الجسيمات المشحونة في مجال كهربائي منتظم – مدفع الإلكترونات وأنبوب الانحراف

ماذا تعرض

المجال الكهربائي بين لوحين متوازيين منتظم، E = V/d، فيتأثر الجسيم المشحون بقوة ثابتة qE كما تتأثر الكرة بجاذبية ثابتة. والجسيم الذي يدخل عموديًا على المجال يحافظ على سرعة ثابتة بمحاذاة اللوحين بينما يتسارع في الاتجاه العمودي عليهما، فيكون مساره قطعًا مكافئًا. وفي مدفع الإلكترونات يبذل المجال شغلًا qVₐ يتحول إلى طاقة حركية ½mv². ولا يحتوي الانحراف y = VL²/(4dVₐ) على q ولا على m، لذا تصل الإلكترونات والبروتونات وجسيمات ألفا على البعد نفسه من المركز، في جهتين متعاكستين للشحنات المتعاكسة. ويمكن لمجال مغناطيسي أن يوازن القوة الكهربائية ويكشف q/m.

طريقة الاستخدام

اختر «الجسيم»، ثم اسحب «جهد التسريع» و«جهد الانحراف» و«المسافة بين اللوحين» و«طول اللوحين» و«بُعد الشاشة عن اللوحين». عند إفلات أي منزلق تُطلق حزمة جديدة، وتبقى المسارات السابقة رمادية للمقارنة حتى تضغط «مسح الآثار». اقرأ السرعة والانحراف والزاوية والطاقة أسفل الصورة. ارفع «المجال المغناطيسي B» واضبطه بدقة بالزرين − و+ حتى تعود البقعة إلى المركز، ثم اقرأ q/m.

المعاملات القابلة للتغيير

• الجسيم إلكترون, بروتون, جسيم ألفا (α)
• جهد التسريع Vₐ 200–5000 V
• جهد الانحراف V بين اللوحين -1500–1500 V
• المسافة بين اللوحين d 1–8 cm
• طول اللوحين L 2–15 cm
• بُعد الشاشة عن اللوحين D 5–30 cm
• المجال المغناطيسي B بين اللوحين (إلى داخل الصفحة) 0–5 mT

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا يصل الإلكترون والبروتون المسرَّعان بالجهد نفسه على البعد نفسه من مركز الشاشة؟
2. ماذا يحدث لانحراف البقعة إذا ضاعفت جهد التسريع، ولماذا؟
3. عندما تتوازن القوتان الكهربائية والمغناطيسية، لماذا يجب أن تساوي سرعة الجسيم E/B؟