Методические указания а. Д. Рожковский (стр. 4 из 20)
| q, ед. заряда электрона | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| R (см) | ||||||||
| R·q |
По данным табл. 1.1 постройте в отчете график зависимости R = f(q). Какой математической функцией можно описать полученную зависимость? Для проверки гипотезы об обратно пропорциональной зависимости радиуса траектории от величины заряда частицы сравните для всех ячеек табл. 1.1 величины произведения qR. Если величина произведения окажется одинаковой (с учетом ошибки измерений), то гипотеза будет подтверждена.
Задание 2. Определение зависимости радиуса траектории от величины массы частицы
Измените значения параметров q = 1е; m = 1а.е.м. Остальные величины оставьте без изменений. Устанавливая значения массы частицы по ряду значений, указанных в табл. 1.2, получите соответствующие траектории и произведите измерения диаметров окружностей, отвечающих траекториям частицы с установленным зарядом, последовательно заполняя табл. 1.2.
Таблица 1.2.
Значения радиуса траектории как функции массы частицы
| m, ед. атомной массы | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| R (см) |
По данным табл. 1.2 постройте в отчете график функциональной зависимости R = f(m). Запишите, какой зависимостью можно описать полученные результаты.
Задание 3. Определение зависимости радиуса траектории от величины индукции магнитного поля
Измените, значение параметров: m = 8 а.е.м., V0 = 1·105 м/с. Устанавливая значения индукции магнитного поля по ряду значений, указанных в табл. 1.3, получите соответствующие траектории и произведите измерения диаметров окружностей, последовательно заполняя ячейки табл. 1.3.
Таблица 1.3.
Значения радиуса траектории как функции индукции поля
| В, мТ | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 |
| R (см) |
Сравните численные значения радиусов траекторий в табл. 1.3 и в табл. 1.1. Какой вывод следует из сравнения двух зависимостей в отношении функции R = f(B)? Какой функциональной зависимостью следует описывать зависимость радиуса траектории от величины индукции магнитного поля? Запишите Ваши выводы в отчет.
Задание 4. Определение зависимости радиуса траектории от величины скорости влета V^ частицы в магнитное поле
Введите значение В = 30 мТ. Изменяя величину скорости влета частицы в магнитное поле по ряду значений табл. 1.4, получите траектории движения частицы и произведите измерения диаметра соответствующих траекторий. Заполните ячейки табл. 1.4.
Таблица 1.4.
Значения радиуса траектории как функции скорости V^ частицы
| V^·105 м/с | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 |
| R (см) |
Сделайте обобщение результатов, полученных в заданиях 1.1–1.4, и запишите в отчет общую формулу, выражающую зависимость величины радиуса траектории заряженной частицы в магнитном поле от массы, заряда частицы, ее скорости и индукции магнитного поля.
Задание 5. Определение зависимости шага траектории от величины угла влета частицы в магнитное поле
Установите значение V0 = 1·105 м/с; В = 10 мТ. Значения остальных параметров остаются без изменений. В соответствии с рядом значений угла влета, приведенным в табл. 1.5, получите соответствующие траектории движения заряженной частицы, произведите измерения величины шага спиралей и заполните ячейки табл. 1.5.
Таблица 1.4.
Значения шага траектории как функции угла влета
| α, град | 70 | 72 | 74 | 76 | 78 | 80 | 82 | 84 | 86 | 88 |
| L (см) | ||||||||||
| 90° - α |
По полученным данным постройте график зависимости величины шага спирали L от значения угла влета частицы в магнитное поле. Приведите в отчете объяснение, почему вместо функциональной зависимости по закону синуса (см. теорию) Вы получили линейную зависимость.
Указание. Выразите все значения угла (90° – α) в радианах, поделив значения разности углов (90°–α) в градусах на величину одного радиана, выраженную в градусах (примерно 57°). Вспомните, какое приближение существует для величин синусов малых углов.
Контрольное задание. Зарисуйте в отчете форму траектории движения заряженной частицы в неоднородном магнитном поле, для которого величина индукции поля В убывает вдоль вертикальной оси. Различимо укажите на рисунке изменения радиуса и шага траектории в новых условиях. Учтите, что величина шага L прямо пропорциональна времени одного оборота (времени прохождения пути 2πR).
Самостоятельная работа
Задание 1. 1. Движение в сонаправленных магнитном и электрическом полях
Установите численные значения следующих параметров: q = 1е; m = 8 а.е.м.; V0 =1·105 м/с; α = 90; B =10 мТ;
Еx = 0; Еz = 10.
Получите траекторию движения заряженной частицы в совмещенных полях и опишите ее форму в отчете. Обратите внимание на величины радиуса спирали и ее шага (расстояния между витками спирали). Запишите, на какие простые виды движения можно разложить наблюдаемое сложное движение. Объясните, почему шаг спирали нелинейно возрастает.
Задание 1. 1. Траектории движения в скрещенных магнитном и электрическом полях
Введите значения параметров: q = 2е; m = 8 а.е.м.; V0 =1·105 м/с; α = 90 ; B =10 мТ; Еx = 0; Еz = 100.
Выбор таких значений параметров эксперимента отвечает случаю влета частицы в область магнитного и электрического полей под углом 90°. Получите траекторию движения частицы. Задавая значения Еz = 200, 300 и 400 пронаблюдайте, как меняется траектория заряженной частицы. Используя данные теоретической части, запишите, какие виды движений материальной точки Вы можете выделить в данном случае. Используя формулы в теоретической части, рассчитайте скорости дрейфа Vд, для Еz = 100, 200, 300 и 400 . Для каждого значения Еz, задайте начальную скорость равной скорости дрейфа и пронаблюдайте за движением заряженной частицы. Дайте объяснение наблюдаемому движению.
Лабораторная работа № 2. Форма отчета.
Общие требования к оформлению.
Работа выполняется на листах бумаги формата A4, или на двойных тетрадных листах.
В заголовке указываются:
Фамилия и инициалы студента, № группы
НАЗВАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Каждое задание лабораторной работы оформляется как ее раздел и должно иметь заголовок. В отчете по каждому заданию, должны быть даны ответы на все вопросы и, если это указано, сделаны выводы и приведены необходимые рисунки. Результаты тестовых заданий обязательно должны быть показаны преподавателю. В заданиях, включающих в себя измерения и расчеты, должны быть приведены данные измерений и данные проведенных расчетов.
Задание 1. Определение зависимости радиуса траектории от величины заряда частицы
Таблица 1.1.
Значения радиуса траектории как функции заряда частицы
| q, ед. заряда электрона | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| R (см) | ||||||||
| R·q |
График зависимости R = f(q).
Ответы на вопросы задания. Выводы.
Задание 2. Определение зависимости радиуса траектории от величины массы частицы
Таблица 1.2.
Значения радиуса траектории как функции массы частицы
| m, ед. атомной массы | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| R (см) |
График функциональной зависимости R = f(m).
Вывод и запись функциональной зависимости R = f(m).
Задание 3. Определение зависимости радиуса траектории от величины индукции магнитного поля
Таблица 1.3.
Значения радиуса траектории как функции индукции поля
| В, мТ | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 |
| R (см) |
Сравнение численных значений радиусов траекторий в табл. 1.3 и в табл. 1.1. Вывод о функциональной зависимости R = f(B).
Задание 4. Определение зависимости радиуса траектории от величины скорости влета V^ частицы в магнитное поле