實驗報告-磁聚焦法測定電子荷質(zhì)比

實驗報告姓名：張偉楠班級：F0703028 學(xué)號：5070309108實驗成績:同組姓名： 實驗日期：2008.04.14 指導(dǎo)老師： 批閱日期:磁聚焦法測定電子荷質(zhì)比實驗?zāi)康摹繉W(xué)習(xí)測量電子荷質(zhì)比的方法；了解帶電粒子在電磁場中的運動規(guī)律及磁聚焦原理?！緦嶒炘怼?、 示波管本實驗所用的8SJ31型示波管由陰極K、柵極G、加速電極、第一陽極亠和第二陽極A2、X向偏轉(zhuǎn)板D、Y向偏轉(zhuǎn)板D組成。xy在示波管外套一個通用螺線管，使在電子射線前進(jìn)的方向產(chǎn)生一個均勻磁場，可以認(rèn)為電子離開第一聚焦點F］后立即進(jìn)入電場為零的均勻磁場中運動.在均勻磁場B中以速度運動的電子，受到洛侖茲力F的作用丁=-即注(1)

當(dāng)v和B平行時，F(xiàn)等于零，電子的運動不受磁場的影響，仍以原來的速度v作勻速直線運動.當(dāng)v和B垂直時，力F垂直于速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B,電子在垂直于B的平面內(nèi)作勻速圓周運動．維持電子作圓周運動的力就是洛侖茲力，即電子運動軌道的半徑為:電子運動軌道的半徑為:電子繞圓一周所需的時間（周期）T為從（3）、（4）兩式可見，周期T和電子速度v無關(guān)，即在均勻磁場中不同速度的電子繞圓一周所需的時間是相同的.但速度大的電子所繞圓周的半徑也大.因此，已經(jīng)聚焦的電子射線繞一周后又將會聚到一點.在一般情況下，電子束呈圓錐形向熒光屏運動，如電子速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間成一夾角，此時可將v分解為與B平行的軸向速度v〃（v〃=vcos€）和與B垂直的徑向速度v丄（卩丄=vsin€）.v〃使電子沿軸方向作勻速運動，而v丄在洛侖茲力的作用下使電子繞軸作圓周運動，合成的電子軌跡為一螺旋線，其螺距為((5)對于從第一聚焦點出發(fā)的不同電子，雖然徑向速度丄不同，所走的圓半徑也不同，但只要軸向速度相等，并選擇合適的軸向速度和磁感應(yīng)強(qiáng)度（改變的大小，可通過調(diào)節(jié)加速電壓；改變的大小可調(diào)節(jié)螺線管中的勵磁電流），使電子在經(jīng)過的路程中恰好包含有整數(shù)個螺距，這時電子射線又將會聚于一點，這就是電子射線的磁聚焦原理.3、零電場法測定電子荷質(zhì)比由前述原理，通過改變勵磁電流I，可以改變螺距h=WA甬而增大B，使電子在磁場作用下旋轉(zhuǎn)2周、3周后聚焦在熒光屏上。而考慮有限長螺線管軸線中點的磁感應(yīng)強(qiáng)度后，可得到壬k蘭(c/kg),其中k=ee進(jìn)3eeeee,其中L為螺線管長度，D為螺線管直徑，丨為F1eee eeeee與光屏之間的距離，N為螺線管總匝數(shù)。實際實驗時，為了降低誤差，將第二次，第三次聚焦時的勵磁電流折算成第一次聚焦的平均勵磁電流，即平均值=^3。而為了抵消地磁場對實際測量造成的影響，每次測eeeee量均需改變螺線管磁場方向取得兩組數(shù)據(jù)后取均值。4、電場偏轉(zhuǎn)法測定電子荷質(zhì)比在示波管的X偏轉(zhuǎn)板上加以交流電壓，使電子獲得偏轉(zhuǎn)速度V,螺線管未通電流時，X因電子偏轉(zhuǎn)在熒光屏上出現(xiàn)一條亮線。接通勵磁電流后，電子沿不同螺旋線運動，亮線開始A轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過角度n時，電子匯聚到一點，故可以獲得電子荷質(zhì)比=e電其中e是e&e &亮線轉(zhuǎn)過的角度。而1不明確，故而使用X偏轉(zhuǎn)板的中間位置和后沿到熒光屏的距離分別進(jìn)行計算?！緦嶒灁?shù)據(jù)記錄、實驗結(jié)果計算】1、零電場法測定電子荷質(zhì)比實驗前計算k=eee蘭沁皂eeeeeeee((SI)ee^ee(1)U=850Va .辭AeQAeeQAeeeeeeeeeeeee/Ae10.4140.8361.2780.4130.8311.26020.4250.8461.2530.4270.8501.27830.4210.8471.2630.4230.8301.25040.4260.8661.2720.4150.8311.27550.4240.8251.2830.4150.8361.27360.4200.8371.2850.4180.8451.290平均值0.4220.8431.2720.4180.8371.271=0.420Aeee=0.845Ae e e=1.272Ae e e=(geeeeeee(=0.423Aeeeeee^-e =k—=eeeeeeeeeeeeeeeeeeee—eeeeeee

