电子束测量地磁场强度和电子荷质比测量

实验名称：电子束测量地磁场强度和电子荷质比测量实验者：毛帅同组实验者：郭玉柱指导教师：尹会听班级：A09轮机（2）班学号：090204243联系号：664622【摘要】本实验利用电子束试验仪，根据运动的电子在不与之平行的磁场中受到洛伦磁力会偏转等原理，测得不同方位下电子的偏转量，求出地磁场强度。运用磁聚焦法，通过记录聚焦励磁电流的大小，利用公式计算出电子的荷质比，并于实际值做比较，讨论实验误差产生的原因及得出结论。【关键词】地磁场强度电子束荷质比聚焦偏转量引言：电子受磁场中的洛伦磁力会偏转的原理，在现实生活中广泛的应用。不管是电脑的显示器及电视的屏幕上显示的画面，都利用到该原理。同样我们的实验为了测量地磁场强度也利用到了电子的偏转。因此研究电子的性质十分重要，所以我们做了关于电子荷质比的测量实验，。【实验原理】（一）测地磁场强度水平分量原理当电子管中的偏转电压为零时，电子将在加速电压加速后打在荧光屏中心上。当改变加速电压但是不存在偏转电压时，电子打在荧光屏上的位置发生改变。研究发现次现象是由地磁场引起的。因此可利用次现象测量地磁场的强度。电子束从电子枪中发射出来时，速度v可有求的（其中u₂是加速电压）由于电子所受的重力远小于洛伦磁力，忽略重力因素，由于在洛伦磁力作用下做圆弧运动，有式子R=mv/eB可求得圆弧的半径。电子在磁场中沿弧线大到荧光屏上一点，这一点相对于没有偏转的电子束的位置移动了距离D,有式子（2）因为偏转角很小，上式可写成带入（2）式中得又有所以的求得距离D即D=（3）。其中L是加速极到荧光屏的距离。调节加速电压和聚焦电压，在屏幕上得到一亮点，将X,Y偏转电压调为0，将光调到水平轴上，保持u₂不变，原地转动仪器，当地磁场的水平分量与电子束垂直是，光电的偏转量最大。记录光点的最高和最低的两个偏移量D₁,D₂取D=作为加速电压u₂时的偏转量，带人（3）式中可得地磁场的水平分量B.电子的荷质比测量原理当电子速度为v时，进入磁场时收到的磁力为.当速度v的方向与B有夹角时可将v分成与B平行的v₁，与B垂直的v₂。此时电子收到的磁场力为.在此力的作用下电子将做圆周运动，有圆周运动规律得电子圆周运动的周期为.可得当B一定的时，T是定值。则绕行的角加速度w=/R=/m。v₁方向不受里的作用。在一个周期内运动距离即螺距d为d=与无关。则有上式可得到荷质比只要测得，和B就可以计算出荷质比。其中的磁场强度(n是螺线管单位长度内的线全数，K是常数，I是线圈中的电流，μ是真空中的介电常数）。电子的水平速度v₁可有求得（为加速电压）。增加B时，有R=,,螺旋线的半径减小，两线缩短，同时w增加，在从轴线上发住的电子到达荧光屏这段时间内，绕过的圆周角增大，所以亮线在缩短时还旋转。当改变B使得w在周期T内刚好转过，此时电子向前的距离就是。将测得的B，d带入即可得到电子的荷质比。【调试方案设计】1、仪器用具：电子束测量仪2、调试方法步骤：（一）地磁场水平分量测量步骤1．安装好示波器和刻度盘，不加任何偏转线圈，根据指南针调整仪器方位与南北平行。2．开启电源置直流档，调整X,Y偏转，使光点打在刻度盘的中心，旋转180度，再次使光点打在刻度盘的中心，反复校正，使示波管与南北方向平行。3．转动仪器，当仪器转动90度时，读出偏移量，270度时读出偏移量。4．取D=，带入D=中求出磁场强度B。【实验步骤】地磁水平分量的测量安装好示波管和刻度盘，不加任何偏转线圈。（可借助指南针辨别南北）开启电源，置直流档，调整X,Y偏转，使光点打在刻度盘中心，旋转仪器，使光点偏离中心位置最大处，反复校正，使示波管与南北方向平行。转动仪器，当仪器转动90度读出偏移值，270度读出偏移值.再根据公式求出B（二）电子荷质比测量步骤1．先断开电源，安装好纵向磁场感应线圈。2．打开电源，置直流档，调节聚焦、X轴位移，Y轴位移，使荧光屏中心出现一亮点。3．置交流电源档，调节励磁电流使示波管上出现一条亮线。4．逐渐调大励磁电流，观察荧光屏上亮线的变化。当聚成一点时，记录励磁电流。继续增大电流，当第二次聚成一点时，记录励磁电流.求相当于一次聚焦时励磁电流.带入公式中求出电子的荷质比。【实验测量】测电子荷质比测量数据记录表及数据处理过程：测测量组数测量量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数据处理：相关常数：k=0.79电子的标准荷质比=真空中的磁导率=匝数=1160匝长度l=0.23mL=0.138m对第一组数据：，,得到磁场强度得到电子的荷质比=同理可得第二组：I=0.95,B=,荷质比=；第三组：I=0.96A,B=4.80,荷质比=1.77第四组：I=0.95A,B=4.76,荷质比=1.70第五组：I=0.97A,B=4.85,荷质比=1.75则结果为相对误差E=地磁场强度水平分量数据记录表及数据处理过程： 测量组数偏移量 1234.03.84.4.4.54.54.64.254.154.50已知=885V数据处理：对第一组数据：同理第二组：D＝4.15㎜；第三组：D＝4.50㎜则=结论：实验测的地磁场强度为,而在南京测得的地磁场强度为，南京和舟山相对于地球来说离得不远，因此地磁场强度差不多，所以实验比较准确。运用磁聚焦法，通过记录聚焦励磁电流的大小，利用公式计算出电子的荷质比为，而标准值为，相对误差为-0.56%，由此看出实验较为准确。误差分析地磁场测量时仪器需要旋转，这就要求仪器周围无障碍物，且读数时视线不能与荧光屏平视可造成较大误差测地磁场时仪器周围若有电器等能够产生磁场的东西，对实验影响是很大在调节现象是花的时间太长，时螺旋管过热从而使磁场强度产生变化，使结果产生误差测荷质