Particules chargées dans un champ électrique uniforme – canon à électrons et tube de déviation
PhysiqueChamps électriques et magnétiques16–17 ans
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Connectez-vous pour lancerUn canon accélère des électrons, des protons ou des particules alpha sous une tension Uₐ (|q|Uₐ = ½mv²) ; deux plaques parallèles soumises à une tension U et distantes de d créent ensuite un champ uniforme E = U/d qui courbe le faisceau en parabole. Les mesures affichent la vitesse, la durée de traversée, l'angle de sortie, la position du spot sur l'écran et l'énergie cinétique en eV. Ajoutez un champ magnétique B pour compenser la force électrique (v = E/B) et déterminer q/m comme Thomson.
Leçon : Mouvement d'une particule chargée dans un champ électrique uniforme ; canon à électrons ; charge massique q/m
Ce qu’elle montre
Entre deux plaques parallèles, le champ électrique est uniforme, E = U/d : une particule chargée subit donc une force constante qE. Si elle entre perpendiculairement au champ, son mouvement est uniforme le long des plaques et uniformément accéléré dans la direction du champ, d'où une trajectoire parabolique. Dans le canon, le champ fournit un travail qUₐ converti en énergie cinétique ½mv². La déviation y = UL²/(4dUₐ) ne dépend ni de q ni de m : électrons, protons et particules alpha arrivent à la même distance du centre, de part et d'autre pour des charges opposées. Un champ magnétique peut compenser la force électrique et révéler q/m.
Mode d’emploi
Choisissez une Particule, puis faites glisser Tension accélératrice, Tension entre les plaques, Écart des plaques, Longueur des plaques et Distance plaques–écran. Relâcher un curseur lance un nouveau tir ; les tirs précédents restent en gris jusqu'à ce que vous cliquiez sur Effacer les traces. Lisez la vitesse, la déviation, l'angle et l'énergie sous la figure. Augmentez le Champ magnétique B et ajustez-le avec − et + jusqu'à ce que le spot revienne au centre, puis lisez q/m.
Paramètres modifiables
- Particule Électron, Proton, Particule alpha (α)
- Tension accélératrice Uₐ 200–5000 V
- Tension U entre les plaques de déviation -1500–1500 V
- Écart des plaques d 1–8 cm
- Longueur des plaques L 2–15 cm
- Distance plaques–écran D 5–30 cm
- Champ magnétique B entre les plaques (rentrant) 0–5 mT
Questions à explorer
- Pourquoi un électron et un proton accélérés sous la même tension arrivent-ils à la même distance du centre de l'écran ?
- Que devient la déviation du spot si vous doublez la tension accélératrice, et pourquoi ?
- Lorsque les forces électrique et magnétique se compensent, pourquoi la vitesse de la particule vaut-elle E/B ?