e_e

eeeeeeeeee標(biāo)準(zhǔn)(2)U=950V'1a IJ/AIJ/AIJ/AIIIIIIIIIIIIIJ1/A10.4400.8881.3640.4410.8861.35020.4440.8851.3400.4390.8901.35630.4390.8861.3490.4450.8771.32540.4530.8871.3170.4420.8741.35550.4360.8921.3440.4450.8871.35960.4400.8831.3420.4390.8811.362平均值0.4420.8871.3430.4420.8821.351=0.442A=0.884A=1.347AI I I=怦」=o.446ainn山 =4IIIIiiiiiIIIIinniiI Ii_iii_iiiimin標(biāo)準(zhǔn)2、電場偏轉(zhuǎn)法測定電子荷質(zhì)比IITIrIh0.08190.3281.31II0.06250.2501.00(1)在x偏轉(zhuǎn)板上加交流偏轉(zhuǎn)電壓IiiiiiIIIIIIIIinnIIIInI1i中IIIIinnIIIInI1i后Ir8500.1891.951.499500.2031.891.44Ir8500.3801.931.479500.4001.951.48i8500.7521.971.509500.7961.961.50【對實驗結(jié)果中的現(xiàn)象或問題進(jìn)行分析、討論】1.零電場法測定電子荷質(zhì)比的實驗部分中得到的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)理論值的相對誤差都在3%以內(nèi)，實驗做得比較成功；在這個部分中，我們小組面臨的一大困難是對電流的讀數(shù)。因為電流的示數(shù)一直在不停地擺動，實驗儀器也沒有HOLD鍵，所以遇到了一點困難。在此采用了取擺動范圍內(nèi)的中間值作為讀數(shù)（大多數(shù)的擺動還是很小的，大概在0.03A的振動范圍內(nèi)擺動）。這個部分的多次求平均值使得以上的讀數(shù)誤差大大減小，最終測得比較好的結(jié)果。850V和950V的結(jié)果也很接近。2.電場偏轉(zhuǎn)法測定電子荷質(zhì)比的部分中的主要難點是電路的連接與調(diào)整，之后的數(shù)據(jù)測量較第一個部分而言還是比較輕松的。以電磁場為0時作為起點（這時的勵磁電流為0，但是電流輸出儀器不能使電流達(dá)到0，所以這時應(yīng)將輸出勵磁電流的儀器關(guān)閉）。在此部分要注意的就是顯示在熒光屏上的像不一定是嚴(yán)格的直線，當(dāng)直線轉(zhuǎn)過一定的角度之后，直線就會有些扭曲，這會影響實驗的結(jié)果。從實驗結(jié)果可以看出，這一方法測量得到的結(jié)果不是很精確，這也體現(xiàn)出實驗室條件對這一中方法的局限性?！靖巾摗克伎碱}為什么螺線管磁場要反方向測量后求平均磁感應(yīng)強(qiáng)度來計算答：實際上實驗室中還存在由南向北的地磁場，將螺線管南北方向放置，進(jìn)行正反方向的兩次測量求平均值，可以抵消掉地磁場的作用，使得結(jié)果不受地磁場的影響。2.如何判斷一次聚焦、兩次聚焦、三次聚焦？答：首先將勵磁電流調(diào)到0（或最?。@時可以保證電子沒有經(jīng)過一次聚焦（聚焦的螺距大于與熒光屏的距離），在熒光屏上會顯示出一個光斑，表示電子是發(fā)散開的。通過對勵磁電流的增加，螺線管里的磁感應(yīng)強(qiáng)度也相應(yīng)增加，電子聚焦的螺距將減小，當(dāng)螺距減小到電子最初的匯聚點與熒光屏的距離相等時，在熒光屏上的光斑會匯聚成一個很小的點，這時就是電子的第一次聚焦。接著繼續(xù)加大勵磁電流，光斑又會散開，當(dāng)螺距減小到電子最初的匯聚點與熒光屏的距離的一半時，電子再次在熒光屏上聚焦，也即是第二次出現(xiàn)小點時是第二次聚焦。同理，第三次出現(xiàn)小點時是第三次聚焦。試討論和的測量對實驗結(jié)果的影響。答：對于零電場法：—=eeeaeeeegggeee—（c/kg）e ee?ee ee可以看出，如果測量偏大，則最終的結(jié)果將偏小，反之偏大；如果測量偏大，貝y最終的結(jié)果將偏小，反之偏大。對于電場偏轉(zhuǎn)法：是一個常數(shù)，可以看出，如果測量偏大，則最終的結(jié)eepe &e果將偏小，反之偏大；如果測量偏大，則最終的結(jié)果將偏小，反之偏大。實驗感想這次實驗，我認(rèn)為一大難點是電路的連接，也許很多人不這么認(rèn)為，但是我承認(rèn)自己的電路連接的動手能力不是很好，需要鍛煉。在這次實驗的電路連接中，我認(rèn)為自己對電路的原理的掌握還是比較到位的，使得我們小組在最初的電路連接環(huán)節(jié)只花費了很少的時