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1、电子荷质比实验报告篇一：电子荷质比的测量编号学士学位论文电子荷质比的测量学生姓名：麦麦提江.吾吉麦学号：系部： 物理系专业： 物理学年级： 07-1班指导教师： 依明江完成日期：年月日中文摘要电子荷质比的测量方法很多,主要用近代物理实验来测定,例如, 有磁控管法、汤姆逊法、塞曼效应法、密立根油滴实验法及磁聚焦法等,各有 特点准确度也不一样。这文章中利用普通物理实验来进行测量，根据电荷在磁场中的运 动特点，利用电子束实验仪进行电子荷质比测定实验，分析了电子束的磁 聚焦原理，通过对同一实验多组实验数据的分析处理，最后分析了产生实验误差的主要原因。关键词：磁聚焦；电子荷质比；螺旋运动；亮线段；误差；
2、1中文摘 1引言 31. 电 子 荷 质 比 测 量 的 简 要 历 程 32. 电 子 在 磁 场 中 的 运 动 4电荷在磁场中的运动特占4八、丄电子束的磁聚焦原理电子荷质决定荧光屏上亮线段的因 素 63. 实 验 结 果 8产生实验误差的主要原因分析 . 10 地磁分量对实验结果的影 响 11光点判断不准对实验结果的影响 11示波管真空度的影响 11结论 dkh献 13致谢 142引言(e/m)电子的电量与质量之比称为电子荷质比。它是描述电子 性质的重要物理量。测定电子荷质比有多种方法。如磁控管法、 汤姆逊 法、 塞曼效应法、密立根油滴实验法及磁聚焦法等。也可以用普通物理实验中 的磁聚焦
3、法。 为了更好地理解实验,下面进一步了解释实验中出现 的现象。为此, 本研究运用经典电磁学和牛顿力学理论，加速电压不 很高条件下，忽略其量子效应, 把电子当作经典粒子， 推导出电子 荷质比的测量与计算公式,测量出了电子荷质比。1电子荷质比测量的简要历程自从 1897 年通过测定电子的荷质比发现电子以来,物理学家们 就一直在追寻电子电量与荷质比的精确测量,因为它们是最重要的基本物理 常数之一.物理常数可分为物质常数与基本物理常数两大类,物质常 数是与物质性质有关的一类常数,如沸点T、比热C、电阻率?、折射 率n等;而基本物理常数则与物质性质无关的、普适的一类常数，如真 空中的光速c、基本电荷e、
4、普朗克常数h、精细结构常数a等.基本 物理常数在物理学中起着十分重要的作用,其中最具有重要意义和深 刻含义的6个常数是万有引力常数G、真空中的光速c、普朗克常数 h、电子荷质比e/me、基本电荷e和阿伏加德罗常数N0其中G、h、c 是对物理基本理论起着十分重要作用的常数；e/me和e则标志着物 质单元的基本特征.电子荷质比测量的主要方法与原理大致为 3 种, 即偏转法、光谱分析法与核磁共振法,测量精度的提高集中反映了当 代科学技术水平的进步.物理基本常数的测定在近代物理实验中是重 要内容之一,它是培养提高学生综合运用基本物理知识和创新能力十 分重要的教学内容.在近代物理实验的教学研究中,我们本
5、着不追求 测量的精度,只注重培养学生综合运用基本物理知识和创新能力的提 高。 32.电子在磁场中的运动电子在磁场中的运动特点 电荷在磁场中运动时受到磁场力的作用即洛仑兹力，其表达式 为:F?qv?B （1）式中：q为运动电荷的电量；v为电荷运动的速度；B为电荷所在处的磁感应强度.F的大小由f?qvBsin?（?是与 之间的夹角）决定, 方向由v?B来决定由于洛仑兹力在电荷运动方向上的分量永远为零, 因此不做 功, 不能改变运动电荷速度的大小。如果运动电荷的速度方向与磁场 方向垂直, 则运动电荷在磁场中做匀速圆周运动, 如果运动电荷的 速度方向与磁场方向成一定夹角, 则运动电荷在磁场中将做螺旋运
6、 动电子束的磁聚焦原理在示波管外的磁聚焦螺线管线圈上加上电压, 通以励磁电流 I, 则在螺线管线圈轴线方向（图1中的z轴方向）产生均匀磁场B,电 子束进入示波管中第一阳极后，即在均匀磁场中运动.设电子以速度v与B 成角度? 进入均匀?磁场中, 可将速度 v 分解为与磁场方向垂直和平行的两部分， 垂直分量为v?vsin?使电子产生垂直z轴方向的匀速圆周运动；而平行分 量为vvcos?,使电子产生z轴方向的匀速直线运动两种运动的 合成，使电子产生（图2）沿Z轴方向的螺旋线运动，其螺距为：2?R2?mv?h?vT?v?v?eB（2）式中： T 为匀速圆周运动的周期, R 为匀速圆周运动的半径, e为
