Визначення питомого заряду електрона

1. Підведіть маркер миші до регулятора напруженості . Натисніть ліву кнопку миші і, утримуючи її в натиснутому стані, змінюйте . Встановіть числове значення згідно таблиці варіантів. Аналогічним способом встановіть V_0X = 2·10⁶ м/с, V_0Y = 0. Натиснувши кнопку «Старт», спостерігайте рух частинки. Збільшуючи V_0X, підберіть мінімальне значення, при якому частинка вилітає з конденсатора. В момент вильоту частинки з конденсатора натисніть кнопку “Стоп”. Запишіть значення довжини пластин конденсатора L.

 

Таблиця 41.1 – Варіанти завдань

Варіант
E, kV/m	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5

 

2. Проведіть вимірювання параметрів руху частинки – вертикальне відхилення на вильоті з конденсатора Y, вертикальна складова швидкості V_Y на вильоті з конденсатора, початкова швидкість V_0X. Запишіть числові значення з екрана в таблицю.

3. Повторіть вимірювання 5 разів, щораз збільшуючи V_0X на 0,2·10⁶ м/с. Результати записуйте в таблицю.

4. Побудуйте на окремих аркушах графіки експериментальних залежностей вертикального відхилення на вильоті з конденсатора Y від квадрату величини оберненої до початкової швидкості (1/ ) і вертикальної складової швидкості V_Y на вильоті з конденсатора від величини 1/V_0X.

5. Для кожного графіка визначте експериментальне значення питомого заряду електрона, використовуючи формули:

для першого і для другого графіків, де і – тангенси кута нахилу прямої на графіках.

5. Розрахуйте середнє значення експериментально отриманого питомого заряду електрона.

6. Запишіть відповідь. Сформулюйте висновки згідно з відповідними графіками.

Табличне значення питомого заряду електрона e/m = =1.76·10¹¹Кл/кг.

 

Контрольні запитання

1. Дайте визначення електричного заряду.

2. Перелічіть властивості заряду.

3. Напишіть закон Кулона.

4. Дайте визначення електростатичного (електричного) поля.

5. Дайте визначення напруженості електричного поля.

6. Сформулюйте принцип суперпозиції для електричного поля.

7. Яке поле називається однорідним?

8. Яку форму має траєкторія руху електрона між пластинами плоского конденсатора?

 

Література

1. Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики. Т.: 2. – К.: “Техніка”, 2001.

2. Бушок Г.Ф. і ін. Курс фізики. Кн. 2. – К.: “Либідь”, 2001.

3. Лопатинський І.Є. Курс фізики. Фізика для інженерів. – Л.: „Бескид Біт”, 2002.

4. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: “Высшая школа”, 1990.

 

В-42 Дослідження електростатичного поля

Мета: ознайомитись із принципом суперпозиції та навчитись розраховувати та зображати електричне поле, створене декількома різними зарядами.

Устаткування: комп’ютерна програма “El-pole”

Теоретичні відомості

Електричне поле – форма існування матерії, складова електромагнітного поля; існує навколо нерухомих зарядів (стаціонарне електричне поле) або виникає в результаті зміни магнітного поля (вихрове електричне поле).

Силовою характеристикою поля є напруженість.

Напруженість електричного поля – векторна силова характеристика поля, визначається відношенням сили, з якою поле діє на точковий позитивний заряд, поміщений в ньому, до величини цього заряду: , де q ₀ – точковий заряд, F – сила, що діє з боку поля на заряд.

Напруженість в системі SІ вимірюється у В/м (або ж Н/Кл).

В кожній точці поля напруженість характеризується певним напрямком і числовим значенням. Якщо рухатись від однієї точки поля до іншої таким чином, щоб напрямки векторів напруженості весь час були орієнтовані вздовж дотичної до напрямку переміщення, то отримані в результаті такого переміщення лінії дуже зручні для графічного зображення поля.

Лінії, дотичні до яких в будь-якій точці співпадають з напрямом напруженості поля в цій точці, називаються силовими лініями (рисунок 42.1).

 

Рисунок 42.1 – Силові лінії електростатичного поля

 

Силові лінії мають такі властивості: 1) починаються (виходять) на позитивних зарядах і закінчуються (входять) на негативних (рисунок 42.1,б), 2) вони не перетинаються і не перериваються, 3) густота ліній в околі деякої точки пропорційна значенню напруженості поля в цій точці.

Електричне поле, напруженість якого в кожній точці має одну і ту ж величину та напрям, називають однорідним.

Прикладом однорідного поля є поле, створене двома досить протяжними паралельними зарядженими пластинами (рисунок42.2) (всередині між пластинами).

 

Рисунок 42.2 – Однорідне поле конденсатора

Напруженість поля, створеного точковим зарядом, в деякій точці простору пропорційна величині заряду і обернено пропорційна квадрату відстані від заряду до точки, де визначається напруженість, тобто

. (42.1)

Різні заряджені тіла створюють довкола себе різні електростатичні поля, але кожне з цих полів діє на розташований в деякій точці заряд q_о за одним і тим же законом: . Щоб знайти силу, що діє на заряд, треба спочатку знайти напруженість поля в даній точці. Тому необхідно навчитись знаходити напруженість поля системи зарядів.

Для визначення напруженості електричного поля, створеного декількома зарядами, користуються принципом суперпозиції полів:

у вакуумі напруженість електричного поля, створеного системою нерухомих зарядів, дорівнює векторній сумі напруженостей електричних полів, створених кожним з цих зарядів зокрема.

Наприклад, напруженість поля, створеного зарядами – q i + q в точці А (рисунок 42.3), може бути визначена як векторна сума напруженостей, створених кожним зарядом зокрема:

.

Якщо б зарядів було 4, то тоді , а в загальному для п зарядів .

Візьмемо для прикладу два різнойменні однакові за величиною заряди, виберемо три точки А, В і С (рисунок 42.4) і побудуємо в кожній із них пару векторів напруженості . Потім виконаємо для кожної із вказаних точок додавання векторів і отримаємо результуючі вектори . Вони повинні бути дотичними до силових ліній поля у відповідних точках. Ці три вектори підказують конфігурацію силових ліній, зображених на рисунок 42.4.

Якщо величину додатного заряду збільшувати, то його вплив стає сильніший; поле заряду q₊ починає домінувати (пригнічувати) над полем заряду q_– (рис. 42.4 b,c).

Тепер стає зрозумілим, як можна конструювати картину силових ліній поля системи із декількох зарядів.

Зверніть увагу на те, що силові лінії електричного поля незамкнуті, тобто мають початок і кінець; що мають початок і не мають кінця (“+ q ”) або мають кінець і не мають початку (“- q “); що вони не перетинаються і не перериваються; що сила, яка діє на заряд в різних точках однорідного поля, однакова, а неоднорідного – різна, і що густота силових ліній вказує на величину напруженості поля, а кількість силових ліній, що виходять (або входять) з даного заряду, пропорційна його величині.