2015-06-28
428
Лабораторная работа № 11
Определение удельного заряда электрона
Цель работы: определение удельного заряда электрона по траектории пучка электронов в магнитном поле.
Теоретическая часть
Удельный заряд элементарной частицы, равный отношению ее электрического заряда к массе, является одной из важнейших характеристик частицы. Знание этой величины позволяет, например, идентифицировать частицы по их трекам в регистрирующих устройствах. Один из методов нахождения удельного заряда – определение радиуса кривизны траектории движения частицы в магнитном поле.
На заряженную частицу с зарядом 
, движущуюся со скоростью 
в магнитном поле с индукцией 
, действует сила Лоренца 
. В неоднородном поле траектория движения сложная – она представляет собой винтовую линию переменного радиуса и шага. Однако, если частица движется в однородном магнитном поле и вектор скорости перпендикулярен вектору магнитной индукции , то траектория движения становится проще – она превращается в окружность, плоскость которой перпендикулярна вектору . Радиус окружности можно найти с помощью второго закона Ньютона:
|
|
|
,
где 
– масса покоя частицы, q – ее заряд, 
– центростремительное ускорение частицы.
Отсюда следует, что
(1)
Первоначально покоившаяся частица, попадающая в магнитное поле после прохождения в электрическом поле ускоряющей разности потенциалов U, приобретает кинетическую энергию
. (2)
Приведенные соотношения (1) и (2) справедливы в нерелятивистском приближении. Из них следует, что для электрона
(3)
Таким образом, зная радиус r (или диаметр d) траектории движения электрона в магнитном поле с известной индукцией B, а также ускоряющую разность потенциалов U, можно вычислить отношение величины заряда электрона e к его массе m 0, т.е. величину удельного заряда электрона.
