電子束測量地磁場強(qiáng)度和電子荷質(zhì)比測量

實(shí)驗(yàn)名稱：電子束測量地磁場強(qiáng)度和電子荷質(zhì)比測量實(shí)驗(yàn)者：毛帥同組實(shí)驗(yàn)者：郭玉柱指導(dǎo)教師：尹會聽班級：A09輪機(jī)（2）班學(xué)號：090204243聯(lián)系號：664622【摘要】本實(shí)驗(yàn)利用電子束試驗(yàn)儀，根據(jù)運(yùn)動的電子在不與之平行的磁場中受到洛倫磁力會偏轉(zhuǎn)等原理，測得不同方位下電子的偏轉(zhuǎn)量，求出地磁場強(qiáng)度。運(yùn)用磁聚焦法，通過記錄聚焦勵磁電流的大小，利用公式計(jì)算出電子的荷質(zhì)比，并于實(shí)際值做比較，討論實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因及得出結(jié)論?！娟P(guān)鍵詞】地磁場強(qiáng)度電子束荷質(zhì)比聚焦偏轉(zhuǎn)量引言：電子受磁場中的洛倫磁力會偏轉(zhuǎn)的原理，在現(xiàn)實(shí)生活中廣泛的應(yīng)用。不管是電腦的顯示器及電視的屏幕上顯示的畫面，都利用到該原理。同樣我們的實(shí)驗(yàn)為了測量地磁場強(qiáng)度也利用到了電子的偏轉(zhuǎn)。因此研究電子的性質(zhì)十分重要，所以我們做了關(guān)于電子荷質(zhì)比的測量實(shí)驗(yàn)，?！緦?shí)驗(yàn)原理】（一）測地磁場強(qiáng)度水平分量原理當(dāng)電子管中的偏轉(zhuǎn)電壓為零時，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，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)象是由地磁場引起的。因此可利用次現(xiàn)象測量地磁場的強(qiáng)度。電子束從電子槍中發(fā)射出來時，速度v可有求的（其中u?是加速電壓）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，有式子R=mv/eB可求得圓弧的半徑。電子在磁場中沿弧線大到熒光屏上一點(diǎn)，這一點(diǎn)相對于沒有偏轉(zhuǎn)的電子束的位置移動了距離D,有式子（2）因?yàn)槠D(zhuǎn)角很小，上式可寫成帶入（2）式中得又有所以的求得距離D即D=（3）。其中L是加速極到熒光屏的距離。調(diào)節(jié)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)動儀器，當(dāng)?shù)卮艌龅乃椒至颗c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偏移量D?,D?取D=作為加速電壓u?時的偏轉(zhuǎn)量，帶人（3）式中可得地磁場的水平分量B.電子的荷質(zhì)比測量原理當(dāng)電子速度為v時，進(jìn)入磁場時收到的磁力為.當(dāng)速度v的方向與B有夾角時可將v分成與B平行的v?，與B垂直的v?。此時電子收到的磁場力為.在此力的作用下電子將做圓周運(yùn)動，有圓周運(yùn)動規(guī)律得電子圓周運(yùn)動的周期為.可得當(dāng)B一定的時，T是定值。則繞行的角加速度w=/R=/m。v?方向不受里的作用。在一個周期內(nèi)運(yùn)動距離即螺距d為d=與無關(guān)。則有上式可得到荷質(zhì)比只要測得，和B就可以計(jì)算出荷質(zhì)比。其中的磁場強(qiáng)度(n是螺線管單位長度內(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?可有求得（為加速電壓）。增加B時，有R=,,螺旋線的半徑減小，兩線縮短，同時w增加，在從軸線上發(fā)住的電子到達(dá)熒光屏這段時間內(nèi)，繞過的圓周角增大，所以亮線在縮短時還旋轉(zhuǎn)。當(dāng)改變B使得w在周期T內(nèi)剛好轉(zhuǎn)過，此時電子向前的距離就是。將測得的B，d帶入即可得到電子的荷質(zhì)比?！