Лабораторная работа по физике на тему Кинематика материальной точки и Механика твёрдого тела

Формулировка задания в соответствии с вариантом
Позитрон после прохождения ускоряющей разности потенциалов
=1140 В, влетел в расположенный горизонтально плоский конденсатор. Вектор начальной скорости частицы v ⃗ направлен под углом α=14° к горизонтальному направлению (см. рис.). Точка влета частицы расположена на расстоянии
y_0=3 мм по отношению к нижней пластине конденсатора.
К пластинам конденсатора приложено напряжение U=40 В. Расстояние между пластинами d=15 см; длина пластин конденсатора (пластины имеют форму квадрата); С = 35 пФ – электрическая емкость; Q – заряд на обкладках конденсатора .
После того как частица покинула конденсатор, она влетела в однородное магнитное поле с магнитной индукцией B= 1,2 Тл, расположенное под углом º к плоскости пластин конденсатора и направленное вниз.
Определить:
Начальную скорость частицы v_0;
длину пластин конденсатора ;
заряд конденсатора ;
напряжённость электрического поля конденсатора ;
радиус кривизны траектории частицы R;
шаг траектории частицы в магнитном поле h.
Построить графики зависимости:
an(t) – зависимость нормального ускорения частицы от времени t;
v(x) – зависимость скорости внутри конденсатора от координаты x.
Теоретические основы работы:
Явление, изучаемое в РГР –движение заряженной частицы в электрическом и магнитном поле/
Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:
Энергия - общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи
Кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек.
Электрон — стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества. Заряд электрона неделим и равен .
Конденсатор — двухполюсник с определённым или переменным значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.
Электрическая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. В теории электрических цепей ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника. Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками.
Также величина ёмкости определяется геометрией конденсатора, а также диэлектрическими свойствами среды, заполняющей пространство между обкладками.
Система отсчета – это совокупность тела отсчета, системы координат и системы отсчета времени, связанных с этим телом, по отношению которого изучается движение (или равновесия) каких-либо других материальных точек или тел.
Координата – это совокупность чисел или независимых переменных, которые определяют положение точки в пространстве.
Законы, используемые при решении поставленных задач:

Второй закон Ньютона: в инерциальных системах ускорение, приобретаемое материальной точкой, прямо пропорционально вызывающей его равнодействующей сил, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки:
.
Закон сохранения полной механической энергии: сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой посредством сил тяготения и сил упругости, остается неизменной:
.
Основные расчётные формулы
Кинетическая энергия частицы:

Частица, влетающая в конденсатор параллельно его обкладкам, движется равноускоренно. Уравнения, описывающие движение частицы, имеют вид:
;
.
Ёмкость конденсатора:
,
где – напряжение (разность потенциалов) между обкладками.
Ёмкость плоского конденсатора равна:
.
Радиус кривизны траектории:
R=(mυ_1 sinα_1)/qB.
Шаг спирали: