Визначення заряду електрона

ВИЗНАЧЕННЯ ЗАРЯДУ ЕЛЕКТРОНА

Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювань Схема вимірювальної установки показана на малюнку 205. Для виконання експерименту можна використати водний розчин сульфату міді (CuSO4), а як електроди — мідні пла­стини.

Заряд електрона можна визначити за формулою.

$$e_{\text{пр}}=\frac{М}{{\text{mnN}}_A}\mathit{l},$$.

яку виведено із закону Фарадея для електролізу. Тут m — маса речовини, що виділилася на електроді, М — молярна маса речовини, п — валентність цієї речовини, NA — стала Авогадро, l — сила струму, що пройшов через розчин електроліту, $$$$ t — час проходження струму. Щоб визначити масу міді, яка виділилася на катоді, його зважують до і після виконання досліду (відповідно т1 та т2). Тому т = т2 — т1 і формула для визначення заряду електрона матиме оста­точний вигляд:

$$e_{\text{пр}}=\frac{М}{(m_2-m_1){\text{nN}}_A}\mathit{I}$$.

Для вимірювання сили струму використовують шкільний амперметр (шкала 0−2Аклас точності 2,5), Час вимірюють годинником (електронним чи з секундною стрілкою). Реостат у колі потрібний для регулювання сили струму.

Максимальні відносну і абсолютну похибки вимірювання заряду електрона визначають за формулами:

$${}_e=\frac{2\mathit{}}{m_2-m_1}+\frac{\mathit{}}{l}+\frac{\mathit{}}{t},\mathit{}=e_{\text{пр}}$$.

Підготовка до виконання роботи.

1. Підготувати бланк звіту зі схемою електричного кола і таблицею для записування результатів вимірювань і обчис­лень.

2. Зважити катод, заздалегідь зробивши на його верхній частині риску, щоб надалі не переплутати його з анодом. Укріпити електроди в тримачі і, не вставляючи електроди в банку з розчином, скласти електричне коло згідно з малюн­ком 205. Перевірити надійність електричних контактів, пра­вильність приєднання електродів до джерела струму, правиль­ність приєднання амперметра.

Виконання експерименту, обробка ре­зультатів вимірювань.

1. Опустити електроди у банку з розчином, замкнути ключ, устано­вити за допомогою реостата силу стру­му в колі не більше 1А. Процес елек­тролізу має тривати 20 хв, при цьому силу струму в колі слід підтримувати незмінну (за допомогою реостата).

Після завершення досліду ключ розімкнути, вийняти і вису­шити над електроплиткою мідний катод, зважити його.

2. Обчислити епр, максимальні абсолютні і відносні похибки вимірювання сили струму і часувизначити абсолютну по­хибку вимірювання масиобчислити максимальні похибки (відносну й абсолютну) вимірювання величини заряду елек­трона.

3. Записати результат вимірювання заряду електрона:

$$e=e_{\text{пр}}\pm \mathit{},{}_e=\text{.}\text{.}\text{.}$$.

Порівняти добуте значення заряду електрона з таблич­ним.

Контрольне запитання Чи можна, використовуючи застосований метод вимірю­вання заряду електрона, підвищити точність результату? Як?

ВИВЧЕННЯ ЯВИЩА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Обладнання: міліамперметр, джерело живлення, котушки з осердям, дугоподібний магніт, вимикач кнопковий, з'єднувальні проводи, магнітна стрілка (компас), реостат.

Підготовка до проведення роботи.

1. Вставити в одну з котушок залізне осердя, закріпивши його гайкою. Через міліамперметр, реостат і вимикач приєднати цю котушку до джерела живлення. Вимикачем увімкнути струм і за допомогою магнітної стрілки (компаса) визначити магнітні полюси котушки із струмом. Зафіксувати, в який бік відхи­ляється при цьому стрілка міліамперметра. У процесі виконання роботи магнітні полюси котушки з струмом можна визначати за напрямом відхилення стрілки міліамперметра.

2. Від'єднати від кола реостат і вимикач, замкнути мілі­амперметр на котушку, зберігаючи порядок з'єднання їх клем.

Постановка експерименту.

1. Приставити осердя до одного з полюсів дугоподібного магніту і вставити в котушку, спостерігаючи одночасно за стрілкою міліамперметра.

2. Повторити спостереження, виймаючи осердя з котушки, а також змінюючи полюси магніту.

3. Накреслити схему досліду і перевірити правило Ленца для кожного випадку.

4. Розмістити другу котушку поряд з першою так, щоб їх осі збігалися.

