《電子荷質(zhì)比的測量》ppt課件

1、1、了解電子在磁場中的運動規(guī)律、了解電子在磁場中的運動規(guī)律2、掌握用電子比荷儀測電子比荷的原理及方法、掌握用電子比荷儀測電子比荷的原理及方法難點：電子圓運動軌道半徑的丈量難點：電子圓運動軌道半徑的丈量 重點：電子在磁場中的運動規(guī)律重點：電子在磁場中的運動規(guī)律 19世紀(jì)世紀(jì)80年代英國物理學(xué)家年代英國物理學(xué)家J.J湯姆孫做了一個湯姆孫做了一個著名的實驗：著名的實驗： 將陰極射線受強磁場的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果發(fā)將陰極射線受強磁場的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)了“電子，并解出它的電荷量與質(zhì)量之比電子，并解出它的電荷量與質(zhì)量之比e/m。 電子比荷電子比荷e/m是一個重要的物理常數(shù)，其測定有是一個重要的物理

2、常數(shù)，其測定有物理學(xué)開展史上占有很重要的位置。物理學(xué)開展史上占有很重要的位置。 電子比荷的丈量方法有很多，如磁聚焦法、濾速電子比荷的丈量方法有很多，如磁聚焦法、濾速器法、磁控管法、湯姆遜法等。本實驗儀以當(dāng)年英國器法、磁控管法、湯姆遜法等。本實驗儀以當(dāng)年英國物理學(xué)家湯姆孫思緒，利用電子束在磁場中運動偏轉(zhuǎn)物理學(xué)家湯姆孫思緒，利用電子束在磁場中運動偏轉(zhuǎn)的方法來丈量。的方法來丈量。 當(dāng)一個電子以速度當(dāng)一個電子以速度垂直進(jìn)入到均勻磁場中垂直進(jìn)入到均勻磁場中B時，電時，電子要遭到洛倫茲力子要遭到洛倫茲力f的作用：的作用： 如右圖所示，電子在磁場中如右圖所示，電子在磁場中作圓周運動時，向心力由洛倫茲作圓周運

3、動時，向心力由洛倫茲力提供，那么有力提供，那么有:式中，式中， r 是電子運動圓周的半徑。是電子運動圓周的半徑。Bvef 1rmvf2 2rmvevB2 Bvef 1rmvf2 2實驗中，電子槍在加速電壓實驗中，電子槍在加速電壓u u的作用下，射出電子流，因的作用下，射出電子流，因此，加速電場所作功此，加速電場所作功eueu全部全部轉(zhuǎn)變成電子的輸出動能，轉(zhuǎn)變成電子的輸出動能，rBvme 3221mveu 4由由3 3和和4 4得：得：2)(2Brume 5FB710型型 電子荷質(zhì)比測試儀電子荷質(zhì)比測試儀 電子荷質(zhì)比測試儀的電子荷質(zhì)比測試儀的 中心器件是三維立體的威中心器件是三維立體的威 爾尼氏

4、管，經(jīng)過它可以生爾尼氏管，經(jīng)過它可以生 動籠統(tǒng)地顯示出電子束的動籠統(tǒng)地顯示出電子束的 運轉(zhuǎn)軌跡，當(dāng)將威氏管放于由亥姆茲線圈產(chǎn)生的運轉(zhuǎn)軌跡，當(dāng)將威氏管放于由亥姆茲線圈產(chǎn)生的磁場中時，用電壓激發(fā)它的電子槍發(fā)射出電子束，磁場中時，用電壓激發(fā)它的電子槍發(fā)射出電子束，進(jìn)展實驗察看和丈量。進(jìn)展實驗察看和丈量。 1 1、威爾尼氏管、威爾尼氏管主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù) 氣氣 壓壓 10-1Pa 10-1Pa 燈絲電壓燈絲電壓 6.3V 6.3V 調(diào)制電壓調(diào)制電壓 018V 018V 加速電壓加速電壓 max 250V max 250V 其中其中0 =40 =410-7NA-210-7NA-2R=158mmR=

5、158mm亥姆茲線圈的平均半徑，亥姆茲線圈的平均半徑，N=130N=130匝匝單個線圈的匝數(shù)。單個線圈的匝數(shù)。廠家提供的儀器參數(shù)已定廠家提供的儀器參數(shù)已定RNk 230)54( B=KI磁場磁場B的大小為：的大小為：2 2、亥姆茲線圈、亥姆茲線圈作用：產(chǎn)生磁場作用：產(chǎn)生磁場 內(nèi) 徑 300mm 外 徑 332mm R有效半徑 158mm N單線匝圈 130匝 I最大通電電流 3 A kgCrINuRrINuRme/10474. 232125222212222202 主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)加速電壓：加速電壓： 0-200V調(diào)制電壓：調(diào)制電壓：0 -20v 低壓照明電壓：低壓照明電壓： 1.5V

