Материал: 1547

4. Изменяя напряженность поля конденсатора, исследуйте зависимость силы, действующей на частицу, от напряженности электрического поля. Данные занесите в табл. 1.

Таблица 1

Результаты измерений

Рис.5. Проекция траектории движения

5. Изменяя заряд частицы, исследуйте зависимость силы, действующей на частицу от заряда. Данные занесите в табл. 2.

45

Таблица 2

Результаты измерений

6.По данным табл. 1 и 2 постройте графики зависимостей F=f(E)

иF=f(q).

7.Сделайте вывод о характере движения заряженной частицы в электрическом поле. В каких полях возможен данный тип движения?

Упражнение 2. Движение частиц в магнитном поле

Рис.6. Траектория движения в магнитном поле

1. Задайте некоторое значение индукции магнитного поля магнитов при отсутствии электрического поля конденсатора. Рассмотрите траекторию движения частицы при трех различных

46

положениях магнитов. Зарисуйте траектории (рис.6). Пользуясь правилом левой руки, укажите направление силы Лоренца.

2. Изменяя величину индукции магнитного поля, исследуйте зависимость силы, действующей на частицу от модуля вектора

2

индукции. Так как центростремительное ускорение частицы a ,

R

то значение силы, действующей на частицу, можно вычислить по

2

формуле F m . Диаметр окружности определяется из графика

R

траектории движения. Результаты расчетов занесите в табл. 3.

Таблица 3

Результаты измерений

3. Изменяя величину заряда частицы, исследуйте зависимость силы, действующей на частицу от ее заряда, по методике, изложенной в предыдущем пункте. Результаты занесите в табл. 4.

Таблица 4

Результаты измерений

4. Изменяя величину скорости частицы, исследуйте зависимость силы, действующей на частицу от ее скорости. Результаты занесите в табл. 5.

47

Таблица 5

Результаты измерений

5.По данным табл. 3, 4 и 5 постройте графики зависимостей F=f(B), F=f(υ) и F=f(q). Охарактеризуйте вид зависимостей. Соответствуют ли они теории?

6.Сделайте вывод о характере движения заряженной частицы в магнитном и электрическом полях. Как изменяется скорость движения частицы в каждом случае?

Упражнение 3. Движение частиц по винтовой линии

1.Задайте некоторое значение угла, под которым влетает частица

вполе, расположив при этом магниты параллельно обкладкам конденсатора.

2.Рассмотрите траекторию движения частицы, зарисуйте ее.

3.Определите значение шага винтовой линии, разделив длину траектории по оси Z на количество витков, сравните его с теоретическим, полученным по формуле (3). Запишите расчетное и теоретическое значения.

Упражнение 4. Движение частиц в скрещенных магнитном и электрическом полях

Расположите магниты перпендикулярно обкладкам конденсатора (рис.6). Задавая различные значения индукции магнитного поля и напряженности электрического, добейтесь того, чтобы частица двигалась равномерно и прямолинейно. Объясните полученные значения характеристик полей.

48

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 (ЗЗК)

Дифракция Фраунгофера

Цели работы: изучить дифракционные картины от щели и решетки. Получить функциональные зависимости распределения максимумов и минимумов от ширины щели, периода решетки, длины волны источника света и номера максимумов и минимумов.

Основы теории

Под дифракцией понимают огибание светом препятствий, соизмеримых с длиной волны. Последовательное объяснение данного явления возможно при использовании принципа Гюйгенса–Френеля,

согласно которому при распространении света каждая точка волнового фронта является источником вторичных сферических волн и видимая нами картина является результатом интерференции света, испускаемого этими источниками.

При этом результат интерференции зависит от оптической разности хода лучей вторичных источников света. Разобьем весь фронт световой волны на отдельные участки таким образом, что расстояния до произвольно выбранной точки пространства от их центров отличаются на λ/2 (рис. 1). В этом случае два соседних участка будут гасить друг друга в результате интерференции. Данные участки называются зонами Френеля.

С помощью зон Френеля легко объяснить дифракционную картину, которая получается от одной щели и дифракционной решетки в параллельных лучах света (дифракция Фраунгофера). Рассмотрим щель шириной а, пусть на нее падает параллельный пучок света. При этом интенсивность луча света, выходящего под углом φ по отношению к направлению падающего света, будет иметь максимальное значение, если до точки доходит свет от нечетного числа зон Френеля, и минимальное, если число зон Френеля – четное.

Как видно из рис. 2, число зон Френеля равно

nsin

/2

исоответственно минимум будет при условии a·sinφ = 2k·λ/2, а

максимум при условии

a·sinφ = (2k+1) λ/2.

49