實(shí)驗(yàn)報(bào)告-磁聚焦法測定電子荷質(zhì)比

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓 名：張偉楠 班 級：F0703028學(xué) 號：5070309108 實(shí)驗(yàn)成績：同組姓名：實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?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(yùn)動規(guī)律及磁聚焦原理。【實(shí)驗(yàn)原理】1、示波管單位陶為mm加速.電幗I! K (1本實(shí)驗(yàn)所用的8SJ31型示波管由陰極K、柵極G、加速電極、第一陽極A1和第二陽極A2、 X向偏轉(zhuǎn)板D、Y向偏轉(zhuǎn)板匕組成。2、電子射線的磁聚焦原理(偏轉(zhuǎn)電場為零)I在示波管外套一個(gè)通用螺線管，使在電子射線前進(jìn)的方向產(chǎn)生一個(gè)均勻磁場，可以認(rèn)為 電子離開第一聚焦點(diǎn)F1后立即進(jìn)入電場為零的均勻磁

2、場中運(yùn)動.在均勻磁場B中以速度運(yùn)動的電子，受到洛侖茲力F的作用9 = 一及德(1)當(dāng)v和B平行時(shí)，F(xiàn)等于零，電子的運(yùn)動不受磁場的影響，仍以原來的速度v作勻速直線運(yùn) 動.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.維持電子作圓周運(yùn)動的力就是洛侖茲力，即(3)(2)電子運(yùn)動軌道的半徑為:電子繞圓一周所需的時(shí)間（周期）T為v sB(4)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(shí)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(diǎn).在一般情況下，電子束呈圓錐形向熒

3、光屏運(yùn)動，如電子速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間成 一夾角，此時(shí)可將v分解為與B平行的軸向速度v（v = vcos0 ）和與B垂直的徑向速度v v= vsin0 ）. v使電子沿軸方向作勻速運(yùn)動，而g在洛侖茲力的作用下使電子繞軸作圓 周運(yùn)動，合成的電子軌跡為一螺旋線，其螺距為蛇 （5）對于從第一聚焦點(diǎn)F1出發(fā)的不同電子，雖然徑向速度v不同，所走的圓半徑R也不同， 但只要軸向速度v/相等，并選擇合適的軸向速度v/和磁感應(yīng)強(qiáng)度B （改變v的大小，可 通過調(diào)節(jié)加速電壓Ua；改變B的大小可調(diào)節(jié)螺線管中的勵(lì)磁電流I），使電子在經(jīng)過的路程 l中恰好包含有整數(shù)個(gè)螺距h，這時(shí)電子射線又將會聚于一點(diǎn)，這就是電子射線的磁

4、聚焦原 理.3、零電場法測定電子荷質(zhì)比因?yàn)?很小，可以近似認(rèn)為電子在均勻磁場中運(yùn)動時(shí)，具有相同的軸向速度v/= ，由前述原理，通過改變勵(lì)磁電流I，可以改變螺距h=，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(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度后，可 得到=k(c/kg)，其中k= ，其中L為螺線管長度，D為螺線管直徑，l為F1與光屏之間的距離，N為螺線管總匝數(shù)。實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了降低誤差，將第二次，第三次聚焦時(shí)的勵(lì)磁電流折算成第一次聚焦的平均勵(lì)磁電流I，即平均值I 。而為了抵消地磁場對實(shí)際測量造成的影響，每次測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

5、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vx，螺線管未通電流時(shí)， 因電子偏轉(zhuǎn)在熒光屏上出現(xiàn)一條亮線。接通勵(lì)磁電流后，電子沿不同螺旋線運(yùn)動，亮線開始 轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過角度兀時(shí)，電子匯聚到一點(diǎn)，故可以獲得電子荷質(zhì)比- =一，其中是 亮線轉(zhuǎn)過的角度。而l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(jì)算。【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算】1、零電場法測定電子荷質(zhì)比實(shí)驗(yàn)前計(jì)算 k =(SI)(1) Ua=850V/A/A/A/A10.4140.8361.2780.4130.8311.26020.4250.8461.2530.4270.8501.27830.4210.8471

6、.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=0.420A=0.845A=1.272AI= 0.423A=k=標(biāo)準(zhǔn) Ua=950V/A/A/A/A10.4400.8881.3640.4410.8861.35020.4440.8851.3400.4390.8901.35630.4390.8861.3490.4450.8771.32540.4530.887

7、1.3170.4420.8741.35550.4360.8921.3440.4450.8871.35960.4400.8831.3420.4390.8811.362平均值0.4420.8871.3430.4420.8821.351=0.442A=0.884A=1.347AI= = 0.446A標(biāo)準(zhǔn)2、電場偏轉(zhuǎn)法測定電子荷質(zhì)比0.08190.3281.310.06250.2501.00在X偏轉(zhuǎn)板上加交流偏轉(zhuǎn)電壓中后8500.1891.951.499500.2031.891.448500.3801.931.479500.4001.951.488500.7521.971.509500.7961.96

8、1.50【對實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)做得比較成功；在這個(gè)部分中，我們小組面臨的一大困難是對電流的讀數(shù)。因?yàn)殡娏鞯氖緮?shù) 一直在不停地?cái)[動，實(shí)驗(yàn)儀器也沒有HOLD鍵，所以遇到了一點(diǎn)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(gè)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(diǎn)是電路的連接與調(diào)整，之后 的數(shù)據(jù)測量較第一個(gè)部分而言還是

9、比較輕松的。以電磁場為0時(shí)作為起點(diǎn)（這 時(shí)的勵(lì)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(shí)應(yīng)將輸出 勵(lì)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(shí)驗(yàn)的結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室條件對這一中方法的局 限性。【附頁】思考題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(jì)算e/m?答：實(shí)際上實(shí)驗(yàn)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。如何判斷一次聚焦、兩次聚

10、焦、三次聚焦？答：首先將勵(lì)磁電流調(diào)到0 （或最小），這時(shí)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(gè)光斑，表示電子是發(fā)散開的。通 過對勵(lì)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(diǎn)與熒光屏的距離相等時(shí)，在熒光屏上的光斑會匯聚成一個(gè) 很小的點(diǎn)，這時(shí)就是電子的第一次聚焦。接著繼續(xù)加大勵(lì)磁電流，光斑又會散開，當(dāng)螺 距減小到電子最初的匯聚點(diǎn)與熒光屏的距離的一半時(shí)，電子再次在熒光屏上聚焦，也即 是第二次出現(xiàn)小點(diǎn)時(shí)是第二次聚焦。同理，第三次出現(xiàn)小點(diǎn)時(shí)是第三次聚焦。試討論l和I的測量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。答：對于零電場法：-= （c/kg）可以看出，如果l測量偏大，則最終的結(jié)果將偏小，反之偏大；如果1測量偏大，則最終 的結(jié)果將偏小，反之偏大。對于電場偏轉(zhuǎn)法：K是一個(gè)常數(shù)，可以看出，如果l測量偏大，則最終的結(jié)果將偏小，反之偏大；如果I測量偏大，則最終的結(jié)果將偏小，反之偏大。實(shí)驗(yàn)感想這次實(shí)驗(yàn)，我認(rèn)為一大難點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(fèi)了很 少的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)的第二部分對電路連接的要