Három esszétéma közül kell választania egyet (az alábbi az egyik). Fejtse ki másfél-két oldal terjedelemben, összefüggő ismertetés formájában! Ügyeljen a szabatos, világos fogalmazásra, a logikus gondolatmenetre, a helyesírásra, mivel az értékelésbe ez is beleszámít! Mondanivalóját nem kell feltétlenül a megadott szempontok sorrendjében kifejtenie.
Az elektron felfedezése
A XIX. század második felében a katódsugárzás vizsgálata volt a fizikusok legfontosabb kutatási területe. A katódsugárról többek között a következőket állapították meg:
- a katódból lép ki, a katód felületére merőlegesen
- tulajdonságai függetlenek a katód anyagától
- egyenes vonalban terjed
- több anyagon fluoreszcenciát okoz
- mágneses térben elhajlik
A mellékelt rajz segítségével ismertesse az izzókatódos katódsugárcső felépítését, mutassa be működésének lényeges mozzanatait!
Ismertessen vázlatosan egy eljárást, amellyel meghatározható a katódsugárcsőben mozgó részecskék töltésének és tömegének aránya!
Mutassa be a Millikan-kísérlet lényegét, mellyel az elemi töltés nagyságát, az elektron töltésének értékét határozták meg!
a) Az izzókatódos katódsugárcső felépítése:
2 pont
(bontható)
(A legfontosabb összetevők: izzó katód [1], anód [2], feszültségforrás [3], elektronnyaláb [4], vákuumcső [5], fluoreszkáló bevonat [6]. A rajzon is bejelölhetők.)
b) A katódsugárcső működése
3 pont
Elektronkilépés az izzó katódból, elektromos mezőben gyorsuló elektronok, becsapódás a fluoreszkáló anyagba, fénykibocsátás.
c) Egy módszer ismertetése az elektron fajlagos töltésének mérésére:
(Bármely helyes módszert fogadjunk el, például mágneses eltérítés, elektromos eltérítés vagy Thomson-féle parabolamódszer.)
Eljárás leírása:
3 pont
Pl. a mágneses eltérítés esetén:
A katódsugárcsőben az elektromos mezőben felgyorsult elektronokat sebességükre merőleges irányú homogén mágneses mezőbe vezetjük, és mérjük az U gyorsító- feszültséget, a $B$ mágneses indukciót és az elektron körpályájának $R$ sugarát.
A mérendő mennyiségek felsorolása és a közöttük lévő összefüggések megadása:
4 pont
Mágneses eltérítés esetén:
Az elektromos mezőben gyorsuló elektronra felírt munkatétel:
\[\frac{1}{2}mv^2=qU\]
(2 pont)
A sebességre merőleges homogén mágneses mezőben körpályán mozgó elektronok mozgásegyenlete:
\[m\frac{\ v^2}{R}=QvB\]
(2 pont)
A fajlagos töltés megadása:
1 pont
Mágneses eltérítés esetén: A két egyenletből az elektron sebessége kiküszöbölhető, a fajlagos töltésre
\[\frac{q}{m}=\frac{2U}{R^2B^2}\]
adódik, ami az ismert mennyiségek alapján meghatározható.
d) A Millikan-kísérlet lényegének ismertetése:
5 pont
A válaszadás során az alábbi fogalmaknak kell szerepelnie a leírásban: töltött olajcsepp, elektromos és gravitációs térben fellépő erők, egyensúly.
Összesen: 18 pont