工作報告-實驗報告-磁聚焦法測定電子荷質(zhì)比

1、實驗報告-磁聚焦法測定電子荷質(zhì)比篇一：電子荷質(zhì)比的測定(實驗報告) 大學(xué)物理實驗報告 實驗名稱磁聚焦法測電子荷質(zhì)比 實驗日期 2010-04-24實驗人員 袁淳(200902120406) 【實驗?zāi)康摹?1. 了解電子在電場和磁場中的運動規(guī)律。 2. 學(xué)習(xí)用磁聚焦法測量電子的荷質(zhì)比。 3. 通過本實驗加深對洛倫茲力的認(rèn)識。 【實驗儀器】 FB710電子荷質(zhì)比測定儀。 【實驗原理】 當(dāng)螺線管通有直流電時，螺線管內(nèi)產(chǎn)生磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，沿著螺線管的方向。電子在磁場中運動，其運動方向如果同磁場方向平行，則電子不受任何影響；如果電子運動力向與磁場方向垂直，則電子要受到洛倫茲力的作用，所受洛倫

2、茲力為： F?evB 將運動速度分解成與磁感應(yīng)強(qiáng)度平行的速度 v/和與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直的速度v?。v/不受洛倫茲力的影響，繼續(xù) 沿軸線做勻速直線運動。?在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運動，其方程為： 2 mv F?evB? r 則 由陰極發(fā)射的電子，在加速電壓U的作用下獲得了動能，根據(jù)動能定理， 2 e2U ?則 2m(rB) 保持加速電壓U不變，通過改變偏轉(zhuǎn)電流I，產(chǎn)生不同大小磁場，保證電子束與磁場嚴(yán)格垂直，進(jìn)而測量電子 v e? mrB 1 mv?eU2 束的圓軌跡半徑，就能測量電子的 r m值。 32 4?0NIB?()?螺線管中磁感應(yīng)強(qiáng)度的計算公式以 5R 數(shù)=130匝； R為螺線管的平均

3、半徑=158mm。得到最終式： 表示，式中?0=4?×10 -7 H/m。N是螺線管的總匝 e?125?UR2U12 ?3.65399?10?22?C/kg?2m?32?0NIrIr 測出與U與I相應(yīng)的電子束半徑，即可求得電子的荷質(zhì)比。 r 【實驗步驟】 第 1 頁 共 2 頁 1. 接通電子荷質(zhì)比測定儀的電源，使加速電壓定于120V，至能觀察到翠綠色的電子束后，降至100V； 2. 改變偏轉(zhuǎn)電流使電子束形成封閉的圓，緩慢調(diào)節(jié)聚焦電壓使電子束明亮，緩慢改變電流觀察電子束大小和 偏轉(zhuǎn)的變化； 3. 調(diào)節(jié)電壓和電流，產(chǎn)生一個明亮的電子圓環(huán)； 4. 調(diào)節(jié)儀器后線圈的反光鏡的位置以方便觀察；

4、 5. 移動滑動標(biāo)尺，使黑白分界的中心刻度線對準(zhǔn)電子槍口與反射鏡中的像，采用三點一直線的方法分別測出 電子圓左右端點S0和S1,并記錄下對應(yīng)的電壓值U和電流值I。 6. 1 ?S1?S0?得到電子圓的半徑，代入最終式求出m； 根據(jù)r?2 7. 改變U、I得到多組結(jié)果，求出平均值，與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，求出相對誤差E 【實驗數(shù)據(jù)】 標(biāo)準(zhǔn)值em=1.75881962×1011 (C/kg) 【數(shù)據(jù)處理過程】 1. 根據(jù)r? 1 ?S1?S0?計算出r2 ，得到每個U和I對應(yīng)的 r 2. 2U12 m?3.65399?10?22根據(jù) rI 計算出每個m，得到e/m=1.800×101

5、1 (C/kg) 3. |m?m| ?100%=2.346% 將得到的e/m與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，得到相對誤差E= m 電子束與磁場沒有嚴(yán)格垂直導(dǎo)致誤差； 電子束具有一定寬度，導(dǎo)致測量誤差； 測量者利用點一線法測半徑時沒有完全對齊導(dǎo)致隨機(jī)誤差； 實驗儀器精確度不夠?qū)е聹y量誤差； 實驗理論的不完善(如沒有考慮電子的相對論效應(yīng))導(dǎo)致誤差。 第 2 頁 共 2 頁 【誤差分析】 1. 2. 3. 4. 5. 篇二：預(yù)習(xí)報告-磁聚焦測定荷質(zhì)比 實 驗 預(yù) 習(xí) 報 告 姓名：張偉楠 同組姓名： 班級：F0703028 實驗日期：2008.04.14 學(xué)號：5070309108 實驗成績： 指導(dǎo)老師： 批閱日

