電子比荷的測(cè)定..doc

實(shí)驗(yàn)三：電子比荷的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察電子束在電場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)。2、觀察運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用后的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，加深對(duì)此的理解。3、測(cè)定電子的比荷二、實(shí)驗(yàn)儀器DH4520型電子比荷測(cè)定儀包括：洛侖茲力管、亥姆霍茲線圈、供電電源和讀數(shù)標(biāo)尺等部分。儀器采用一體化設(shè)計(jì)，整個(gè)安裝在木制暗箱內(nèi)，便于觀察、測(cè)量、攜帶和貯存，如圖一所示。1、洛侖茲力管 洛侖茲力管又稱威爾尼管，是本實(shí)驗(yàn)儀的核心器件。它是一個(gè)直徑為153mm的大燈泡，泡內(nèi)抽真空后，充入一定壓強(qiáng)的混合惰性氣體。泡內(nèi)裝有一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的電子槍，由熱陰極、調(diào)制板、錐形加速陽極和一對(duì)偏轉(zhuǎn)極板組成，如圖二所示。經(jīng)陽極加速后的電子，經(jīng)過錐形陽極前端的小孔射出，形成電子束。具有一定能力的電子束與惰性氣體分子碰撞后，使惰性氣體發(fā)光，從而使電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡成為可見。2、亥姆霍茲線圈 亥姆霍茲線圈是由一對(duì)繞向一致，彼此平行且共軸的圓形線圈組成。如圖三所示。當(dāng)兩線圈正向串聯(lián)并通以電流I，且距離a等于線圈的半徑r時(shí)，可以在線圈的軸線上獲得不太強(qiáng)的均勻磁場(chǎng)。如兩線圈間的距離a不等于r時(shí)，則軸線上的磁場(chǎng)就不均勻。同學(xué)們可根據(jù)兩個(gè)單個(gè)線圈軸線上P點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的疊加，求出當(dāng)a=r時(shí)，亥姆霍茲線圈軸線上總的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=910I3、供電電源 供電電源的前面板如圖四所示：偏轉(zhuǎn)電壓 偏轉(zhuǎn)電壓開關(guān)分“上正”、“斷開”、“下正”三檔。置“上正”時(shí)上偏轉(zhuǎn)板接正電壓，下偏轉(zhuǎn)板接地。置“下正”時(shí)則相反。置“斷開”時(shí)，上下偏轉(zhuǎn)板均無電壓接入。觀察與測(cè)量電子束在洛侖茲力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)置“斷開”位置。偏轉(zhuǎn)電壓的大小，由偏轉(zhuǎn)電壓開關(guān)下面的電位器調(diào)節(jié)。電壓值從50250V，連續(xù)可調(diào)，無顯示。陽極電壓 陽極電壓接洛侖茲力管內(nèi)的加速電極，用于加速電子的運(yùn)動(dòng)速度。電壓值由數(shù)字電壓表顯示，值的大小由電壓表下的電位器調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)時(shí)的電壓范圍約100200V。線圈電流 線圈電流（勵(lì)磁電流）方向開關(guān)分“順時(shí)”、“斷開”、“逆時(shí)”三檔。置“順時(shí)”時(shí)線圈中的電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，線圈上的順時(shí)批示燈亮，產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向指向機(jī)內(nèi)。置“逆時(shí)”時(shí)則相反。置“斷開”時(shí)，線圈上的電流方向指示燈全熄滅，線圈中沒有電流。電流值由數(shù)字電流表指示，值的大小，由電流表下面的電位器調(diào)節(jié)。請(qǐng)注意：在轉(zhuǎn)換線圈電流的方向前，應(yīng)先將線圈電流值調(diào)到最小，以免轉(zhuǎn)換電流方向時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)電弧燒壞開關(guān)的接觸點(diǎn)。在觀察電子束在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)將此開關(guān)置“斷開”位置。在儀器后蓋上設(shè)有外接電流表和外接電壓表接線柱，以備在作課堂演示時(shí)外接大型電壓表和電流表。讀數(shù)裝置 在亥姆霍茲線圈的前后線圈上，分別裝有單爪數(shù)顯游標(biāo)尺和鏡子，以便在測(cè)量電子束圓周的直徑D時(shí)，使游標(biāo)尺上的爪子、電子束軌跡、爪子在鏡中的象三者重合，構(gòu)成一線，以減小視差，提高讀數(shù)的準(zhǔn)確性。