Определение удельного заряда частицы методом отклонения в магнитном поле

6.  Выведите формулы сопротивлений батарей последовательно и параллельно соединённых резисторов.

7.  Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

8.  Объясните принцип действия экспериментальной установки. В чём принципиальная разница первого и второго варианта схем?

Лабораторная работа № 11 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЧАСТИЦЫ МЕТОДОМ ОТКЛОНЕНИЯ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Запустите программу «Электричество и магнетизм». Выберите раздел «Масс-спектрометр». Нажмите вверху внутреннего окна кноп-ку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические све-дения.

Цель работы:

знакомство с компьютерным моделированием движения за-ряженных частиц в магнитном поле;

ознакомление с принципом работы масс-спектрометра; определение удельного заряда частиц.

Краткие сведения из теории

Сила Лоренца – сила, действующая на движущуюся со скоро-стью ν в однородном магнитном поле с индукцией В частицу с заря-дом q:

где – угол между векторами v и B .

63

Сила Лоренца направлена перпендикулярно скорости частицы, сообщает ей только нормальное ускорение и вызывает искривление траектории частицы.

Если частица влетает в однородное магнитное поле в направле-нии, перпендикулярном линиям магнитной индукции, то частица бу-дет двигаться по дуге окружности, плоскость которой перпендику-лярна линиям индукции. Радиус окружности можно найти из второго закона динамики:

m v2 qvB . (11.3)

R

Удельным зарядом частицы называется отношение заряда час-

тицы к её массе. Тогда из формулы (11.3) удельный заряд будет ра-вен:

и не зависит от скорости.

Масс-спектрометром называется прибор для разделения ионизо-ванных молекул и атомов (изотопов) по их массам, основанный на воздействии электрических и магнитных полей на пучки ионов, летя-щих в вакууме.

Простейшая модель масс-спектрографа показана на рисунке 11.1.

Рис. 11.1. Модель масс-спектрографа

64

Проследите за движением двух изотопов в магнитном поле мо-дельного масс-спектрометра и по секундомеру определите время это-го движения.

Методика и порядок измерений

1. Подведите маркер мыши к движку регулятора величины маг-нитной индукции, нажмите левую кнопку мыши и, удерживая её в нажатом состоянии, двигайте движок, установив числовое значение В, взятое из таблицы 11.1, для вашей бригады.

Таблица 11.1

Значения магнитной индукции

2.  Аналогичным образом, зацепив мышью движок регулятора скорости, установите минимальное значение скорости 103 м/с.

3.  Нажмите мышью кнопку «Изотопы С12-С14»

4.  Нажмите мышью кнопку «Старт» и синхронно секундомер.

5.  Запишите в таблицу 11.2 значения радиусов окружностей, по которым двигались эти изотопы (они показаны красным и синим цве-том в правом углу окна) и время движения изотопов в вакуумной ка-мере масс-спектрометра.

Таблицы 11.2

Результаты измерений и расчётов В= _______. Изотопы_______

65