5. Вставити в обидві котушки залізні осердя і через вимикач приєднати котушку до джерела струму.

6. Замикаючи і розмикаючи вимикач, спостерігати відхилен­ня стрілки міліамперметра.

7. Накреслити схему досліду і перевірити, як виконується правило Ленца.

ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКА ЗАЛОМЛЕННЯ СКЛА

Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювання Під час роботи вимірюють показник заломлення скляної пластинки, що має форму трапеції. На одну з паралельних граней пластинки похило до неї спрямовують вузький світловий пучок. Проходячи крізь пластинку, цей пучок світла зазнає дво­разового заломлення. Джерело світла — електрична лампочка, приєднана до відповідного джерела струму через вимикач. Світло­вий пучок створюють за допомогою металевого екрана з щілиною. При цьому ширина пучка може змінюватися від зміни відстані між екраном і лампочкою.

Показник заломлення скла відносно повітря визначається за формулою.

$$n=\frac{\text{sin}}{\text{sin}}$$.

$$$$ — кут падіння пучка світла на грань пластинки з повітря у скло, $$$$ — кут заломлення світлового пучка в склі.

Відношення, що в правій частині формули, знаходять так. Перед тим, як напрямити на пластинку світловий пучок, її розміщують на столі на аркуші міліметрового паперу (або паперу в клітинку) так, щоб одна з її паралельних граней збіглася із завчасно відміченою лінією на папері. Ця лінія позначатиме межу поділу повітря — скло. Тонко заструганим олівцем прово­дять лінію вздовж другої паралельної грані. Ця лінія зображає межу поділу скло — повітря. Після цього, не зміщуючи пластинки, на її першу паралельну грань під будь-яким кутом напрямляють вузький світловий пучок. Уздовж падаючого на пластинку світ­лового пучка і того, що вийшов з неї, тонко заструганим олівцем ставлять точки 1, 2, 3 і 4 (мал. 192). Після цього лампочку вимикають, пластинку знімають і під лінійку креслять вхідний, вихідний і заломлений промені (мал.193). Через точку В межі поділу середовищ повітря — скло проводять перпенди­куляр до межі, відмічають кути падіння $$$$ і заломлення $$$$. Далі за допомогою циркуля креслять коло з центром у точці В і будують прямокутні трикутники ABE і CBD.

Оскільки $$\text{sin}=\frac{\text{AE}}{\text{AB}}$$, $$\text{sin}=\frac{\text{CD}}{\text{BC}},$$ і АВ=ВС — то формула для визначення показника заломлення скла матиме вигляд:

$$n=\frac{\text{AE}}{\text{CD}}$$.

Довжину відрізків АЕ і DC вимірюють на міліметровому папері або лінійкою. При цьому в обох випадках інструментальну по­хибку можна брати такою, що дорівнює 1 мм. Похибку відліку також можна брати 1 мм, що врахує неточність розміщення лінійки відносно краю світлового пучка.

Максимальну відносну похибку є визначення показника залом­лення знаходять за формулою:

$$=\frac{\text{AE}}{\text{AE}}+\frac{\text{DC}}{\text{DC}}\text{.}$$.

Максимальна абсолютна похибка визначається формулою:

$$\mathit{}=n_H$$.

Тут пH — наближене значення показника заломлення, що визна­чається формулою (1).

Остаточний результат визначення показника заломлення за­писують так:

Підготовка до проведення роботи.

1. Підготувати бланк звіту з таблицею для записування ре­зультатів вимірювань і обчислень.

2. Через вимикач приєднати до джерела струму лампочку. За допомогою екрана із щілиною утворити тонкий світловий пучок.

Постановка експерименту, обробка результатів вимірювань.

1. Визначити показник заломлення скла відносно повітря при будь-якому куті падіння. Результат записати з урахуванням обчислених похибок.

2. Повторити те саме при іншому куті падіння.

3. Порівняти результати, знайдені за формулами:

$$\begin{array}{c}{n}_{1H}-{\mathit{}}_1<n_1<n_{1H}+{\mathit{}}_1,\\ n_{2H}-{\mathit{}}_2<n_2<n_{2H}+{\mathit{}}_2\end{array}$$.

4. Зробити висновок про залежність показника заломлення від кута падіння. (Метод порівняння результатів вимірювань викладено у вступі до лабораторних робіт у підручнику з фізики для 10-го класу.).

Контрольне запитання Щоб визначити показник заломлення скла, досить виміряти транспортиром кути і й обчислити відношення синусів цих кутів. Який із методів визначення показника заломлення має переваги: цей чи той, який використано в роботі?