电子荷质比的测量

电子荷质比的测量大学物理实验2021/5/91一、实验目的

1、理解电子在磁场中的运动规律2、掌握用电子比荷仪测电子比荷的原理及方法难点：电子圆运动轨道半径的测量

重点：电子在磁场中的运动规律2021/5/92二、实验原理19世纪80年代英国物理学家J.J汤姆孙做了一个著名的实验：将阴极射线受强磁场的作用发生偏转，结果发现了“电子”，并解出它的电荷量与质量之比e/m。

电子比荷e/m是一个重要的物理常数，其测定有物理学发展史上占有很重要的地位。电子比荷的测量方法有很多，如磁聚焦法、滤速器法、磁控管法、汤姆逊法等。本实验仪以当年英国物理学家汤姆孙思路，利用电子束在磁场中运动偏转的方法来测量。2021/5/93二、实验原理

当一个电子以速度ν垂直进入到均匀磁场中B时，电子要受到洛伦兹力f的作用：

如右图所示，电子在磁场中作圆周运动时，向心力由洛伦兹力提供，则有:式中，r是电子运动圆周的半径。……（1）……（2）2021/5/94二、实验原理……（1）……（2）实验中，电子枪在加速电压u的作用下，射出电子流，因此，加速电场所作功eu全部转变成电子的输出动能，……（3）……（4）由（3）和（4）得：……（5）2021/5/95三、实验仪器FB710型

电子荷质比测试仪

2021/5/96三、实验仪器

电子荷质比测试仪的中心器件是三维立体的威尔尼氏管，通过它可以生动形象地显示出电子束的运行轨迹，当将威氏管放于由亥姆兹线圈产生的磁场中时，用电压激发它的电子枪发射出电子束，进行实验观察和测量。

1、威尔尼氏管2021/5/97三、实验仪器主要技术参数

气压10-1Pa

灯丝电压6.3V

调制电压0—18V

加速电压max250V

2021/5/98三、实验仪器其中μ0=4π×10-7N·A-2R=158mm……亥姆兹线圈的平均半径，N=130匝……单个线圈的匝数。（厂家提供的仪器参数已定）B=K×I磁场B的大小为：2、亥姆兹线圈作用：产生磁场2021/5/99三、实验仪器

Φ内径300mm

Φ外径332mmR有效半径158mmN单线匝圈130匝

I最大通电电流3A将B代入（5）式：主要技术参数2021/5/910三、实验仪器加速电压：

0----200V调制电压：0-----20v

低压照明电压：

1.5V主要技术参数

3、工作电源

2021/5/911三、实验仪器反射镜：用与电子束光圈半截测量的辅助工具。

4、测量标尺及反射镜2021/5/912四、实验内容1、按图正确连接仪器2021/5/913四、实验内容

当电子枪在加速电压的激发下，射出电子束，进入威尔尼氏管：2、观察电子的运动情况(1)、无磁场时，电子束将成直线轨迹射出。2021/5/914四、实验内容(2)、电子束与磁场完全垂直时，电子束形成圆形轨迹。2021/5/915四、实验内容(3)、当电子束与磁场不完全垂直时，电子束将作螺旋线状态运动。2021/5/916四、实验内容（

本实验的过程是采用固定加速电压，改变磁场偏转电流，测量偏转电子束的圆周半径来进行。）注意：如果加速电压太高或偏转电流太大，都容易引起电子束散焦。3、开启电源，调加速电压为120V，耐心地等待，直到电子枪射出翠绿色的电子束后，将加速电压回调定于100V。2021/5/917四、实验内容应仔细地调整管子的电子枪，使电子流与磁场严格保持垂直，产生完全封闭的圆形电子轨迹。注意：4、调节偏转电流，使电子束的运行轨迹形成封闭的圆，细心调节聚焦电压，使电子束明亮，缓缓改变亥姆兹线圈中的电流，观察电子束的大小偏转的变化。2021/5/918四、实验内容（1）调节仪器后线圈上反射镜的位置，以方便观察。（2）移动测量机构上的滑动标尺，用黑白分界的中心刻度线，对准电子枪口与反射镜中的象的分界线，采用“三线合一”的方法测出电子圆的右端点，从游标上读出刻度读数S0（一般此时按清零，作S0

=00.00mm）

。5、测量与记录数据2021/5/919四、实验内容

（3）再次移动滑动标尺到电子圆的左端点，

采用同样的的方法读出刻度读数Sn。

用求出电子圆的半径。2021/5/920四、实验内容

（4）依次增加偏转电流约△I=0.05A，用前面（1）、（2）同样的方法测出不同电流激发的磁场中电子运动圆轨道的两端点S0、Sn。共测10次，并将测量结果记入数据表格中。并由下面的公式计算出荷质比。本实验采取固定加速电压u，通过改变不同的偏转电流，产生出不同的磁场，进而测量出电子束的圆轨迹半径r,就能采用下述公式测量。注意：2021/5/921四、实验内容数据记录表格

（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、实验注意事项1、实验测量开始前应细心调节电子束与磁场方向垂直，形成一个不带任何重影的圆环（调焦）。2、电子束的加速电压不宜过高，上限120V，且一旦激发后，就降至90-100V进行测量。3、测量电子束圆轨道半径时，应仔细按“三线合一”法进行。4、电流的变化一般取0.05A左右测一次。5