Презентация Измерение удельного заряда электрона методом магнетрона онлайн

Содержание слайда: Измерение удельного заряда электрона методом магнетрона Мультимедийное руководство к Лабораторной работе № 2 по курсу физики для студентов дистанционной формы обучения Разработчик: старший преподаватель кафедры физики СибГУТИ Александр Иванович Стрельцов

Содержание слайда: Цель работы Ознакомиться с законами движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Измерить удельный заряд электрона с помощью цилиндрического магнетрона.

Содержание слайда: Теоретическое введение Краткие теоретические сведения об исследуемом физическом явлении

Содержание слайда: Электрический заряд В природе существует 4 вида фундаментальных взаимодействий физических тел: гравитационное, электромагнитное, слабое и ядерное. Наше исследование будет посвящено электромагнитному взаимодействию тел Чтобы иметь возможность вступать в электромагнитное взаимодействие, тела должны обладать особым физическим свойством – электрическим зарядом Электрический заряд характеризует вид и интенсивность взаимодействия тел. Поэтому он является физической величиной, у которой есть собственное обозначение – буква q и размерность – кулон (Кл) Отношение электрического заряда частицы к её массе называется удельным зарядом частицы

Содержание слайда: Магнитное поле Электрические заряды не могут действовать друг на друга непосредственно. Действие одного заряда на другой осуществляется посредством магнитного поля Магнитное поле – это структурная форма материи, с помощью которой осуществляется электромагнитное взаимодействие. Его основные свойства: Магнитное поле создаётся только движущимися электрическими зарядами и ничем другим Магнитное поле способно оказывать силовое воздействие на помещённый в него движущийся электрический заряд, что позволяет его обнаружить Магнитное поле не создаётся и не действует на неподвижные электрические заряды

Содержание слайда: Индукция магнитного поля Отношение силы, действующей на движущийся заряд, помещённый в магнитное поле, к величине этого заряда и скорости его движения, называется индукцией магнитного поля: Вектор индукции магнитного поля одновременно перпендикулярен вектору силы, действующей на электрический заряд, помещённый в данную точку поля, и вектору скорости движения заряда Таким образом, индукция магнитного поля является его силовым параметром В системе единиц СИ магнитная индукция измеряется в тесла (Тл)

Содержание слайда: Силовые линии магнитного поля

Содержание слайда: Характер Магнитного поля Однородное

Содержание слайда: Сила Лоренца Сила, действующая со стороны магнитного поля на одиночный движущийся электрический заряд, называется силой Лоренца: векторная запись , скалярная запись Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки либо по правилу правого винта Сила Лоренца всегда одновременно перпендикулярна скорости движения заряда и вектору магнитной индукции Поэтому сила Лоренца изменяет скорость движения заряженной частицы только по направлению, не изменяя её величины. Вследствие этого данная сила не способна совершать механическую работу

Содержание слайда: Определение направления вектора силы Лоренца Правило левой руки: если четыре пальца левой руки направить по движению положительного электрического заряда, а вектор магнитной индукции будет входить в ладонь, то отогнутый под прямым углом большой палец покажет направление силы Лоренца Правило правого винта (буравчика): если поворачивать вектор скорости движения положительного электрического заряда на минимальный угол, пытаясь совместить его с вектором магнитной индукции, то направление поступательного движения буравчика совпадёт с направлением силы Лоренца

Содержание слайда: Движение электрического заряда под действием силы Лоренца Перпендикулярно силовым линиям магнитного поля

Содержание слайда: Уравнение Движения электрического заряда под действием силы Лоренца Движение любого тела или частицы всегда подчиняется второму закону сэра Ньютона: По определению, линейное ускорение: При движении заряженной частицы в магнитном поле на неё действует сила Лоренца: Уравнение движения заряженной частицы в магнитном поле принимает окончательный вид:

