Інтерфейс програми “Рух зарядженої частинки в магнітному полі”

Розглянемо рух зарядженої частинки в магнітному полі (див. Інтерфейс програми). В магнітному полі заряджена частинка рухається по спіралі. У випадку – по колу ( – швидкість частинки, – індукція магнітного поля).

При на рухому частинку діє сила Лоренца (50.3), внаслідок чого частинка набуває прискорення

. (50.4)

Оскільки і , то прискорення є доцентровим, a – відповідно доцентровою силою. Отже, викривляє траєкторію руху, змушуючи частинку рухатися по колу, радіус якого можна визначити з умови:

. (50.5)

Оскільки sin  = 1, то

(50.6)

де r називають ларморівським радіусом. Взявши до уваги, що , можна обчислити так звані циклотронні частоту і період руху частинки

. (50.7)

З (50.5) можна визначити питомий заряд частинки

. (50.8)

Порядок виконання роботи

Завдання № 1

1. Ознайомтеся з інтерфейсом комп’ютерної програми “Рух зарядженої частинки в магнітному полі”.Міняючи значення індукції магнітного поля і початкових швидкостей частинки, спостерігайте за рухом частинки.

2. Зробіть висновок про рух зарядженої частинки в магнітному полі.

Завдання № 2

Визначення питомого заряду зарядженої частинки

1. Підведіть маркер миші до регулятора індукції магнітного поля . Натисніть ліву кнопку миші і, утримуючи її в натиснутому стані, змінюйте . Встановіть числове значення згідно таблиці варіантов. Аналогічним способом встановіть V_X = 2·10⁷ м/с, V_Z = 0м/с.

Таблиця 50.1– Варіанти значень індукції магнітного поля

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8
В, mT	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4	1.6	1.8	2.0

2. Натиснувши кнопку «Старт», спостерігайте рух частинки. Коли частинка зробить 20 повних обертів, натисніть кнопку «Стоп». Запишіть значення часу руху частики t. Обрахуйте період руху частинки(Т=t/20).

3.Запишіть радіус кола r, по якому рухається частинка, для даної швидкості V_X.

4. Натисніть кнопку «Сброс». Збільшуючи V_X на 0,5·10⁷м/с, повторіть п. 2 ще 9 раз. Результати записуйте в таблицю.

5. Побудуйте графік залежності радіуса кола r руху частинки від швидкості V_X. Визначите за нахилом прямої на графіку експериментальне значення питомого заряду частинки, використовуючи формулу , (ця формула виведена на основі (50.6)). Тут – тангенс кута нахилу прямої на графіку.

6. Знайдіть середнє значення питомого заряду частинки на основі результатів п.2 і п.5.

7. Порівняйте експериментально визначене значення питомого заряду частинки з табличними значеннями питомих зарядів для елементарних частинок і визначте, що за частинка рухалася в магнітному полі.

8. Запишіть результат. Сформулюйте висновки на основі результату і графіка.

Контрольні запитання

1. Дайте визначення магнітного поля.

2. Дайте визначення індукції магнітного поля.

3. Що називають силовими магнітними лініями.

4. Дайте визначення сили Лоренца.

5. Сформулюйте принцип суперпозиції для магнітного поля.

6. Яке магнітне поле називається однорідним?

7. Що таке питомий заряд?

8. Яку форму має траєкторія руху зарядженої частинки у магнітному полі?