電子束試驗(yàn)儀測(cè)荷質(zhì)比及其測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

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篇一：電子束試驗(yàn)儀(1)

試驗(yàn)名稱：電子束測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度和電子荷質(zhì)比測(cè)量利用電子束試驗(yàn)儀測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度的水平分量和電子的荷質(zhì)比，以及對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理與分析。最終探討在試驗(yàn)中可能存在的對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素。磁場(chǎng)強(qiáng)度荷質(zhì)比加速電壓真空中的介電常數(shù)

學(xué)術(shù)名詞:磁場(chǎng)強(qiáng)度荷質(zhì)比加速電壓真空中的介電常數(shù)（一）測(cè)地磁場(chǎng)強(qiáng)度水平分量原理

當(dāng)電子管中的偏轉(zhuǎn)電壓為零時(shí)，電子將在加速電壓加速后打在熒光屏中心上。當(dāng)改變加速電壓但是不存在偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子打在熒光屏上的位置發(fā)生改變。研究發(fā)現(xiàn)次現(xiàn)象是由地磁場(chǎng)引起的。因此可利用次現(xiàn)象測(cè)量地磁場(chǎng)的強(qiáng)度。電子束從電子槍中發(fā)射出來時(shí)，速度v可有

1

mv2?eu2求的（其中u?是加速電壓）2

由于電子所受的重力遠(yuǎn)小于洛倫磁力，忽略重力因素，由于在洛倫磁力作用下做圓弧運(yùn)動(dòng)，有式子R=mv/eB可求得圓弧的半徑。電子在磁場(chǎng)中沿弧線大到熒光屏上一點(diǎn)，這一點(diǎn)相對(duì)于沒有偏轉(zhuǎn)的電子束的位置移動(dòng)了距離D,有式子D=R-Rcos?=R(1-cos?)=由于偏轉(zhuǎn)角?很小，上式可寫成sin???，cos?=1-

mv（1-cos?）

（2）

eB

?2

2

帶入（2）式中得

LLeBmv?2mvsin2?

???=D?又有sin所以的求得距離D

Rmv2eB2eB

即

2（3）。

其中L是加速極到熒光屏的距離。調(diào)理加速電壓和聚焦電壓，在屏幕上得到一亮點(diǎn)，將

X,Y偏轉(zhuǎn)電壓調(diào)為0，將光調(diào)到水平軸上，保持u?不變，原地轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)的水平

分量與電子束垂直是，光電的偏轉(zhuǎn)量最大。記錄光點(diǎn)的最高和最低的兩個(gè)偏移量D?,D?取D=

D1?D2

作為加速電壓u?時(shí)的偏轉(zhuǎn)量，帶人（3）式中可得地磁場(chǎng)的水平分量B.2

（二）電子的荷質(zhì)比測(cè)量原理

B.當(dāng)速度v的方向與B有夾角當(dāng)電子速度為v時(shí)，進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)收到的磁力為f?ev×

時(shí)可將v分成與B平行的v?，與B垂直的v?。此時(shí)電子收到的磁場(chǎng)力為f?ev2B.在此力的作用下電子將做圓周運(yùn)動(dòng)，有圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律

2

v22?R2?m

ev2B?m得電子圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T??

Rv2eB

.可得當(dāng)B一定的時(shí)，T是定值。則繞行的角加速度w=v2/R=eB/m。

2?m

與v2無關(guān)。則有eB

e2?v1e?上式可得到荷質(zhì)比只要測(cè)得v1，d和B就可以計(jì)算出荷質(zhì)比。mBdm

v?方向不受里的作用。在一個(gè)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)距離即螺距d為d=v1

其中的磁場(chǎng)強(qiáng)度B?K?0nI(n是螺線管單位長(zhǎng)度內(nèi)的線全數(shù)，K是常數(shù)，I是線圈中的電流，μ是真空中的介電常數(shù)）。電子的水平速度v?可有電壓）。增加B時(shí)，有R=

12

mv1?eu2求得（u2為加速2

vmv2eB,w?2?,螺旋線的半徑減小，兩線縮短，同時(shí)w增加，

RmeB

在從軸線上發(fā)住的電子到達(dá)熒光屏這段時(shí)間內(nèi)，繞過的圓周角增大，所以亮線在縮短時(shí)還旋

轉(zhuǎn)。當(dāng)改變B使得w在周期T內(nèi)剛好轉(zhuǎn)過2?，此時(shí)電子向前的距離就是d。

e8?2u2

將測(cè)得的B，d帶入?22即可得到電子的荷質(zhì)比。

mBd

1、儀器用具：電子束測(cè)量?jī)x2、調(diào)試方法步驟：（一）地磁場(chǎng)水平分量測(cè)量步驟

1．安裝好示波器和刻度盤，不加任何偏轉(zhuǎn)線圈，根據(jù)指南針調(diào)整儀器方位與南北平行。2．開啟電源置直流檔，調(diào)整X,Y偏轉(zhuǎn)，使光點(diǎn)打在刻度盤的中心，旋轉(zhuǎn)180度，再次使光點(diǎn)打在刻度盤的中心，反復(fù)校正，使示波管與南北方向平行。