游標(biāo)讀數(shù)為inch和mm刻度兩種，請(qǐng)選mm刻度。實(shí)驗(yàn)原理對(duì)于在均勻磁場(chǎng)B中的以速度v運(yùn)動(dòng)的電子，將受到洛侖茲力f=evB的作用。不v和B同向時(shí)，力F等于零，電子的運(yùn)動(dòng)不受磁場(chǎng)的影響。當(dāng)v和B垂直時(shí)，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(yùn)動(dòng)，如圖五所示。維持電子作圓周運(yùn)動(dòng)的力就是洛侖茲力，即EvB=式中R為電子運(yùn)動(dòng)軌道的半徑。得電子比荷由此可見實(shí)驗(yàn)中只要測(cè)定了電子運(yùn)動(dòng)的速度v，軌道的半徑R和磁感應(yīng)強(qiáng)度B，即可測(cè)定電子的比荷。電子運(yùn)動(dòng)的速度v應(yīng)該由加速電極，即陽極的電壓U決定（電子離開陰極時(shí)的初速度相對(duì)來說很小，可以忽略）。即將（3）式代入（2）式，得將（1）式代入上式，得電子比如果用電子束軌跡的直徑D表示，則式中U、D、I都是可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量的量。由此即可求出電子比荷。如果電子運(yùn)動(dòng)的速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B不完全垂直時(shí)，電子束將作螺旋線運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在開始通電實(shí)驗(yàn)前，先檢查儀器面板上各控制開關(guān)和旋鈕應(yīng)放在下述位置上：偏轉(zhuǎn)電壓開關(guān)量“斷開”，電位器逆時(shí)針轉(zhuǎn)到電壓最小（50V，無顯示）。調(diào)節(jié)陽極電壓的電位器也逆時(shí)針調(diào)到零。線圈電流方向開關(guān)置“斷開”，調(diào)節(jié)線圈電流的電位器也逆時(shí)針調(diào)到零。以上調(diào)節(jié)的目的，是為了保護(hù)儀器，不受大電流高壓的沖擊。延長(zhǎng)洛侖茲力管的使用壽命。打開電源，預(yù)熱5分鐘。逐漸增加陽極電壓至100200V左右，即可看到一束淡蘭綠色的光束從電子槍中射出，這就是電子束。1、觀察電子束在電場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)動(dòng)洛侖茲力管，使角度指示為900，即電子束指向左邊并與線圈軸線垂直。在轉(zhuǎn)動(dòng)洛侖茲力管時(shí)，務(wù)必用手抓住膠木管座，切勿手抓玻璃波轉(zhuǎn)動(dòng)，以免管座槍動(dòng)。將偏轉(zhuǎn)電壓開關(guān)撥到“上正”位置，這時(shí)上偏轉(zhuǎn)板為正，下偏轉(zhuǎn)板接地，觀察電子束的偏轉(zhuǎn)方向。加大偏轉(zhuǎn)板上的偏轉(zhuǎn)電壓，觀察偏轉(zhuǎn)角度的變化情況。在偏轉(zhuǎn)電壓不變的情況下，加大陽極電壓，觀察偏轉(zhuǎn)角度的變化情況。再將偏轉(zhuǎn)電壓調(diào)至最小，偏轉(zhuǎn)開關(guān)撥到“下正”位置，作與上相同的觀察。記錄觀察到的現(xiàn)象，并作出理論解釋2、觀察電子束在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡將偏轉(zhuǎn)電壓開關(guān)撥至“斷開”位置。線圈電流方向開關(guān)撥到“順時(shí)”位置，線圈上的電流順時(shí)方向指示燈亮，加大線圈電流和陽極電壓，觀察電子束在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的變化情況。轉(zhuǎn)動(dòng)洛侖茲力管，作進(jìn)一步的觀察。記錄觀察到的現(xiàn)象，并作出理論解釋。3、測(cè)量電子的比荷根據(jù)以上所述，將電子束軌跡調(diào)整成一個(gè)閉合的圓。利用讀數(shù)裝置，在不同的陽極電壓U和不同的線圈電流I情況下，仔細(xì)測(cè)量電子速軌跡的直跡。根據(jù)公式（4）計(jì)算電子比荷。具體內(nèi)容建議：（1）固定陽極電壓，改變線圈電流，作多次測(cè)量。（2）固定線圈電流，改變陽極電壓，作多次測(cè)量。欲使實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較準(zhǔn)確，關(guān)鍵是測(cè)準(zhǔn)電子束軌跡的直徑D。圓的直徑取在4cm到9cm之間時(shí)較為合適。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將陽極電壓和線圈電流調(diào)到最小，偏轉(zhuǎn)電壓開關(guān)和線圈電流開關(guān)都撥到“斷開”位置，然后關(guān)掉電源。數(shù)據(jù)表格次數(shù)U/VI/AX1