6、期： 磁聚焦法測定電子荷質(zhì)比 【原理簡述（原理圖、主要公式）】 1. 零電場測定電子荷質(zhì)比 (L2+D2) k=n2lNeUa=k2 mI 2 2. 電場偏轉(zhuǎn)法測定電子荷質(zhì)比 e8Ua2Ua= =c 【原始數(shù)據(jù)記錄表】 1. 零電場測定電子荷質(zhì)比 2. 電場偏轉(zhuǎn)法測定電子荷質(zhì)比 (1)在X偏轉(zhuǎn)板上加交流偏轉(zhuǎn)電壓 (2)在Y偏轉(zhuǎn)板上加交流偏轉(zhuǎn)電壓 篇三：電子束的偏轉(zhuǎn)與聚焦實驗報告 南昌大學(xué)物理實驗報告 課程名稱：普通物理實驗（2） 實驗名稱：電子束的偏轉(zhuǎn)與聚焦 學(xué)院：專業(yè)班級： 學(xué)生姓名：學(xué)號： 實驗地點：座位號： 實驗時間： 一、 實驗?zāi)康模?1、了解示波管的構(gòu)造和工作原理。 2、定量分析電子

7、束在勻強(qiáng)電場作用下的偏轉(zhuǎn)情況和在均勻磁場作用 3、學(xué)會規(guī)范使用數(shù)字多用表。 4、學(xué)會磁聚焦法測量電子比荷的方法。 下的偏轉(zhuǎn)情況。 二、 實驗儀器： EB電子束實驗儀、直流穩(wěn)壓電源30V，2A、數(shù)字多用表。 三、 實驗原理： 1、示波管的結(jié)構(gòu) 示波管又稱為陰極射線管，其密封在高真空的玻璃殼之中，它的構(gòu)造如圖1 所示，主要包括三個部分：前端為熒光屏，（S，其用來將電子束的動能變?yōu)楣猓虚g為偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（Y：垂直偏轉(zhuǎn)板，X：水平偏轉(zhuǎn)板），后端為電子槍（K：陰極，G：柵極，A1：聚焦陽極，A2：第二陽極，A3：前加速陽極）。燈絲H用6.3V交流供電，其作用是將陰極加熱，使陰極發(fā)射電子，電子受陽極的作用而

8、加速。 2、電聚焦原理 電子射線束的聚焦是電子束管必須解決的問題。在示波管中，陰極被加熱發(fā) 射電子，電子受陽極產(chǎn)生的正電場作用而加速運動，同時又受柵極產(chǎn)生的負(fù)電場作用只有一部分電子能夠通過柵極小孔而飛向陽極。柵極G的電壓一般要比陰極K的電壓低20100V,由陰極發(fā)射電子，受到柵極與陰極間減速電場的作用，初速度小的電子被阻擋，而那些初速度大的電子可以通過柵極射向熒光屏。所以調(diào)節(jié)柵極電壓的高低可以控制射向熒光屏的電子數(shù)，從而控制熒光屏上的輝度。當(dāng)柵極上的電壓負(fù)到一定的程度時，可使電子射線截止，輝度為0。 加速電極的電壓比陰極電位高幾百伏至上千伏。前加速陽極，聚焦陽極和第 二陽極是由同軸的金屬圓筒組

9、成。由于各電極上的電壓不同，在它們之間形成了彎曲的等勢面、電場線。這樣就使電子束的路徑發(fā)生彎曲，這類似光線通過透鏡那樣產(chǎn)生了會聚和發(fā)散，這種電器組合稱為電子透鏡。改變電極間的電壓分布，可以改變等勢面的彎曲程度，從而達(dá)到電子束的聚焦。 3、電偏轉(zhuǎn)原理 在示波管中，電子從被加熱的陰極K逸出后，由于受到陽極電場的加速作用， 使電子獲得沿示波管軸向的動能。電場力做的功eU應(yīng)等于電子獲得的動能 eU? 1 mv2 2 （1） 顯然，電子沿Z軸運動的速度vz與第二陽極A2的電壓U2的平方根成正比，即 vz? 2e m U2 （2） 若在電子運動的垂直方向加一橫向電場，電子在該電場作用下將發(fā)生橫向偏若偏轉(zhuǎn)板