7、电子电量，m为电子质量.4篇二：电子荷质比的测定电子荷质比的测定 班级：2010级物理学（国家基地）姓名：叶君 学号：2010261025 日期：2011-12-21地点： 理科楼四层机房实验目的：1. 研究磁场几乎平行于电子束情况下电子的运动。 2. 用磁聚 焦法测定电子荷质比。实验原理1带电粒子在磁场中的运动。 电子速度垂直于磁场：设电子e在均匀磁场中以匀速v运动，且速度方向垂直于B时, 则在洛伦兹力作用下，作圆周运动，这时可变成如下式所示，而有圆周半径R：及（）（）如果条件不变，电子将周而复始地圆周运动。可得出电子的圆周 运动周期T为（）由上式可知，周期T只与磁场B有关而与速度V无关。这
8、个结论说明：当若干个电子在均匀磁场中各以不同速度同时从某处出发时，只要这些速度（大小不等）都是垂直于磁场B,那么经历了不同圆周运动后，仍会同时在原出发地相聚。只是速度大的电子圆周运动半径 R 大,速度小的电子圆周运动半径小。（2）.当电子与速度v与磁场B成角度。时，可将其分解为平行于 磁场 B 的分量和垂直分量,这时电子的实际运动是两种运动的合成：电子以作垂直于磁场B的圆周运动的同时，以作沿磁场方向的匀速直线运动。这时电子是在一条螺线上运动。可以计算这条螺线的螺距并且由（）可以得出。 （）（）由此可见，只要电子速度分量大小相等，则其运动的螺距就不相同。这个重要结论表明，如果 在一个均匀磁场中有
9、一个电子源源不断地向外界提供电子，那么不论这些电子具有怎样的初始速度 方向，他们都沿着磁场方向作不同的螺旋运动，而只要保持它们磁场 方向的速度分量相等，它们就具有由式（）决定的相同的螺距。这就 是说，在沿磁场方向上与电子源相距处，电子要聚焦在一起，这就是 电子在均匀磁场中的旋进聚焦现象。至于 V 和 B 平行时，则磁场对电子的运动和聚焦均不产生影响。 （FB=-VXB=0）o2. 磁聚焦法测电子的核质比当把示波管的轴线方向沿均匀磁场B的方向放置时，在阴极K和 阳极之间加以电压，使阴极发射的电子加速。设阳极热电子之间的脱离阴极K后沿磁场方向的初速度为零。设阴极K与阳极电场加 速后，速度为，这时电
10、子的动能增加为，由能量守恒定律可知，电子动能的增加应等于电场力对它所作的功（第一阳极A1和第二阳极A2连接在一起）。则有即： （）只要加速电压确定，电子沿磁场方向的速度分量是确定的。而且 电子经过第一阳极后，由于第二阳极和两对偏转板（X轴和Y轴偏转 板）与用电位，因此电子在第二阳极至荧光屏之间将不再受电场力的 作用，电子的将不再改变。把式（）代入式（），则由式（）可知，是 B和（） 的函数。调节和 B 的大小，可以使电子束在磁场的方向上任意位置聚焦。当正好等于示波管的阳 极和荧光屏之间的距离d时，可以在荧光屏看到一个小亮点（电子已 聚焦）。当B值增大到2倍或3倍时，会使地在荧光屏上看到第二、第
11、三次聚焦。当或，相应不等于这些值时，只能看到较大的不等的光斑而不会聚焦。将式（）变换成式（）：（）将及B之值代入上式，可得电子的荷质比。对于SJ-SS-II型电 子束实验仪来说，B是螺线管中磁场的平均值，与电流I的关系可表 示为:B=KI（） K为每台仪器的常数，由仪器出厂时给定。对于SJ-SS- II型电子束实验仪来说，B可取螺线管中部的磁场值，如式（）（）式中。N二线圈匝数，L二螺线管线圈长度。n二N / L为单位长度的匝数。为螺线管的半径。为此，式（）可改写为式（）：（）代入式（），得（）其中d是示波管的阳极到荧光屏之间的距离。对于不同的仪器,这些参数出厂时是略有差别的。实验内容1、实验
12、电路（1）阅读仪器的使用说明。（2）按正向聚焦接线图插入导联线。（3）将仪器面板“功能选择”开关旋至“磁聚”处，此时仪器 处于磁聚焦工作状态。 2、测量（1）接通总电源，预热数分钟，荧光屏上出现亮斑。亮斑辉度 不够可调节辉度旋钮或增大V2。（2）接通励磁开关前，先将“励磁电流”旋钮（或调压器旋钮） 逆时针方向旋至最小。（3）取V2为800V,调节励磁电流，使光斑聚焦，记下此时仪 器 三次聚焦时的励磁电流读数。（4）取 V2 为 1000V、1200V 重复步骤（3）。（5）关闭总电源约数分钟，改为反向聚焦接线，重复步骤（3）、（4）。3、记录数据和处理结果。数据处理螺线管的长度L=296mm螺线管直径D二线圈匝数N=4141示波管阳极到荧光屏的距离d=3. 数据处理将各数据代入公式平均值为X1011C/kg算出标准差为X1011C/kg得出电子的荷质比所以电子的荷质比为（？）X1011C/kg实验结论实验测得的电子的荷质比为：（？）X1011C/kg?误差分析1. 电子束与磁场没有严格垂直导致误差；2. 电子束具有一定宽度，导致测量误差；3. 测量者利用点一线法测半径时没有完全对齐导致随机误差；4. 实验仪器精确度不够导致测量误差；5. 实验理论的不完善（如没有考虑电子的相对论效应）导致误差篇三：大学物理实验报告测定金属荷质比与逸出功表 20-2 数据记录表
