電子荷質(zhì)比的測(cè)量

電子荷質(zhì)比的測(cè)量大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2021/5/91一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、理解電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、掌握用電子比荷儀測(cè)電子比荷的原理及方法難點(diǎn)：電子圓運(yùn)動(dòng)軌道半徑的測(cè)量

重點(diǎn)：電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2021/5/92二、實(shí)驗(yàn)原理19世紀(jì)80年代英國(guó)物理學(xué)家J.J湯姆孫做了一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)：將陰極射線受強(qiáng)磁場(chǎng)的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了“電子”，并解出它的電荷量與質(zhì)量之比e/m。

電子比荷e/m是一個(gè)重要的物理常數(shù)，其測(cè)定有物理學(xué)發(fā)展史上占有很重要的地位。電子比荷的測(cè)量方法有很多，如磁聚焦法、濾速器法、磁控管法、湯姆遜法等。本實(shí)驗(yàn)儀以當(dāng)年英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫思路，利用電子束在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)的方法來測(cè)量。2021/5/93二、實(shí)驗(yàn)原理

當(dāng)一個(gè)電子以速度ν垂直進(jìn)入到均勻磁場(chǎng)中B時(shí)，電子要受到洛倫茲力f的作用：

如右圖所示，電子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，向心力由洛倫茲力提供，則有:式中，r是電子運(yùn)動(dòng)圓周的半徑?！?）……（2）2021/5/94二、實(shí)驗(yàn)原理……（1）……（2）實(shí)驗(yàn)中，電子槍在加速電壓u的作用下，射出電子流，因此，加速電場(chǎng)所作功eu全部轉(zhuǎn)變成電子的輸出動(dòng)能，……（3）……（4）由（3）和（4）得：……（5）2021/5/95三、實(shí)驗(yàn)儀器FB710型

電子荷質(zhì)比測(cè)試儀

2021/5/96三、實(shí)驗(yàn)儀器

電子荷質(zhì)比測(cè)試儀的中心器件是三維立體的威爾尼氏管，通過它可以生動(dòng)形象地顯示出電子束的運(yùn)行軌跡，當(dāng)將威氏管放于由亥姆茲線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中時(shí)，用電壓激發(fā)它的電子槍發(fā)射出電子束，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察和測(cè)量。

1、威爾尼氏管2021/5/97三、實(shí)驗(yàn)儀器主要技術(shù)參數(shù)

氣壓10-1Pa

燈絲電壓6.3V

調(diào)制電壓0—18V

加速電壓max250V

2021/5/98三、實(shí)驗(yàn)儀器其中μ0=4π×10-7N·A-2R=158mm……亥姆茲線圈的平均半徑，N=130匝……單個(gè)線圈的匝數(shù)。（廠家提供的儀器參數(shù)已定）B=K×I磁場(chǎng)B的大小為：2、亥姆茲線圈作用：產(chǎn)生磁場(chǎng)2021/5/99三、實(shí)驗(yàn)儀器

Φ內(nèi)徑300mm

Φ外徑332mmR有效半徑158mmN單線匝圈130匝

I最大通電電流3A將B代入（5）式：主要技術(shù)參數(shù)2021/5/910三、實(shí)驗(yàn)儀器加速電壓：

0----200V調(diào)制電壓：0-----20v

低壓照明電壓：

1.5V主要技術(shù)參數(shù)

3、工作電源

2021/5/911三、實(shí)驗(yàn)儀器反射鏡：用與電子束光圈半截測(cè)量的輔助工具。

4、測(cè)量標(biāo)尺及反射鏡2021/5/912四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、按圖正確連接儀器2021/5/913四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

當(dāng)電子槍在加速電壓的激發(fā)下，射出電子束，進(jìn)入威爾尼氏管：2、觀察電子的運(yùn)動(dòng)情況(1)、無磁場(chǎng)時(shí)，電子束將成直線軌跡射出。2021/5/914四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(2)、電子束與磁場(chǎng)完全垂直時(shí)，電子束形成圓形軌跡。2021/5/915四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(3)、當(dāng)電子束與磁場(chǎng)不完全垂直時(shí)，電子束將作螺旋線狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。2021/5/916四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（

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)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。3、開啟電源，調(diào)加速電壓為120V，耐心地等待，直到電子槍射出翠綠色的電子束后，將加速電壓回調(diào)定于100V。2021/5/917四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)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。注意：4、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，緩緩改變亥姆茲線圈中的電流，觀察電子束的大小偏轉(zhuǎn)的變化。2021/5/918四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）調(diào)節(jié)儀器后線圈上反射鏡的位置，以方便觀察。（2）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象的分界線，采用“三線合一”的方法測(cè)出電子圓的右端點(diǎn)，從游標(biāo)上讀出刻度讀數(shù)S0（一般此時(shí)按清零，作S0

=00.00mm）

。5、測(cè)量與記錄數(shù)據(jù)2021/5/919四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（3）再次移動(dòng)滑動(dòng)標(biāo)尺到電子圓的左端點(diǎn)，

采用同樣的的方法讀出刻度讀數(shù)Sn。

用求出電子圓的半徑。2021/5/920四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（4）依次增加偏轉(zhuǎn)電流約△I=0.05A，用前面（1）、（2）同樣的方法測(cè)出不同電流激發(fā)的磁場(chǎng)中電子運(yùn)動(dòng)圓軌道的兩端點(diǎn)S0、Sn。共測(cè)10次，并將測(cè)量結(jié)果記入數(shù)據(jù)表格中。并由下面的公式計(jì)算出荷質(zhì)比。本實(shí)驗(yàn)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,就能采用下述公式測(cè)量。注意：2021/5/921四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容數(shù)據(jù)記錄表格

（U=100V,e/m=1.759×1011C·Kg-1）

nS0（mm）Sn（mm）rn

（mm）I

（A）e/me/m100.001.00200.001.05300.001.10400.001.15500.001.20600.001.25700.001.30800.001.352021/5/922五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)測(cè)量開始前應(yīng)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)（調(diào)焦）。2、電子束的加速電壓不宜過高，上限120V，且一旦激發(fā)后，就降至90-100V進(jìn)行測(cè)量。3、測(cè)量電子束圓軌道半徑時(shí)，應(yīng)仔細(xì)按“三線合一”法進(jìn)行。4、電流的變化一般取0.05A左右測(cè)一次。5