Главная страница
Навигация по странице:

  • Приборы и принадлежности

  • Экспериментальная часть

    		•

    физика 2 лаю. Физика2Лаб_Определение удельного заряда частиц. Лабораторная работа Определение удельного заряда частицы


    Скачать 334.76 Kb.
    НазваниеЛабораторная работа Определение удельного заряда частицы
    Анкорфизика 2 лаю
    Дата07.05.2023
    Размер334.76 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаФизика2Лаб_Определение удельного заряда частиц.docx
    ТипЛабораторная работа
    #1113701

    Лабораторная работа

    Определение удельного заряда частицы

    методом отклонения в магнитном поле (бригада 3)

    Цель работы: Знакомство с компьютерным моделированием движения заряженных частиц в магнитном поле. Ознакомление с принципом работы масс-спектрометра. Определение удельного заряда изотопов.

    Приборы и принадлежности: виртуальный компьютерный практикум «Физикон».

    Краткая теория

    Сила Лоренца – сила, действующая на движущуюся со скоростью в однородном магнитном поле с индукцией частицу с зарядом :

    (1)

    Модуль этой силы равен:

    (2)

    где - угол между векторами и . Сила Лоренца направлена перпендикулярно скорости частицы, сообщает ей только нормальное ускорение и вызывает искривление траектории частицы.

    Если частица влетает в однородное магнитное поле в направлении, перпендикулярном линиям магнитной индукции, то частица будет двигаться по дуге окружности, плоскость которой перпендикулярна линиям индукции. Радиус окружности можно найти из второго закона динамики:

    (3)

    Удельным зарядом частицы называется отношение заряда частицы к ее массе. Тогда из формулы (3) удельный заряд будет равен:

    (4)

    Период обращения частицы:



    равен

    (5)

    и не зависит от скорости.

    Масс-спектрометром называется прибор, для разделения ионизированных молекул и атомов (изотопов) по их массам, основанный на воздействии электрических и магнитных полей на пучки ионов, летящих в вакууме. Простейшая модель масс-спектрометра показана на рис.1.
    Экспериментальная часть

    1. Произведем измерения для эксперимента 1 на виртуальной установке «Масс-спектрометр» рис.1 и запишем данные в таблицу 1.

    рис.1. Масс-спектрометр


    Таблица 1. Результаты измерений и расчетов



    1,0
    1,1
    1,2
    1,3
    1,4
    1,5
    1,6
    1,7
    1,8
    1,9



    8,88
    9,77
    10,66
    11,55
    12,44
    13,33
    14,22
    15,1
    15,99
    16,88



    10,37
    11,4
    12,44
    13,48
    14,51
    15,55
    16,58
    17,62
    18,66
    19,69



    2,66
    2,71
    2,76
    2,81
    2,87
    2,92
    2,98
    3,04
    3,07
    3,13





    8,044
    8,042
    8,041
    8,040
    8,039
    8,038
    8,037
    8,042
    8,041
    8,040





    6,888
    6,892
    6,890
    6,889
    6,892
    6,890
    6,893
    6,892
    6,890
    6,893



    Вычислим и запишем данные в таблицу 1.

    Вычислим теоретическое значение :

    Атомная единица массы

    Элементарный заряд





    Среднее значение удельного заряда для каждого изотопа углерода:





    Вывод: теоретические и экспериментальные данные, совпадают с учетом небольшой погрешности. Эксперимент 1 прошел успешно.



    1. Произведем измерения для эксперимента 2 на виртуальной установке «Масс-спектрометр» рис.1 и запишем данные в таблицу 2.

