движение заряженных частиц в электромагнитных полях

3. Записать параметры движения электрона при первом значении , координаты и составляющие скорости и .
4. Повторить измерения для нескольких значений
Обработка результатов
1. Результаты измерения занести в таблицу
2. Построить следующие зависимости:
- вертикальной координаты от обратной величины квадрата начальной скорости, .
- вертикальной составляющей скорости на вылете частицы из конденсатора от обратной величины начальной скорости, .
3. Определить по наклону первого графика экспериментальное значение удельного заряда согласно формуле:

(14)



Рис. 3. Движение электрона в электростатическом поле [13].


по наклону второго:

(15)

2.4. По полученным результатам рассчитать среднее значение и сравнить с табличным значением
5. Рассчитать среднюю абсолютную и относительную погрешности.
6. Сделать выводы.

4. Лабораторная работа № 4.
Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям.
Цель работы: изучить закономерности движения заряженных частиц
Оборудование: фотографии треков заряжены частиц полученных в камере Вильсона, пузырьковой камере и фотоэмульсии [14].
Ход работы:
Задание 1. На Рис. 6 изображены треки частиц в магнитном поле.






Рис. 4. Треки заряженных частиц, движущихся в магнитном поле [14].


Задание 2.
а) Объясните, что означает движение α-частицы слева направо;
б) Что означает одинакова длина треков α-частиц ?
в) Почему толщина треков α-частиц увеличивается по мере их движения?
Задание 3.
а) Почему радиус кривизны траектории частиц и толщина их треков изменяется по мере движения частиц?
б) Определите по изменению толщины треков, в какую сторону движутся частицы.
Задание 4.
а) Какую форму имеет трек электрона? б) В каком направлении электрон движется по спирали?
в) Почему трек электрона много больше треков α-частиц?
Вывод: в ходе данной лабораторной работы мы объяснили характер движения заряженных частиц в однородном магнитном поле.

5. Лабораторная работа № 5.
Движение заряженной частицы в электрическом поле
Цель работы: изучение закономерностей движения заряженной частицы в однородном электрическом поле и определение величины удельного заряда [15] (Рис. 5).
Ход работы:
1. Установить с помощью регулятора движка значение напряженности электрического поля (Рис. 9).
2. Аналогичным способом устанавливаем горизонтальную и вертикальную компоненты скорости частицы.
3. Записать параметры движения частицы при первом значении , координаты и составляющие скорости и .
4. Повторить измерения для нескольких значений

Обработка результатов
1. Результаты измерения занести в таблицу
2. Построить следующие зависимости:
- вертикальной координаты от обратной величины квадрата начальной скорости, .

















Рис. 5. Движение заряженной частицы в электростатическом поле [15].

- вертикальной составляющей скорости на вылете частицы из конденсатора от обратной величины начальной скорости, .
3. Определить по наклону первого графика экспериментальное значение удельного заряда согласно формуле:


(16)

по наклону второго:


(17)

4. По полученным результатам рассчитать среднее значение и сравнить с табличным значением
5. Рассчитать среднюю абсолютную и относительную погрешности.
6. Сделать выводы.

Таким образом, в этой главе с помощью виртуальных лабораторных работ мы ознакомились с основными закономерностями движения заряженных частиц в однородных электрических и магнитных полях.
В указанных лабораторных работах по заданным параметрам движения в однородных электрическом и магнитном полях были определены удельный заряд , , скорость электрона и заряженных частиц.