菊{(diào)試方案設(shè)計(jì)】1、儀器用具：電子束測量儀2、調(diào)試方法步驟：（一）地磁場水平分量測量步驟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)動儀器，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)動90度時，讀出偏移量，270度時讀出偏移量。4．取D=，帶入D=中求出磁場強(qiáng)度B。【實(shí)驗(yàn)步驟】地磁水平分量的測量安裝好示波管和刻度盤，不加任何偏轉(zhuǎn)線圈。（可借助指南針辨別南北）開啟電源，置直流檔，調(diào)整X,Y偏轉(zhuǎn)，使光點(diǎn)打在刻度盤中心，旋轉(zhuǎn)儀器，使光點(diǎn)偏離中心位置最大處，反復(fù)校正，使示波管與南北方向平行。轉(zhuǎn)動儀器，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)動90度讀出偏移值，270度讀出偏移值.再根據(jù)公式求出B（二）電子荷質(zhì)比測量步驟1．先斷開電源，安裝好縱向磁場感應(yīng)線圈。2．打開電源，置直流檔，調(diào)節(jié)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)節(jié)勵磁電流使示波管上出現(xiàn)一條亮線。4．逐漸調(diào)大勵磁電流，觀察熒光屏上亮線的變化。當(dāng)聚成一點(diǎn)時，記錄勵磁電流。繼續(xù)增大電流，當(dāng)?shù)诙尉鄢梢稽c(diǎn)時，記錄勵磁電流.求相當(dāng)于一次聚焦時勵磁電流.帶入公式中求出電子的荷質(zhì)比。【實(shí)驗(yàn)測量】測電子荷質(zhì)比測量數(shù)據(jù)記錄表及數(shù)據(jù)處理過程：測測量組數(shù)測量量123451.161.181.181.161.191.681.661.701.691.729589709659669640.950.950.960.950.97B(T)4.764.764.804.764.851.751.781.741.771.70數(shù)據(jù)處理：相關(guān)常數(shù)：k=0.79電子的標(biāo)準(zhǔn)荷質(zhì)比=真空中的磁導(dǎo)率=匝數(shù)=1160匝長度l=0.23mL=0.138m對第一組數(shù)據(jù)：，,得到磁場強(qiáng)度得到電子的荷質(zhì)比=同理可得第二組：I=0.95,B=,荷質(zhì)比=；第三組：I=0.96A,B=4.80,荷質(zhì)比=1.77第四組：I=0.95A,B=4.76,荷質(zhì)比=1.70第五組：I=0.97A,B=4.85,荷質(zhì)比=1.75則結(jié)果為相對誤差E=地磁場強(qiáng)度水平分量數(shù)據(jù)記錄表及數(shù)據(jù)處理過程： 測量組數(shù)偏移量 1234.03.84.4.4.54.54.64.254.154.50已知=885V數(shù)據(jù)處理：對第一組數(shù)據(jù)：同理第二組：D＝4.15㎜；第三組：D＝4.50㎜則=結(jié)論：實(shí)驗(yàn)測的地磁場強(qiáng)度為,而在南京測得的地磁場強(qiáng)度為，南京和舟山相對于地球來說離得不遠(yuǎn)，因此地磁場強(qiáng)度差不多，所以實(shí)驗(yàn)比較準(zhǔn)確。運(yùn)用磁聚焦法，通過記錄聚焦勵磁電流的大小，利用公式計(jì)算出電子的荷質(zhì)比為，而標(biāo)準(zhǔn)值為，相對誤差為-0.56%，由此看出實(shí)驗(yàn)較為準(zhǔn)確。誤差分析地磁場測量時儀器需要旋轉(zhuǎn)，這就要求儀器周圍無障礙物，且讀數(shù)時視線不能與熒光屏平視可造成較大誤差測地磁場時儀器周圍若有電器等能夠產(chǎn)生磁場的東西，對實(shí)驗(yàn)影響是很大在調(diào)節(jié)現(xiàn)象是花的時間太長，時螺旋管過熱從而使磁場強(qiáng)度產(chǎn)生變化，使結(jié)果產(chǎn)生誤差測荷質(zhì)