ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики Морев А.В., Третьяков П.Ю., Морева Е.В. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ПО КУРСУ «ФИЗИКА» для студентов специальности 230201 “Информационные системы и технологии” очной формы обучения Тюмень, 2009

УДК 537.6/.8

M-79

Морев А.В., Третьяков П.Ю., Морева Е.В. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона: методические указания к лабораторной работе по курсу «Физика» для студентов специальности 230201 “Информационные системы и технологии” очной формы обучения. - Тюмень: РИО ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2009. – 11 с.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы по курсу общей физики, раздел «Магнетизм».

Методические указания содержат краткую теоретическую часть и контрольные вопросы. В пособии даны методические рекомендации по порядку выполнения работы, математической обработке результатов измерений и оформлению таблиц.

Рецензент: Решетникова Л.А.

Тираж 50 экз.

© ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет »

© Морев А.В., Третьяков П.Ю., Морева Е.В.

Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет »

Содержание

1. Краткая теория . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2. Описание установки и метода измерений . . . . . . . . . . . . . . . 6

3. Порядок выполнения работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4. Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

5. Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:	экспериментальное определение удельного заряда электрона методом отклонения движущихся электронов в магнитном поле
ОБОРУДОВАНИЕ:	двухэлектродная электронная лампа, соленоид, два амперметра, вольтметр, два реостата, источник постоянного тока

1 Краткая теория

Одной из главных характеристик заряженной частицы, как и всякого заряженного тела, является электрический заряд q. Однако движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях определяется не зарядомq, а отношением зарядаqк массе частицы, называемымудельным зарядом.

Поясним это на некоторых примерах.

1. Пусть частица с зарядом qдвижется в электрическом поле напряженностиЕ. СилаF, действующая на частицу в поле равна

. (1)

Запишем для такой части уравнение движения:

(2)

Из (1) и (2) следует, что ускорение заряженной частицы в электрическом поле зависит от ее удельного зарядa

(3)

2. Пройдя разность потенциалов U, заряженная частица приобретает кинетическую энергию, равную величине

(4)

Из этого равенства следует, что скорость υчастицы также определяется удельным зарядом:

(5)

3. На любой заряд, в том числе и электрон, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца, определяемая выражением

, (6)

где q  заряд,  его скорость,  индукция магнитного поля, в котором движется заряд.

Направление силы Лоренца определяется по правилу векторного произведения.

Направление для положительных зарядов также можно определить по “правилу левой руки”. Для этого необходимо ладонь левой руки расположить так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены вдоль вектора скорости , тогда отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца. Для отрицательных зарядов вектор силы будет направлен в противоположную сторону.

Модуль силы Лоренца равен

(7)

где α – угол между вектора и .

Если вектора и параллельны, то сила Лоренца равна нулю.

Если магнитное поле однородно, а вектора и перпендикулярны, то траектория движения электрона представляет собой окружность, радиус которойR определяется из второго закона Ньютона

(8)

где  центростремительное (нормальное) ускорение.

Таким образом, имеем

(9)

Из (9) можно найти скорость движения заряженной частицы в магнитном поле

(10)

В истории физики опытное определение удельного заряда сыграло очень важную роль, т.к. оно предшествовало определению заряда и массы частиц. Дело в том, что ни уравнение (5), относящееся к движению частиц в электрическом поле, ни уравнение (10), описывающее движение частиц в магнитном поле, не позволяют определить заряд и массу частицы порознь, т.к. в каждом из этих уравнений содержится три неизвестные величиныυ, qиm.Если определять неq иmв отдельности, а их отношение, т.е. удельный заряд, то оба уравнения содержат лишь два неизвестных иυ, поэтому их совместное решение возможно. На этом и основано большинство методов экспериментального определения удельного заряда частиц.