實(shí)驗(yàn)5 電子荷質(zhì)比的測(cè)定

1、電子荷質(zhì)比的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察電子束在電場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)。加深理解電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，拓展其應(yīng)用。學(xué)習(xí)用磁偏轉(zhuǎn)法測(cè)量電子的荷質(zhì)比。二、實(shí)驗(yàn)儀器電子荷質(zhì)比測(cè)定儀及電源三、實(shí)驗(yàn)原理眾所周知當(dāng)一個(gè)電子以速度v垂直進(jìn)入均勻磁場(chǎng)時(shí)，電子要受到洛侖茲力的 作用，它的大小可由公式：f b-f = ev x B（2.10-1）所決定，由于力的方向是垂直于速度的方向，則電子的運(yùn)動(dòng)軌跡就是一個(gè)圓，力 的方向指向圓心，完全符合圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，所以作用力與速度又有：（2.10-2）mv 2f =r其中r是電子運(yùn)動(dòng)圓周的半徑，由于洛侖茲力就是使電子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心 力，因此可將（2.10-1）、（2.10-2）式聯(lián)

2、立:mv2evB =r（2.10-3）由（2.10-3 ）式可得：（2.10-4）e vm rB實(shí)驗(yàn)裝置是用一電子槍，在加速電壓u的驅(qū)使下，射出電子流，因此eu全 部轉(zhuǎn)變成電子的輸出動(dòng)能：（2.10-5）（2.10-6）eu = mv 22將（2.10-4 ）與（2.10-5）式聯(lián)立可得:e _2um（r - B）2實(shí)驗(yàn)中可采取固定加速電壓u,通過改變不同的偏轉(zhuǎn)電流，產(chǎn)生出不同的磁 場(chǎng)，進(jìn)而測(cè)量出電子束的圓軌跡半徑r,就能測(cè)定電子的荷質(zhì)比一一e/m。按本實(shí)驗(yàn)的要求，必須仔細(xì)地調(diào)整管子的電子槍，使電子流與磁場(chǎng)嚴(yán)格保持 垂直，產(chǎn)生完全封閉的圓形電子軌跡。按照亥姆霍茲線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的原理：B = K

3、-1（2.10-7）其中K為磁電變換系數(shù)，可表達(dá)為：（2.10-8）e 125R2 - u=|_ .m 32 H 2. N2-12-r2式中是真空導(dǎo)磁率，它的值K=4x 10-7N A-2，R為亥姆霍茲線圈的平 均半徑，N為單個(gè)線圈的匝數(shù)，由廠家提供的參數(shù)可知R=158mm，N=130匝， 因此公式（2.10-6）可以改寫成：（2.10-9）=2.474 x 1012 R2u（C；）N 2.12 . r 2 kg四、實(shí)驗(yàn)步驟接好線路。開啟電源，使加速電壓定于120V，耐心等待，直到電子槍射出翠綠色的 電子束后，將加速電壓定于100V。本實(shí)驗(yàn)的過程是采用固定加速電壓，改變磁 場(chǎng)偏轉(zhuǎn)電流，測(cè)量偏轉(zhuǎn)

4、電子束的圓周半徑來進(jìn)行。（注意：如果加速電壓太高或 偏轉(zhuǎn)電流太大，都容易引起電子束散焦）調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)電流，使電子束的運(yùn)行軌跡形成封閉的圓，細(xì)心調(diào)節(jié)聚焦電壓， 使電子束明亮，緩緩改變亥姆霍茲線圈中的電流，觀察電子束的偏轉(zhuǎn)的變化。測(cè)量步驟：（1）調(diào)節(jié)儀器后線圈上反射鏡的位置，以方便觀察；(2)依次調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)電流為：1.00A、1.20A、1.40A、1.60A、1.80A、2.00A, 改變電子束的半徑大?。粶y(cè)量每個(gè)電子束的半徑：移動(dòng)測(cè)量機(jī)構(gòu)上的滑動(dòng)標(biāo)尺，用黑白分界的 中心刻度線，對(duì)準(zhǔn)電子槍口與反射鏡中的像，采用三點(diǎn)一線的方法測(cè)出電子束圓 軌跡的右端點(diǎn)，從游標(biāo)上讀出刻度讀數(shù)S 0 ；再次移動(dòng)滑動(dòng)標(biāo)尺到電子束圓軌跡 的左端點(diǎn)，采用同樣的方法讀出刻度讀數(shù)S ；用r = (S S )求出電子束圓軌1210跡的半徑；將測(cè)量得到的各值代入(3-4-20-9)式，求出電子荷質(zhì)比e/m；并求出 相對(duì)誤差(標(biāo)準(zhǔn)值e/m = 1.76 x1011 C/kg)。五、注意事項(xiàng)在實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)首先細(xì)心調(diào)節(jié)電子束與磁場(chǎng)方向垂直，形成一個(gè)不帶任 何重影的圓環(huán)。電子束的激發(fā)加速電壓不要調(diào)得過高，過高的電壓容易引起電子束散焦。 電子束剛激發(fā)時(shí)的加速電壓，略略需要偏高一些，大約在130V左右，但一旦激 發(fā)后，電子束在80100V左右均能維持發(fā)射，此時(shí)就可以降低加速電壓。測(cè)量電子束半