電子荷質比的測量

1、電子荷質比的測量第1頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五一、實驗目的 1、理解電子在磁場中的運動規(guī)律2、掌握用電子比荷儀測電子比荷的原理及方法難點：電子圓運動軌道半徑的測量 重點：電子在磁場中的運動規(guī)律第2頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五二、實驗原理 19世紀80年代英國物理學家J.J湯姆孫做了一個著名的實驗： 將陰極射線受強磁場的作用發(fā)生偏轉，結果發(fā)現(xiàn)了“電子”，并解出它的電荷量與質量之比e/m。 電子比荷e/m是一個重要的物理常數(shù)，其測定有物理學發(fā)展史上占有很重要的地位。 電子比荷的測量方法有很多，如磁聚焦法、濾速器法、磁控管法、湯姆遜法等。本實

2、驗儀以當年英國物理學家湯姆孫思路，利用電子束在磁場中運動偏轉的方法來測量。第3頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五二、實驗原理 當一個電子以速度垂直進入到均勻磁場中B時，電子要受到洛倫茲力f的作用： 如右圖所示，電子在磁場中作圓周運動時，向心力由洛倫茲力提供，則有:式中， r 是電子運動圓周的半徑。（1）（2）第4頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五二、實驗原理 （1）（2）實驗中，電子槍在加速電壓u的作用下，射出電子流，因此，加速電場所作功eu全部轉變成電子的輸出動能，（3）（4）由（3）和（4）得：（5）第5頁，共24頁，2022年，5月20日，4點

3、31分，星期五三、實驗儀器FB710型 電子荷質比測試儀 第6頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五三、實驗儀器 電子荷質比測試儀的 中心器件是三維立體的威 爾尼氏管，通過它可以生 動形象地顯示出電子束的 運行軌跡，當將威氏管放于由亥姆茲線圈產生的磁場中時，用電壓激發(fā)它的電子槍發(fā)射出電子束，進行實驗觀察和測量。 1、威爾尼氏管第7頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五三、實驗儀器主要技術參數(shù) 氣 壓 10-1Pa 燈絲電壓 6.3V 調制電壓 018V 加速電壓 max 250V 第8頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五三、實驗儀器其中0

4、 =410-7NA-2R=158mm亥姆茲線圈的平均半徑，N=130匝單個線圈的匝數(shù)。（廠家提供的儀器參數(shù)已定）B=KI磁場B的大小為：2、亥姆茲線圈作用：產生磁場第9頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五三、實驗儀器 內 徑 300mm 外 徑 332mm R有效半徑 158mm N單線匝圈 130匝 I最大通電電流 3 A 將B代入（5）式：主要技術參數(shù)第10頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五三、實驗儀器加速電壓： 0-200V調制電壓：0 -20v 低壓照明電壓： 1.5V主要技術參數(shù) 3、工作電源 第11頁，共24頁，2022年，5月20日，4點

5、31分，星期五三、實驗儀器反射鏡 ： 用與電子束光圈半截測量的輔助工具。 4、測量標尺及反射鏡第12頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五四、實驗內容1、按圖正確連接儀器第13頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五四、實驗內容 當電子槍在加速電壓的激發(fā)下，射出電子束，進入威爾尼氏管：2、觀察電子的運動情況(1)、無磁場時，電子束將成直線軌跡射出。第14頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五四、實驗內容(2)、電子束與磁場完全垂直時，電子束形成圓形軌跡。 第15頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五四、實驗內容(3)、當電子

6、束與磁場不完全垂直時，電子束將 作螺旋線狀態(tài)運動。 第16頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五四、實驗內容（本實驗的過程是采用固定加速電壓，改變磁場偏轉電流，測量偏轉電子束的圓周半徑來進行。）注意：如果加速電壓太高或偏轉電流太大，都容易引起電子束散焦。3、開啟電源，調加速電壓為120V，耐心地等待，直到電子槍射出翠綠色的電子束后，將加速電壓回調定于100V。第17頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五四、實驗內容應仔細地調整管子的電子槍，使電子流與磁場嚴格保持垂直，產生完全封閉的圓形電子軌跡。注意：4、調節(jié)偏轉電流，使電子束的運行軌跡形成封閉的圓，細心調節(jié)

7、聚焦電壓，使電子束明亮，緩緩改變亥姆茲線圈中的電流，觀察電子束的大小偏轉的變化。 第18頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五四、實驗內容（1）調節(jié)儀器后線圈上反射鏡的位置，以方便觀察。（2）移動測量機構上的滑動標尺，用黑白分界的中心刻度線，對準電子槍口與反射鏡中的象的分界線，采用“三線合一”的方法測出電子圓的右端點，從游標上讀出刻度讀數(shù)S0（一般此時按清零，作S0 =00.00mm） 。5、測量與記錄數(shù)據(jù)第19頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五四、實驗內容 （3）再次移動滑動標尺到電子圓的左端點， 采用同樣的的方法讀出刻度讀數(shù)Sn 。 用 求出電子圓的

8、半徑。第20頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五四、實驗內容 （4）依次增加偏轉電流約I=0.05A，用前面（1）、 （2）同樣的方法測出不同電流激發(fā)的磁場中電子運動圓軌道的兩端點S0、 Sn 。共測10次，并將測量結果記入數(shù)據(jù)表格中。并由下面的公式計算出荷質比。本實驗采取固定加速電壓u，通過改變不同的偏轉電流，產生出不同的磁場，進而測量出電子束的圓軌跡半徑r,就能采用下述公式測量。注意：第21頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五四、實驗內容數(shù)據(jù)記錄表格 （ U=100V, e/m=1.7591011CKg-1） n S0（mm） Sn（mm）rn （m

9、m） I （A） e/m e/m100.001.00200.001.05300.001.10400.001.15500.001.20600.001.25700.001.30800.001.35第22頁，共24頁，2022年，5月20日，4點31分，星期五五、實驗注意事項1、實驗測量開始前應細心調節(jié)電子束與磁場方向垂直，形成一個不帶任何重影的圓環(huán)（調焦）。2、電子束的加速電壓不宜過高，上限120V，且一旦激發(fā)后，就降至90-100V進行測量。3、測量電子束圓軌道半徑時，應仔細按 “三線合一”法進行。4、電流的變化一般取0.05A左右測一次。5、測量結束后，將電流和電壓均調至零后才關掉電源。第23頁，共24頁，2