电子荷质比的测量总结

1、考 前 准 备总成绩：平时成绩（70%）+考试成绩（30%）用具：教材，中性笔,铅笔，橡皮，格尺，计算器，坐标纸考试时间：2小时，报告当堂上交。考试内容：预习，操作，数据处理及问答题 深圳大学物理实验教学中心深圳大学物理实验教学中心历史回眸历史回眸18971897年年J.J.J.J.汤姆孙通过电磁偏转的方法测量了阴极射线粒汤姆孙通过电磁偏转的方法测量了阴极射线粒子的荷质比，它比电解中的单价氢离子的荷质比约大子的荷质比，它比电解中的单价氢离子的荷质比约大20002000倍，倍，从而发现了比氢原子更小的组成原子的物质单元，定名为电从而发现了比氢原子更小的组成原子的物质单元，定名为电子。精确测量电子

2、荷质比的值为子。精确测量电子荷质比的值为1.758819621.7588196210101111库仑库仑/ /千千克，根据测定电子的电荷，可确定电子的质量。克，根据测定电子的电荷，可确定电子的质量。 荷质比荷质比（e/m）：带电体的电荷量和质量的比值，叫做荷质：带电体的电荷量和质量的比值，叫做荷质比，比， 又称又称“比荷比荷”，电子的基本常数之一。，电子的基本常数之一。JJJJ汤姆逊于汤姆逊于19061906年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。一一 实验目的实验目的一、了解和掌握利用磁控条件测量电子荷质比一、了解和掌握利用磁控条件测量电子荷质比的原理及方法。的原理及方法。二、利用纵向磁场聚焦法测定电子

3、荷质比二、利用纵向磁场聚焦法测定电子荷质比e/me/m，运动的电子在磁场中要受到洛仑兹力的作用运动的电子在磁场中要受到洛仑兹力的作用: :二二 实验原理实验原理/ /2.12.1电子束在磁场中的偏转电子束在磁场中的偏转 fqvB洛仑兹力的方向始终与电子运动的方向垂洛仑兹力的方向始终与电子运动的方向垂直，对电子不作功，但会改变电子的运动直，对电子不作功，但会改变电子的运动方向。为简单起见，设磁场是均匀的，磁方向。为简单起见，设磁场是均匀的，磁感应强度为感应强度为B B，电子的速度，电子的速度v与磁场与磁场B垂直，垂直，电子在洛仑兹力的作用下作圆周运动，洛电子在洛仑兹力的作用下作圆周运动，洛仑兹力

4、就是向心力：仑兹力就是向心力：2mvqvBR电子回旋半径为：电子回旋半径为： 电子回旋周期为：电子回旋周期为： mvReB2 mTeB结论：电子的回旋周期和磁感应强度大小、荷质比有关，和速结论：电子的回旋周期和磁感应强度大小、荷质比有关，和速度无关度无关 二二 实验原理实验原理/ /2.22.2荷质比的测量荷质比的测量 当电子速度当电子速度v v与磁场与磁场B B有一定夹角进入磁场后，将作螺旋运动有一定夹角进入磁场后，将作螺旋运动 mvReB2 mTeBhvT回旋半径为：回旋半径为： 回旋周期：回旋周期：螺距为：螺距为：222AeVhvmmTeB22AeVvvm加速电压加速电压V VA2A2较

5、大，有几千伏，所以较大，有几千伏，所以 相对来说很小，相对来说很小，v所以在所以在B B一定的时，各电子的回旋半径不一样，但是它们的一定的时，各电子的回旋半径不一样，但是它们的螺距和回旋周期也相等，也就是说经过一个周期后，同时从螺距和回旋周期也相等，也就是说经过一个周期后，同时从电子枪发射出来但是运动方向不同的电子，又交汇在同一点，电子枪发射出来但是运动方向不同的电子，又交汇在同一点，这就是这就是磁聚焦磁聚焦 h是是B和和VA2的函数，调节的函数，调节B和和VA2，可以使电子束在磁场方向，可以使电子束在磁场方向上的任意位置聚焦。当螺距上的任意位置聚焦。当螺距h刚好等于示波管的第二阳极到荧刚好等

6、于示波管的第二阳极到荧光屏之间的距离光屏之间的距离d时，可以看到电子束在荧光屏上聚成一小亮时，可以看到电子束在荧光屏上聚成一小亮点点(电子束已聚焦电子束已聚焦)，当，当B值增加到值增加到26倍时，会使倍时，会使h=1/2d、h=1/3d、h=1/4d、h=1/5d或或h=1/6d，相应地可在荧光屏上看到，相应地可在荧光屏上看到第二次聚焦、第三次聚焦、第四次聚焦、第五次聚焦、第六第二次聚焦、第三次聚焦、第四次聚焦、第五次聚焦、第六次聚焦。当次聚焦。当h不等于这些值时不等于这些值时, 只能看到圆圈的光斑，电子束只能看到圆圈的光斑，电子束不会聚焦。由螺距表达式可得：不会聚焦。由螺距表达式可得： 22

7、228AVemh B222282AAeVhmV mmeBB e测量公式测量公式螺距螺距测量公式测量公式22228AVemh B0022LBn ILD2222022228INhDLVmeA）（NnL其中：其中：0：真空磁导率，：真空磁导率，n0：励磁线圈匝密度，：励磁线圈匝密度，N：励磁线圈总匝数，：励磁线圈总匝数，I为励磁电流，为励磁电流， D为励磁线圈平均直径，为励磁线圈平均直径，L为励磁线圈长度为励磁线圈长度（1 1）（2 2）励磁线圈长度（不包括前后挡板厚度）励磁线圈长度（不包括前后挡板厚度）L L=215mm=215mm。（3 3）h= =d=180mm=180mm。（4 4）励磁线圈

8、骨架外直径：）励磁线圈骨架外直径：D D =96mm=96mm。 (5)(5)总匝数总匝数 标在线圈上标在线圈上720410N A四、四、 实验内容实验内容五五 使用注意事项使用注意事项1 1本实验仪内示波管电源电路存在高压，励磁电路存在直流本实验仪内示波管电源电路存在高压，励磁电路存在直流大电流，在安装示波管和实验接线时应在关闭实验仪电源情大电流，在安装示波管和实验接线时应在关闭实验仪电源情况下进行。在实验仪通电后，切勿触及示波管座、亥姆霍兹况下进行。在实验仪通电后，切勿触及示波管座、亥姆霍兹线圈的金属部分，以免电击危险。线圈的金属部分，以免电击危险。2 2 、在作磁聚焦及电子荷质比、在作磁

9、聚焦及电子荷质比e/me/m的测定实验时，时间不宜的测定实验时，时间不宜太长，控制在太长，控制在3 3分钟内，应避免长时间施加励磁电流，当励磁分钟内，应避免长时间施加励磁电流，当励磁电流较大时，及时记录聚焦电流值，记录完一组数据后，及电流较大时，及时记录聚焦电流值，记录完一组数据后，及时将励磁电流调到时将励磁电流调到0 0，实验结束后及时关闭励磁电流开关，以，实验结束后及时关闭励磁电流开关，以免励磁线圈过热而烧坏。免励磁线圈过热而烧坏。3 3示波管辉度调节适中，以免影响荧光屏的使用寿命。示波管辉度调节适中，以免影响荧光屏的使用寿命。五、思考题五、思考题1、实验过程中有时会出现找不到光点（光斑）的情况，分析、实验过程中有时会出现找不到光点（光斑）的情况，分析可能的原因和解决的办法。