fizick_praktika_II

1. Задайте начальные условия движения частицы:

Bx By 0, Bz 100 мТл;

Еx Еy Еz 0,

x (0) 500 км/ч, y (0) 500 км/ч, z (0) 0.

2.Выберите тип частицы – протон, траекторию этой частицы будете исследовать.

3.Нажмите кнопку «Начать эксперимент» – частица начнет двигаться в заданных условиях. Наблюдайте за траекторией частицы. Эксперимент закончится, когда частица покинет область эксперимента.

4.Нарисуйте полученную траекторию в плоскости XOY или сохраните траекторию движения в окне «Сохранить изображение». На рисунке укажите направление скорости частицы

идействующей силы в начальный момент времени. Результаты занесите в табл. 12.6.

5.При переходе к новому упражнению нажмите «Очи-

стить изображение».

6.Поменяйте тип частицы на отрицательный ион (углерода) и повторите пп. 3–5.

Задание 3.3. Определите траекторию движения заряженной частицы в скрещенных электрическом и магнитном полях.

В этом упражнении необходимо построить траектории движения частиц (положительного и отрицательного иона) в координатах XОY. Указать направление скорости и действующих сил в начальный момент времени. Убедитесь в том, что вид трохоиды определяется начальными условиями: величиной вектора начальной скорости и соотношения между модулем

векторов Eу и Вz . А также в том, что циклоида является частным случаем трохоиды.

201

1. Задайте начальные условия движения частицы:

Bx By 0, Bz 100 мТл;Еx Еz 0, Еy 200 В/см;

x (0) z (0) 0, y (0) 500 км/с.

2.Выберите тип частицы – протон, траекторию этой частицы будете исследовать.

3.Нажмите кнопку «Начать эксперимент» – частица начнет двигаться в заданных условиях. Наблюдайте за траекторией частицы. Эксперимент закончится, когда частица покинет область эксперимента.

4.Нарисуйте полученную траекторию в плоскости XOY или сохраните траекторию движения в окне «Сохранить изображение». На рисунке укажите направление скорости частицы

идействующих сил в начальный момент времени. Результаты занесите в табл. 12.6.

5.При переходе к новому упражнению нажмите «Очи-

стить изображение».

6.Поменяйте тип частицы на отрицательный ион (углерода), повторите пп. 3–5.

7.Измените начальные условия и убедитесь в том, что вид траектории движения частицы зависит от величины ее начальной скорости. Задайте начальные условия:

Bx By 0, Bz 100 мТл;Еx Еz 0, Еy 200 В/см;x (0) y (0) z (0) 0.

8.Выполните пп. 2–5.

9.Поменяйте тип частицы на отрицательный ион (углерода), повторите пп. 3–5.

202

5.2. Исследование характеристик траектории движения протона в скрещенных магнитном и электрическом полях

Выполняя эту часть работы (задания 3.4–3.7), Вам необходимопостроитьграфикиследующихзависимостей:

1)шага дрейфа протона от напряженности электрическо-

го поля hD = f(E) при неизменном значении индукции магнитного поля;

2)шага дрейфа протона от величины квадрата индукции

магнитного поля при неизменной напряженности электрического поля hD = f(В2);

3)радиуса кривизны траектории движения протона от величины индукции магнитного поля при неизменной напряженности электрического поля и начальной скорости частицы;

4)радиуса кривизны траектории движения протона от величины напряженности электрического поля при неизменной индукции магнитного поля R = f(Е).

Задание 3.4. Изучение зависимости ШАГА дрейфа заряженной частицы от величины напряженности электрического поля.

В этом задании необходимо построить график зависимости шага дрейфа протона от напряженности электрического поля hD = f(E) при неизменной индукции магнитного поля. Для упрощения работы исследование проведем на примере циклоиды, которая является частным случаем трохоиды.

1. Задайте начальные условия движения протона:

Bx Bу 0, Bz 100 мТл;Ex Ez 0, Eу 200 B/cм;

x (0) y (0) z (0) 0.

2. Нажмите кнопку «Начать эксперимент» – частица начнет двигаться в заданных условиях. Наблюдайте за траекторией частицы. Эксперимент закончится, когда частица покинет область эксперимента.

203

3. При необходимости измените масштаб. С помощью бегунка прокрутки «Измерение координаты X» совместите измерительную линию с концом первого целого витка траектории частицы. По горизонтальной линейке, учитывая цену деления, определите эту искомую координату. Результаты измерений занесите в табл. 12.7.

5.После окончания измерений очистите область эксперимента с помощью кнопки «Очистить изображение» и вернитесь к первоначальному масштабу (100 %).

6.Проведите исследования и измерения, как в пп. 3–5, для

7. Постройте график зависимости шага дрейфа от величины напряженности электрического поля hD = f(E).

Начальные условия: В = 100 мТл, υx(0) = υy(0) = υz(0) = 0.

Задание 3.5. Изучение зависимости ШАГА дрейфа частицы от величины индукции магнитного поля.