10、板長為l、偏轉(zhuǎn)板末端到屏的距離為L、偏轉(zhuǎn)電極間距離為d、軸向 轉(zhuǎn)，如圖2所示。 加速電壓（即第二陽極A2電壓）為U2，橫向偏轉(zhuǎn)電壓為Ud，則熒光屏上光點的橫向偏轉(zhuǎn)量D由下式給出： lUdl 2U22d D?（L?) （3） 由式（3）可知，當(dāng)U2不變時，偏轉(zhuǎn)量D隨Ud的增加而線性增加。所以，根據(jù) 屏上光點位移與偏轉(zhuǎn)電壓的線性關(guān)系，可以將示波管做成測量電壓的工具。若改變加速電壓U2，適當(dāng)調(diào)節(jié)U1到最佳聚焦，可以測定D-Ud直線隨U2改變而使斜率改變的情況。 4、磁偏轉(zhuǎn)原理 電子通過A2后，若在垂直Z軸的X方向外加一個均勻磁場，那么以速度v飛越 子電子在Y方向上也會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖所示。 由于電子受

11、洛倫茲力F=eBv作用，F(xiàn)的大小不變，方向與速度方向垂直，因此電子在F的作用下做勻速圓周運動，洛倫茲力就是向心力，即有eBv=mv2/R，所以 R? mvz eB （4） 電子離開磁場后將沿圓切線方向飛出，直射到達(dá)熒光屏。在偏轉(zhuǎn)角較小的 情況下，近似的有 tan? lD? RL （5） 式中，l為磁場寬度，D為電子在熒光屏上亮點的偏轉(zhuǎn)量（忽略熒光屏的微小由此可得偏轉(zhuǎn)量D與外加磁場B、加速電壓U2等的關(guān)系為 彎曲），L為從橫向磁場中心到熒光屏的距離。 D?lBL e 2mU2 （6） 實驗中的外加橫向磁場由一對載流線圈產(chǎn)生，其大小為 B?K?0nI （7） 式中，?0為真空中的磁導(dǎo)率，n為單位長

12、度線圈的匝數(shù)，I為線圈中的勵磁電 流，K為線圈產(chǎn)生磁場公式的修正系數(shù)（0?K?1） 由此可得偏轉(zhuǎn)量D與勵磁電流I、加速電壓U2等的關(guān)系為 D?K?0nIlL e 2mU2 （8） 當(dāng)勵磁電流I（即外加磁場B）確定時，電子束在橫向磁場中的偏轉(zhuǎn)量D與加 速電壓U2的平方根成反比。 5、磁聚焦和電子荷質(zhì)比的測量原理 帶點粒子的電量與質(zhì)量的比值叫荷質(zhì)比，是帶電微觀粒子的基本參量之一。電子運動方向與磁場平行，故磁場對電子運動不產(chǎn)生影響。電子流的軸線速 測定荷質(zhì)比的方法很多，本實驗采用磁聚焦法。 率為 v/? 2eU2 m （9） 式中，e，m分別為電子電荷量和質(zhì)量。若在一對偏轉(zhuǎn)極板Y上加一個幅值不 大的

13、交變電壓，則電子流通過Y后就獲得一個與管軸垂直分量v?。如暫不考慮電子軸向速度分量v/的影響，則電子在磁場的洛倫茲力F的作用下（該力與v?垂直），在垂直于軸線的平面上作圓周運動，即該力起著向心力的作用，F(xiàn)=ev?B=mv2?/R， 由此可得到電子運動的軌道半徑R?動一周所需要的時間（即周期）為 v? ，v?越大軌道半徑亦越大，電子運 Be/m T? 2?Re ?2?B v?m （10） 這說明電子的旋轉(zhuǎn)周期與軌道半徑及速率v?無關(guān)。若再考慮v/的存在，電子 的運動軌跡應(yīng)為一螺旋線。在一個周期內(nèi)，電子前進(jìn)距離（稱螺距）為 h?v/T? 2? 2mU2 Be （11） 由于不同時刻電子速度的垂直分量v?度不同，故在磁場的作用下，各電子將 沿不同半徑的螺線前進(jìn)。然而，由于他們速度的平行分量v/均相同，所以電子在做螺線運動時，它們從同一點出發(fā)，盡管各個電子的v?各不相同，但經(jīng)過一個周期后，它們又會在距離出發(fā)點相距一個