    Таблица 2. Результаты измерений и расчетов



    1,0
    1,1
    1,2
    1,3
    1,4
    1,5
    1,6
    1,7
    1,8
    1,9



    14,81
    16,29
    17,77
    19,25
    20,73
    22,21
    23,69
    25,17
    26,65
    28,14



    16,29
    17,92
    19,55
    21,18
    22,8
    24,43
    26,06
    27,69
    29,32
    30,95



    4,16
    4,25
    4,31
    4,37
    4,41
    4,48
    4,52
    4,59
    4,67
    4,73





    4,823
    4,823
    4,824
    4,824
    4,824
    4,824
    4,824
    4,824
    4,824
    4,823





    4,385
    4,385
    4,384
    4,384
    4,386
    4,386
    4,385
    4,385
    4,385
    4,385




    Вычислим и запишем данные в таблицу 1.

    Вычислим теоретическое значение :

    Атомная единица массы

    Элементарный заряд





    Среднее значение удельного заряда для каждого изотопа неона:





    Вывод: теоретические и экспериментальные данные, совпадают с учетом небольшой погрешности. Эксперимент 2 прошел успешно.


    1. Произведем измерения для эксперимента 3 на виртуальной установке «Масс-спектрометр» рис.1 и запишем данные в таблицу 3.

    Таблица 3. Результаты измерений и расчетов



    1,0
    1,1
    1,2
    1,3
    1,4
    1,5
    1,6
    1,7
    1,8
    1,9



    26,48
    29,13
    31,77
    34,42
    37,07
    39,72
    42,36
    45,01
    47,66
    50,31



    26,82
    29,5
    32,18
    34,86
    37,54
    40,22
    42,9
    45,59
    48,27
    50,95



    6,58
    6,64
    6,69
    6,72
    6,78
    6,83
    6,89
    6,94
    6,99
    7,08





    0,410
    0,410
    0,411
    0,411
    0,411
    0,410
    0,411
    0,411
    0,411
    0,410





    0,405
    0,410
    0,410
    0,410
    0,410
    0,410
    0,410
    0,410
    0,410
    0,410




    Вычислим и запишем данные в таблицу 1.

    Вычислим теоретическое значение :

    Атомная единица массы

    Элементарный заряд





    Среднее значение удельного заряда для каждого изотопа урана:





    Вывод: теоретические и экспериментальные данные, полностью совпадают. Эксперимент 3 прошел успешно.


    1. Произведем измерения для эксперимента 4 на виртуальной установке «Масс-спектрометр» рис.1 и запишем данные в таблицу 4.

    Таблица 4. Результаты измерений и расчетов



    1,0
    1,1
    1,2
    1,3
    1,4
    1,5
    1,6
    1,7
    1,8
    1,9



    12,73
    14
    15,28
    16,55
    17,82
    19,1
    20,37
    21,64
    22,92
    24,19



    12,96
    14,25
    15,55
    16,84
    18,14
    19,44
    20,73
    22,03
    23,32
    24,62



    3,63
    3,71
    3,78
    3,84
    3,89
    3,95
    4,01
    4,07
    4,14
    4,19





    0,854
    0,854
    0,854
    0,854
    0,854
    0,854
    0,854
    0,854
    0,854
    0,854





    0,839
    0,839
    0,839
    0,839
    0,839
    0,839
    0,839
    0,839
    0,839
    0,839




    Вычислим и запишем данные в таблицу 1.

    Вычислим теоретическое значение :

    Атомная единица массы

    Элементарный заряд





    Среднее значение удельного заряда для каждого изотопа индия:





    Вывод: теоретические и экспериментальные данные, полностью совпадают. Эксперимент 4 прошел успешно.

    1. Построим графики зависимости времени полета изотопов в камере масс-спектрометра от их скорости.

    Графики зависимости периода обращения частицы от скорости


    По графикам зависимости времени полета изотопов в камере масс-спектрометра от их скорости наблюдаем линейную зависимость времени полета от скорости движения изотопов

    Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы произведено ознакомление с компьютерным моделированием движения заряженных частиц в магнитном поле и ознакомление с принципом работы масс-спектрометра. Экспериментально определены удельные заряды изотопов, с у четом небольших погрешностей, совпадают с табличными (теоретическими данными) удельных зарядов изотопов.

    написать администратору сайта