В этом упражнении необходимо построить график зависимости шага дрейфа протона от величины квадрата индукции магнитного поля при неизменной напряженности электрического поля hD = f(В2). Для упрощения работы исследование проведем на примере циклоиды, которая является частным случаем трохоиды.

1. Задайте начальные условия движения частицы:

Bx Bу 0, Bz 200 мТл;Ex Ez 0, Eу 200 B/cм;

x (0) y (0) z (0) 0.

204

2.Нажмите кнопку «Начать эксперимент» – частица начнет двигаться в заданных условиях. Наблюдайте за траекторией частицы. Эксперимент закончится, когда частица покинет область эксперимента.

3.При необходимости измените масштаб. С помощью бегунка прокрутки «Измерение координаты X» совместите измерительную линию с концом первого целого витка траектории частицы. По горизонтальной линейке, учитывая цену деления, определите эту искомую координату. Результаты измерений занесите в табл. 2.8.

5.После окончания измерений очистите область эксперимента с помощью кнопки «Очистить изображение» и вернитесь к первоначальному масштабу (100 %).

6.Проведите исследования и измерения, как в пп. 3–5, для

всех В 80, 200 мТл с шагом 30 мТл и занесите результаты в табл. 12.8.

Начальные условия: Е = 200 В/см, υx(0) = υy(0) = υz(0) = 0.

8. Постройте график зависимости шага дрейфа от величины квадрата вектора магнитной индукции hD = f( Bz2 ).

Задание 3.6. Изучение зависимости РАДИУСА КРИВИЗНЫ траектории движения от величины индукции магнитного поля для частицы, находящейся в скрещенных электрическом и магнитном полях.

В этом задании необходимо построить графики зависимостей радиуса кривизны движения протона от величины индук-

205

ции магнитного поля при неизменной напряженности электрического поля и начальной скорости частицы.

1. Задайте начальные условия движения протона:

Bx Bу 0, Bz 100 мТл;Ex Ez 0, Eу 200 B/cм;

x (0) z (0) 0, y (0) 500 км/ч.

2.Нажмите кнопку «Начать эксперимент» – частица начнет двигаться в заданных условиях. Наблюдайте за траекторией частицы. Эксперимент закончится, когда частица покинет область эксперимента.

3.При необходимости измените масштаб. Бегунком прокрутки «Измерение Y-координаты» совместите поочередно измерительную линию с минимальным и максимальным радиусом. По вертикальной линейке, учитывая цену деления, определите искомые координаты и рассчитайте радиус вращательного движения частицы, результаты внесите в табл. 12.9.

Таблица 12.9

Начальные условия: Еу = 200 В/см, υx(0) = υz(0) = 0,

υy(0) = 500 км/ч.

4. Проведите исследования и измерения, как в п. 3, для всех Вz 100, 200 мТл с шагом 25 мТл.

206

5. Постройте зависимости радиуса кривизны траектории частицы от величины индукции магнитного поля R = f(B).

Задание 3.7. Изучение зависимости РАДИУСА КРИВИЗНЫ траектории движения протона от величины напряженности электрического поля для частицы, находящейся в скрещенных электрическом и магнитном полях.

трохоиды.

1. Задайте начальные условия движения протона:

2.Нажмите кнопку «Начать эксперимент» – частица начнет двигаться в заданных условиях. Наблюдайте за траекторией частицы. Эксперимент закончится, когда частица покинет область эксперимента.

3.При необходимости измените масштаб. Бегунком прокрутки «Измерение Y-координаты» совместите поочередно измерительную линию с минимальной и максимальной точкой изменения у-координаты. По вертикальной линейке, учитывая цену деления, определите искомые координаты и рассчитайте радиус траектории движения, результаты занесите в табл. 12.10.

4.Проведите исследования и измерения, как в п. 3, для

всех Е 80, 200 В/см с шагом 40 В/см.

5. Постройте зависимости радиуса кривизны траектории частицы от величины напряженности электрического поля

R = f(Е).

207

11.Изобразите траекторию движения и опишите характер движения заряженной частицы под действием кулоновской силы.

12.Какой параметр движения частицы в суммарном магнитном и электрическом полях зависит от модуля вектора напряженности электрического поля?

13.Какой параметр движения частицы в суммарном магнитном и электрическом полях зависит от времени движения частицы?

14.Какой параметр движения частицы в суммарном магнитном и электрическом полях зависит от величины модуля вектора магнитной индукции?

15.Дайте понятие ведущего центра.

16.Объясните роль электрического поля в возникновении дрейфа ведущего центра.

17.От каких параметров силовых полей зависит величина скорости дрейфа?

18.Объясните роль электрического поля в изменении радиуса кривизны траектории движения за время одного полного оборота.

19.Объясните зависимость направления дрейфа частицы от знака ее заряда при прочих равных условиях.

20.От каких внешних параметров зависит направление дрейфа частицы в скрещенных электрическом и магнитном полях.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М. : Высшая школа, 2007. – 542 с.

2.Лисицына, Л.А. Происхождение радиационного пояса Земли: учебное пособие /Л.А. Лисицына. – Томск. : Изд-во ТГАСУ, 2004. – 37 с.

209

210