3．轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)90度時(shí)，讀出偏移量D1，270度時(shí)讀出偏移量D2。

D1?D224．取D=，帶入

中求出磁場(chǎng)強(qiáng)度B。

2（二）電子荷質(zhì)比測(cè)量步驟

1．先斷開電源，安裝好縱向磁場(chǎng)感應(yīng)線圈。

2．開啟電源，置直流檔，調(diào)理聚焦、X軸位移，Y軸位移，使熒光屏中心出現(xiàn)一亮點(diǎn)。3．置交流電源檔，調(diào)理勵(lì)磁電流使示波管上出現(xiàn)一條亮線。4．逐漸調(diào)大勵(lì)磁電流，觀測(cè)熒光屏上亮線的變化。當(dāng)聚成一點(diǎn)時(shí)，記錄勵(lì)磁電流I1。繼續(xù)增大電流，當(dāng)其次次聚成一點(diǎn)時(shí)，記錄勵(lì)磁電流I2.求相當(dāng)于一次聚焦時(shí)勵(lì)磁電流

I1+I2e8?2u2I=.帶入公式?22中求出電子的荷質(zhì)比。

3mBd

數(shù)據(jù)處理：

對(duì)第一組數(shù)據(jù)：D＝﹙D?＋D?﹚／2＝﹙4.0﹢4.5﹚／2＝4.25㎜同理其次組：D＝4.15㎜；第三組：D＝4.50㎜則

D=﹙4.25+4.15+4.50﹚/3=4.30㎜

?A=0.18㎜

?B=0.1㎜

所以不確定度為?㎜

則D=D±?=4.3±0.2㎜

則B?5

10×T??5

×10T結(jié)果表示為B=B±?=3.4±0.2T相對(duì)不確定度E=

3.37-3.54B-B0

×100%=﹣4.8%

×100%=

3.54B0

數(shù)據(jù)處理：對(duì)第一組數(shù)據(jù)：I?

I1?I21.16?1.68??0.95A，,得到磁場(chǎng)強(qiáng)度23

?7

0.95?0.7?9?4?

B?K?0nI?

0.23

10?

1160

?4.73?10?3T得到電子的荷質(zhì)比

e8?2u28?3.142?95811

?22=?1.75?10C/kg2?62mBd4.36?10?0.138

同理可得其次組：I=0.95A,B=4.6?10T,荷質(zhì)比第三組：I=0.96A,B=4.80?10T,荷質(zhì)比

?3

?3

e-11

=1.78?10C/kg；m

e-11

=1.77?10C/

kgme?3-11

第四組：I=0.95A,

B=4.76?10T,荷質(zhì)比=1.70?10C/kg

me?3-11

第五組：I=0.97A,B=4.85?10T,荷質(zhì)比=1.75?10C/kg

m

958?970

?965?966?964

?964.6V對(duì)電壓數(shù)據(jù)處理：u2=

5

?A?則??

2??4.40V

,?B?1V

?4.52V

電壓的表示為U2=u2±?=965±5V

電流數(shù)據(jù)處理：I?

0.96

?0.95?0.95?0.95?0.97

?0.956A

5

?A?

則??

??8.9?10?3A,?B?0.01A

?0.014A

電流的結(jié)果表示為I?I???0.96?0.02A

則電子荷質(zhì)比

e1.75?1.78?1.74?1.77?1.70?1.75

?1011?1.75?1011C/kg=

5m

荷質(zhì)比的不確定度

?e??m

則荷質(zhì)比的結(jié)果表示為：

95.17?10C/kgee

???e?(1.76?0.06)?1011C/kgmmm

相對(duì)誤差E=

1.75?1.76

?100%??0.56%

1.76

（五號(hào)宋體）

誤差分析：1.在測(cè)量地磁場(chǎng)的水平分量時(shí)，旋轉(zhuǎn)90°或270°度時(shí)由于試驗(yàn)臺(tái)原因不可避免的使試驗(yàn)者的實(shí)現(xiàn)與刻度板相背離，使讀數(shù)產(chǎn)生偏差。

2.在調(diào)理現(xiàn)象是花的時(shí)間太長(zhǎng)，時(shí)螺旋管過熱從而使磁場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生變化，使結(jié)果產(chǎn)生誤差。

操作技巧總結(jié)：1.在測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，不要帶手機(jī)等產(chǎn)生外磁場(chǎng)的物品