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1、电子荷质比的测量,大学物理实验,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,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。,二、实验原理,当一个电
2、子以速度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。,二、实验原理,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，,由（3）和（4）得：,三、实验仪器,FB710型,电子荷质比测试仪,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,三、实验仪器,主要技
3、术参数,气 压 10-1Pa 灯丝电压 6.3V 调制电压 018V 加速电压 max 250V,三、实验仪器,其中0 =410-7NA-2 R=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）,磁场B的大小为：,2、亥姆兹线圈,作用：产生磁场,三、实验仪器,内 径 300mm 外 径 332mm R有效半径 158mm N单线匝圈 130匝 I最大通电电流 3 A,将B代入（5）式：,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,三、实验仪器,反射镜 ： 用与电子束光圈半截测量
4、的辅助工具。,4、测量标尺及反射镜,四、实验内容,1、按图正确连接仪器,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。,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。,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。,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。）,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。,四、实验内容,（1）调节仪器后线圈上反射
5、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,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 。,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
6、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。,四、实验内容,数据记录表格 （ U=100V, e/m=1.7591011CKg-1）,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、测量结束后，将电流和电压均调至零后才关掉电源。,六、思考题,1、除本实验介绍的测量电子圆环半径大小的方法 外， 你还能提出其它更好更简捷的方法吗？ 2、测量电子荷质比还有其它什么实验方法？ 3、分析洛仑兹力在不同角度下对电子运动的影响。,