Содержание слайда: Циркуляция вектора магнитной индукции по замкнутому контуру

Содержание слайда: Закон полного тока

Содержание слайда: Критический ток соленоида

Содержание слайда: Удельный заряд электрона Отношение электрического заряда частицы к её массе называется удельным зарядом Удельный заряд частицы обозначается как отношение q/m и в системе единиц СИ измеряется в кулонах, делённых на килограмм (Кл/кг) Поскольку электрон несёт на себе отрицательный электрический заряд, то и удельный заряд электрона тоже будет отрицательной величиной Удельные заряды элементарных частиц, в том числе – электрона, легко вычисляются через элементарный заряд и массу покоя частиц, которые являются мировыми константами Вычисление удельного заряда электрона по результатам измерений параметров магнетрона составляет основную цель нашей лабораторной работы

Содержание слайда: Экспериментальная часть Описание лабораторной установки

Содержание слайда: Реальная лабораторная установка. Внешний вид Лабораторная установка состоит из вакуумного диода и соленоида, образующих магнетрон, измерительного блока с цифровыми приборами для измерения токов магнетрона, а также источника питания с измерительными приборами и возможностью регулирования подаваемых в схему токов

Содержание слайда: Реальная лабораторная установка. Принципиальная схема Схема содержит три цепи: цепь питания соленоида (слева вверху), цепь накала катода вакуумного диода (слева внизу) и анодную цепь вакуумного диода (справа). Схема позволяет регулировать и измерять ток в цепи соленоида и анодное напряжение диода, а также измерять его анодный ток.

Содержание слайда: Виртуальная лабораторная установка Программа-симулятор – это математическая модель, полностью отражающая исследуемые в лабораторной работе свойства реального магнитного поля Щёлкните здесь, чтобы запустить программу

Содержание слайда: Снятие зависимости анодного тока магнетрона от тока в цепи его соленоида Установите значение анодного напряжения в соответствии со своим вариантом задания Последовательно устанавливайте все возможные значения тока соленоида, начиная с нуля и каждый раз нажимайте кнопку «Вычислить» Таблица заполняется автоматически По окончании измерений обязательно перепишите все значения обоих токов в отчёт по лабораторной работе Для перехода в следующее окно нажмите кнопку «Построить график»

Содержание слайда: Построение графика зависимости анодного тока магнетрона от тока в цепи его соленоида График исследуемой зависимости строится автоматически. Его необходимо скопировать в отчёт по работе (Alt+PrintScreen) Для перехода в следующее окно и построения графика производной анодного тока по току соленоида от тока соленоида (dIa/dIc = f(Ic)) нажмите большую кнопку «Построить график зависимости dIa/dIc от Ic»

Содержание слайда: Графическое дифференцирование зависимости анодного тока от тока соленоида по току соленоида и поиск критического тока магнетрона График производной тоже строится автоматически. Его необходимо скопировать в отчёт по работе (Alt+PrintScreen) Одновременно открывается окно для вычисления удельного заряда электрона Как можно точнее снимите с графика значение критического тока магнетрона и переходите к расчёту удельного заряда электрона

Содержание слайда: Вычисление удельного заряда электрона Поочерёдно введите в чёрные поля параметры лабораторной установки: Число витков соленоида Длину намотки соленоида, (м) Радиус анода магнетрона, (м) Критический ток магнетрона, (мА) Анодное напряжение магнетрона, (В) Нажмите кнопку «Вычислить» и запишите в отчёт экспериментальное значение удельного заряда электрона в Кл/кг.

Содержание слайда: Обработка полученных результатов Анализ цели лабораторной работы и написание вывода по проведённому исследованию магнитного поля

Содержание слайда: Сопоставление теоретических данных с практическими результатами Целью работы была экспериментальная проверка значения удельного заряда электрона Согласно справочным данным, заряд электрона равен -1.6∙10-19 Кл, а его масса покоя составляет 9.1∙10-31 кг. Отсюда удельный заряд электрона получается равным примерно -1.76∙10+11 Кл/кг С другой стороны, проведённые измерения позволяют рассчитать удельный заряд по формуле Сопоставив между собой полученные теоретическое и экспериментальное значения удельного заряда электрона, можно сделать вывод о справедливости метода магнетрона для его измерения. Предоставляем Вам возможность сделать это самостоятельно, используя это мультимедийное руководство, полнотекстовое описание лабораторной работы и видеоурок. Желаем успехов!