопросов) темы.

Взаключении кратко должны быть сформулированы полученные результаты исследования и даны выводы. Кроме того, заключение может включать предложения автора, в том числе и по дальнейшему изучению заинтересовавшей его проблемы.