Elektronstråle: att böja laddningar med ett fält

Ett pedagogiskt simuleringsspel. Skjut elektroner mellan två laddade plattor i ett katodstrålerör och förutsäg fältet, accelerationen, hur mycket strålen böjs av, spänningen som träffar ett mål och hur en proton böjs av.

Homogent fältLaddade partiklar

ELEKTRONSTRÅLE

Fältet mellan plattorna

Redo
Aktivera JavaScript för att skjuta strålen. Instruktionerna och det lösta exemplet går fortfarande att läsa.
Hastighet vElektrisk kraft FFält E, från + till −Din förutsägelse
Att böja en stråley = ½·(q·E ÷ m)·(L ÷ v₀)²

Tid

0.00 ns

t

Fält mellan plattorna

— V/m

E = V ÷ d

Acceleration tvärs

— m/s²

a_y

Höjd över axeln

—

y

Hastighet tvärs

— m/s

v_y

Förutsäg innan du startar

Skriv din förutsägelse för att förbereda försöket. Starta är avstängd tills det finns ett svar.

Förutsäg hur fältet böjer strålen.

Uppdragspoäng—

Varje svar måste ligga inom 2 %: vart och ett ger 100 poäng. Rätt på första försöket ger 50 extra. Ett försök räknas så snart det startar.

✓ Rätt svar① Första försöket

Så spelar du Elektronstråle

  1. Välj ett test och läs plattorna, fältet och strålen på kortet.
  2. Använd E = V ÷ d, a = q·E ÷ m, t = L ÷ v₀ och y = ½·a·t², i meter, sekunder och coulomb.
  3. Skriv din förutsägelse och tryck på Starta. Partikeln skjuts i slow motion; din förutsägelse är den orange streckade banan.
  4. Jämför den lysande banan med din orange bana, mellan plattorna och i den högra panelen.

Ett homogent fält böjer en stråle

Två parallella plattor med avståndet d och en spänning V mellan sig ger ett homogent fält E = V ÷ d som pekar från +-plattan till −-plattan: en volt per meter är en newton per coulomb. En laddning q känner där samma kraft q·E överallt, så en partikel som skjuts rakt in mellan plattorna rör sig som en boll som kastas vågrätt: hastigheten längs röret förblir v₀, medan den accelererar jämnt tvärs över röret, a = q·E ÷ m. Banan är en parabel, y = ½·a·(x ÷ v₀)², och efter plattorna går den rakt fram. En elektron är så lätt att ett måttligt fält ger den en acceleration på omkring 10¹⁵ m/s², och tyngdkraften spelar ingen roll alls. En proton med lika stor laddning böjs åt andra hållet och ungefär 1836 gånger mindre. Gamla bildrörs-tv-apparater, oscilloskop och bläckstråleskrivare styr strålar på det här sättet.

En avgränsad inlärningsmodell

Fältet är homogent mellan plattorna och noll utanför dem, utan randeffekter. Partikeln kommer in längs axeln, behåller sin hastighet längs röret och accelererar jämnt tvärs över det, så höjden är en parabel mellan plattorna och en rät linje efteråt; når den en platta stannar den där i exakt det ögonblicket. Tyngdkraften försummas: den är här ungefär 10¹⁴ gånger svagare än den elektriska kraften. I varje test håller sig hastigheten under 9 % av ljusets hastighet, så modellen är inte relativistisk. Varje försök varar några nanosekunder och saktas ner så att det tar ungefär 4 s. Svar inom 2 % är rätt.

Om du byter språk behålls försöket, förutsägelsen, antalet försök och körningen.