Заключение
Задача о движении заряженных частиц в электрических и магнитных полях имеет точное решение для однородных электрических и магнитных полей. В случае однородного электрического поля движение заряженной частицы подобно движения тела в поле тяжести Земли, брошенного под углом к горизонту. В однородном магнитном поле тело движется по окружности, параметры которой определяются скоростью, зарядом частиц и величиной магнитного поля. В случаи, если направление движение частицы составляет некоторый угол с направлением магнитного поля, то частица будет двигаться по цилиндрической спирали, шаг которой определяется скоростью частицы и величиной индукции магнитного поля.
Закономерности движения частиц в электрических и магнитных полях используются при разработке новых электронно-лучевых технологий и миниатюрных приборов для генерации рентгеновского излучения, разработках рентгеновского лазера на свободных электронах и нового лучевого оружия, а также для новых методов дистанционного контроля изделий.
Основные характеристики движения заряженных частиц в однородных электрических и магнитных полях можно использовать для определения параметров движения частиц по заданным характеристикам движения частицы. Так, в рассмотренных виртуальных лабораторных работах определяется удельный заряд электрона и заряженных частиц, а также скоростей электрона и частиц по заданным параметрам: радиусу траектории в магнитном поле, индукции магнитного поля , угла скорости частицы с магнитным полем , напряженности электрического поля .
Принципы движения заряженных частиц долгое время служили для идентификации частиц, зарегистрированных в атмосфере. Так были открыты новые элементарные частицы, основные параметры которых определялись на основе параметров траектории, оставленных заряженными частицами в эмульсии.
Список литературы
1. Буртелов В.А., Кудряшов А.В., Шешин В.П., Худа Халид Хамид Маджма. Компактные источники рентгеновского излучения // Труды МФТИ. – 2019. – Т. II. - № 2. – С.147-150.
2. Вавилов И.С., Лукьянчик А.И., Ячменев П.С., Литау Р.Н. и др. Дилатометрический микродвигатель малого космического аппарата с резонансным СВЧ-ускорителем [Электронный ресурс] / Омский государственный технический университет, 2018. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/dilatometricheskiy-mikrodvigatel-malogo-kosmicheskogo-apparata-s-rezonansnym-svch-uskoritelem/viewer (дата обращения 08.11.2020).
3. Движение заряженных частиц в электрическом поле конденсатора / Методические рекомендации. – Иркутск: Изд-во ИГУ. – 2012. – С. 2.
4. Ипатов И.М. Неядерные виды оружия массового поражения как угроза национальной безопасности Российской Федерации // Воздушно-космические силы. Теория и практика. – 2018. - № 7. – С. 81-82.
5. Колесников В.К., Клюшников Г.Н. Задача о движении ведущего центра заряженной частицы в суперпозиции поля магнитного диполя и однородного магнитного поля // Вестник СПбГУ. – Сер.1. – 2014. – Т. 2 (60). – Вып. 1. – С. 123-133.
6. Мазуров А.И., Потрахов Н.Н. О технологиях рентгеновских систем для контроля электронных компонентов // Известие ВУЗов России. – Радиоэлектроника. – 2019. – Т. 22. - № 3. – С. 113.
7. Макарецкий Е.А. Повышение точности оптико-электронных измерителей на основе цифровой обработки изображений выходных сигналов // Известие ТулГУ. – Технические науки. – 2020. – Вып. 8. – С. 93.
8. Маслов И.Н. Движение заряженной частицы в магнитных полях различной конфигурации // Проблемы современной науки: сборник научных трудов / Выпуск 32. – Ставрополь: «Логос», 2018. – С. 57-65.
9. Медведева Л.В., Данилов И.Л., Егорова Н.И. Разработка интеллектуальных систем обучения фундаментальным дисциплинам в техническом ВУЗе [Электронный ресурс] / Психолого-педагогические основы подготовки МЧС России к условиям чрезвычайных ситуаций, 2018. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-intellektualnyh-sistem-obucheniya-fundamentalnym-distsiplinam-v-tehnicheskom-vuze/viewer (дата обращения 08.11.2020).
10. Любанова А.Ш., Митин К.В. Моделирование потока заряженных частиц применительно к газоочитске // Journal of Siberian Federal University. – Engineering&Technologies. - 2011. - № 6. – С. 642.
11. Нестеренков В.М., Хрипко К.С., Матвейчув В.А. Электронно-лучевые технологии сварки, наплавки, прототипирования – результаты и перспективы // Автоматическая сварка. – 2018. - № 11-12. – С. 143-145.
12. Овсянников А.Д. Анализ движения динамики заряженных частиц в идеальной ловушке Пеннинга с вращающимся полем и буферным газом // Вестник СПбГУ. – 2019. – Т. 1. – Вып. 1. – С. 62-63.
13. Курс электричества и магнетизма [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://mediadidaktika.ru/course/view.php?id=17https://reshak.ru/otvet/reshebniki.php?otvet=lab/9&predmet=per9https://docviewer.yandex.ru/view/634315162/? (дата обращения 08.11. 2020).
14. Лабораторная работа «Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям» [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
https://reshak.ru/otvet/reshebniki.php?otvet=lab/9&predmet=per9
(дата обращения 08.11. 2020).
15. Лабораторная работа «Движение заряженной частицы в электрическом поле» [Электронный ресурс].
– Режим доступа: http://ugguphysica.narod.ru/virtual/dvigenie_zariada.pdf
(дата обращения 08.11. 2020).































6