III. Описание установки. Рис. 6 - Электрическая схема ФПЭ-03

Рис. 6 - Электрическая схема ФПЭ-03

Рис. 7

Мультиметр ДМ3061 - прибор для измерения постоянного и переменного тока и напряжения, сопротивления, емкости, частоты.

Источник питания ИП.

Модуль ФПЭ-03 – схема для определения удельного заряда электрона (схема магнетрона)

Геометрические размеры соленоида

Длина L=0,18мм

Число витков N=3300

Диаметр D=0,1м

Радиус анода м

IV. Порядок выполнения работы.

1. Подготовить прибор к работе.

Модуль ИП.

Переключатель «контроль напряжения» в крайнее положение против часовой стрелки; ручка 12-120 В регулирует анодное напряжение.

Переключатель «контроль тока»- вправо ручка 2-25 В устанавливает напряжение на соленоиде и на амперметре ИП регистрируется ток.

Мультиметр.

Подключить выходы мультиметра к гнездам ФПЭ- 03

Черный провод: гнездо LO-нижнее гнезда РА

Красный провод: гнездо I- верхнее гнездо РА

2. Включить мультиметр

Включить ИП «Сеть»

3. Установить ручкой 12-120В анодное напряжение 50В по вольтметру ИП.

4. Измерить ток анода мультиметром при минимальном (начальном) значение тока соленоида. Ручкой 5-25 В изменять через 0,1 А ток соленоида , замеряя мультиметром ток анода. Измерение проводить до .

5. Повторить п. 3 и 4 при двух других значениях анодного напряжения , .

6. Результаты измерений занести в таблицу 1

7. Выключить приборы.

8. Построить на миллиметровой бумаге для каждого значения анодного напряжения сбросовую характеристику (рис. 5).

Для нахождения критического значения тока в соленоиде провести до взаимного пересечения касательную к точке перегиба сбросовой характеристики (на участке ее спада), и прямую, соответствующую изменению минимальных значений анодного тока.

9. Для каждого критического значения тока в соленоиде по формуле (12) рассчитать индукцию магнитного поля .

10. Вычислить по формуле (11) для каждого значения и определить среднее значение .

11. Вычислить погрешность полученной величины для .

, где

12. Результаты занести в таблицу 2.

Контрольные вопросы:

1. Опишите движение частиц в электрическом и магнитном полях в следующих случаях:

а)

б)

в)

г) под углом к

2. . Когда частица движется прямолинейно?

2. Устройство магнетрона.

3. Как влияют на движение электронов: а. – анодное напряжение; б. – ток катушки.

4. Объяснить методику определения удельного заряда электрона.

5. Вывести формулу для расчета

Задача №1

Заряженная частица с энергией Т =1кэВ движется в однородном магнитном поле по окружности радиусом R =1мм. Найти силу F, действующую на частицу со стороны поля.

Задача №2

Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,1Тл перпендикулярно линиям индукции. Определить силу F, действующую на электрон со стороны поля, если радиус R кривизны траектории равен 0,5см.

Задача №3

Электрон движется в однородном магнитном поле напряженностью Н = 4кА/м со скоростью ϑ =10Мм с . Вектор скорости направлен перпендикулярно линиям напряженности. Найти силу F, с которой поле действует на электрон, и радиус R окружности, по которой он движется.

Задача №4

Протон, прошедший ускоряющую разность потенциалов U = 600В, влетел в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,3Тл и начал двигаться по окружности. Вычислить ее радиус R.

Задача №5

Два иона, имеющие одинаковый заряд, но различные массы, влетели в однородное магнитное поле. Первый ион начал двигаться по окружности радиусом R 5см 1 = , второй ион - по окружности радиусом R = 2,5 см Найти отношение масс ионов, если они прошли одинаковую ускоряющую разность потенциалов.

Задача №6

В однородном магнитном поле с индукцией В =100мкТл движется электрон по винтовой линии. Определить скорость ϑ электрона, если шаг h винтовой линии равен 20см, а радиус R = 5см.

Задача №7

Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией В =100мкТл по винтовой линии, радиус R которой равен 1см и шаг h = 7,8см. Определить период Т обращения электрона и его скорость ϑ .

Задача №8

В однородном магнитном поле с индукцией В = 2Тл движется протон. Траектория его движения представляет собой винтовую линию с радиусом R =10см и шагом h = 60см . Определить кинетическую энергию Т протона.

Задача №9

Протон, пройдя ускоряющую разность потенциалов U = 800В , влетает в однородные, скрещенные под прямым углом магнитное (В = 50мТл) и электрическое поля. Определить напряженность Е электрического поля, если протон движется в скрещенных полях прямолинейно.

Задача №10

Заряженная частица движется по окружности радиусом R =1см в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,1Тл . Параллельно магнитному полю возбуждено электрическое поле напряженностью Е =100В м . Вычислить промежуток времени t, в течение которого должно действовать электрическое поле, для того чтобы кинетическая энергия частицы возросла вдвое.

Задача №11

Протон влетает со скоростью ϑ =100км с в область пространства, где имеются электрическое (Е = 210В м) и магнитное (В = 3,3мТл) поля. Напряженность Е электрического поля и магнитная индукция В совпадают по направлению. Определить ускорение протона для начального момента движения в поле, если направление вектора его скорости ϑ : 1) совпадает с общим направлением векторов Е и В; 2) перпендикулярно этому направлению.

Задача №12

Определите удельный заряд частиц Q/ m , ускоренных в циклотроне в однородном магнитном поле с индукцией В =1,7Тл при частоте ускоряющего напряжения ν = 25,9МГц.

Задача №13

Протоны ускоряются в циклотроне в однородном магнитном поле с индукцией В =1,2Тл . Максимальный радиус кривизны траектории протонов составляет R = 40см. Определите: 1) кинетическую энергию протонов в конце ускорения; 2) минимальную частоту ускоряющего напряжения, при которой протоны ускоряются до энергии Т = 20МэВ.

Задача №14

Для определения отношения величины заряда е электрона к его массе m пучок электронов разгоняют между катодом и анодом электронно-лучевой трубки. При вылете из трубки электроны попадают в область однородного магнитного поля с индукцией В = 5⋅10−4Тл, силовые линии которого перпендикулярны скорости пучка. При этом светлое пятно на экране, находящемся за анодом, смещается на Δl = 7,5мм (относительно положения, когда магнитное поле отсутствует). Определить отношение е m, если напряжение между анодом и катодом трубки равно U =10кВ, а расстояние между анодом и экраном l =10см. Силу тяжести не учитывать.

Задача №15

По обмотке длинного соленоида радиусом R = 5см протекает ток, создающий внутри соленоида однородное магнитное поле с индукцией В = 5⋅10−10Тл. Между витками соленоида (перпендикулярно его оси) вдоль радиуса в него влетает электрон со скоростью ϑ =10 м с. Определить время движения электрона внутри соленоида. Масса электрона и заряд известны.