Описание экспериментальной установки
Экспериментальная установка для измерения удельного заряда электронов методом Томсона собрана на базе серийного осциллографа ЛО-70 с электростатическим управлением лучом. Электрическое поле создается в области между вертикально отклоняющими пластинами П электроннолучевой трубки (рис. 3). Постоянное напряжение U на эти пластины подается от внутреннего источника осциллографа, а его величина регулируется потенциометром R3 и измеряется выносным вольтметром V.
Магнитное поле, силовые линии которого идут горизонтально, создается в той же области пространства, что и электрическое поле с помощью двух катушек индуктивности L, смонтированных снаружи электронно-лучевой трубки. Катушки L . Сила тока I, проходящего через катушки, регулируется потенциометрами R1 и R2 и измеряется амперметром, смонтированным на его передней панели. В соответствии с требованиями метода магнитное поле является практически однородным в области между пластинами П и быстро убывает вне области электрического поля.
Параметры установки l = 0,05 м, L = 0,258 м, d = 0,008м, n = 270 м-1. Размер шкалы сетки экрана осциллографа 1 мм.
1
00
В
220 В
/7
Рис. 3
Порядок выполнения работы:
Установить ручки потенциометра R1 , R2 и R3 (на установке) в крайние левые положения.
Включить осциллограф в сеть и дать разогреться до появления луча на экране.
3 Вращая ручку потенциометра R3, подать на пластины П напряжение U такой величины, чтобы светящаяся точка на экране осциллографа сместилась от центра на расстояние 5-10 мм. Величину смещения У1 и соответствующее ему напряжение U1 записать в таблицу 1.
Таблица 1
|
У, мм. |
U, B |
I, А |
|
|
1. 2. 3. |
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
3. |
|
|
|
4.Определить по шкале величину смещения луча от первоначального положения У1 и записать в таблицу.
5. Вращением ручек регулятор R1, R2 установить такой ток I в катушках L, чтобы светящаяся точка на экране вернулась в свое первоначальное положение в центре экрана. Записать в таблицу силу тока I, измеряемого амперметром.
6. Вращением ручек R1, R2 установить нулевое значение тока.
7. Повторить измерения, описанные в пп. 3 и 5, 5 - 8 раз, увеличивая смещение следа электронного луча на экране У на 5-10 мм.
Обработка результатов измерений
Рассчитать величину постоянного множителя к по формуле (12).
Пользуясь данными таблицы, определить удельный заряд электронов по формуле (11) для каждого из опытов и занести в таблицу 2.
Таблица 2 Расчёт случайной погрешности косвенных измерений
|
№ п/п |
Текущее значение
1010Кл/кг |
Среднее значение
< 1010Кл/кг |
Разность
< |
Квадрат разности
|
Сумма квадратов S |
Sn |
|
1010Кл/кг |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
| |||||
|
3 |
|
|
| |||||
|
... |
|
|
| |||||
|
n |
|
|
|
;
>;
>
3. Используя стандартную методику (см. приложение), определите случайную ошибку и заполните таблицу 2.
Контрольные вопросы
Каков характер движения заряженной частицы в однородном магнитном поле?
Выведите уравнение траектории, по которой будет происходить движение заряженной частицы в однородном электрическом поле.
В чем суть метода Томсона по определению удельного заряда частицы?
Как устроен прибор для измерения удельного заряда электронов методом Томсона?
Литература:
1. Физика. Электричество и магнетизм: Лабораторные работы/ В.П. Черкашин. - К.: В. шк. Головное изд - во, 1986. - 167 с.