6、主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù) 3 3、任務(wù)電源、任務(wù)電源 反射鏡反射鏡 ： 用與電子束光圈半截丈量的輔助工具。用與電子束光圈半截丈量的輔助工具。 4、丈量標(biāo)尺及反射鏡1、按圖正確銜接儀器 當(dāng)電子槍在加速電壓的激發(fā)下，射出電子束，當(dāng)電子槍在加速電壓的激發(fā)下，射出電子束，進(jìn)入威爾尼氏管：進(jìn)入威爾尼氏管：2 2、察看電子的運動情況、察看電子的運動情況(1)、無磁場時，電子束將成直線軌跡射出。、無磁場時，電子束將成直線軌跡射出。(2)(2)、電子束與磁場完全垂直時，電子束構(gòu)成圓形軌跡。、電子束與磁場完全垂直時，電子束構(gòu)成圓形軌跡。 (3)(3)、當(dāng)電子束與磁場不完全垂直時，電子束將、當(dāng)電子束與磁場不完全垂

7、直時，電子束將 作螺旋線形狀運動。作螺旋線形狀運動。 本實驗的過程是采用固定加速電壓，改本實驗的過程是采用固定加速電壓，改動磁場偏轉(zhuǎn)電流，丈量偏轉(zhuǎn)電子束的圓周動磁場偏轉(zhuǎn)電流，丈量偏轉(zhuǎn)電子束的圓周半徑來進(jìn)展。半徑來進(jìn)展。假設(shè)加速電壓太高或偏轉(zhuǎn)電流太大，假設(shè)加速電壓太高或偏轉(zhuǎn)電流太大，都容易引起電子束散焦。都容易引起電子束散焦。2)(2Brume rBI應(yīng)仔細(xì)地調(diào)整管子的電子槍，使電子流與磁場應(yīng)仔細(xì)地調(diào)整管子的電子槍，使電子流與磁場嚴(yán)厲堅持垂直，產(chǎn)生完全封鎖的圓形電子軌跡。嚴(yán)厲堅持垂直，產(chǎn)生完全封鎖的圓形電子軌跡。1 1調(diào)理儀器后線圈上反射鏡的位置，以方便察看。調(diào)理儀器后線圈上反射鏡的位置，以方便

8、察看。2 2挪動丈量機構(gòu)上的滑動標(biāo)尺，用黑白分界的中心挪動丈量機構(gòu)上的滑動標(biāo)尺，用黑白分界的中心刻度線，對準(zhǔn)電子槍口與反射鏡中的象的分界限，采用刻度線，對準(zhǔn)電子槍口與反射鏡中的象的分界限，采用“三線合一的方法測出電子圓的右端點，從游標(biāo)上讀三線合一的方法測出電子圓的右端點，從游標(biāo)上讀出刻度讀數(shù)出刻度讀數(shù)S0S0普通此時按清零，作普通此時按清零，作S0 =00.00mmS0 =00.00mm 。 3 3再次挪動滑動標(biāo)尺到電子圓的左端點，再次挪動滑動標(biāo)尺到電子圓的左端點， 采用同樣的的方法讀出刻度讀數(shù)采用同樣的的方法讀出刻度讀數(shù)Sn Sn 。 021SSrn 用用 求出電子圓的半徑。求出電子圓的半徑

9、。 4 4依次添加偏轉(zhuǎn)電流約依次添加偏轉(zhuǎn)電流約I=0.05AI=0.05A，用前面，用前面1 1、 2 2同樣的方法測出不同電流激發(fā)的磁場中電子運動圓同樣的方法測出不同電流激發(fā)的磁場中電子運動圓軌道的兩端點軌道的兩端點S0S0、 Sn Sn 。共測。共測1010次，并將丈量結(jié)果記入數(shù)次，并將丈量結(jié)果記入數(shù)據(jù)表格中。并由下面的公式計算出荷質(zhì)比。據(jù)表格中。并由下面的公式計算出荷質(zhì)比。本實驗采取固定加速電壓本實驗采取固定加速電壓u，經(jīng)過改，經(jīng)過改動不同的偏轉(zhuǎn)電流，產(chǎn)生出不同的磁場，進(jìn)動不同的偏轉(zhuǎn)電流，產(chǎn)生出不同的磁場，進(jìn)而丈量出電子束的圓軌跡半徑而丈量出電子束的圓軌跡半徑r,就能采用下就能采用下述公

10、式丈量。述公式丈量。 kgCrINuRrINuRme/10474. 232125222212222202 數(shù)據(jù)記錄表格數(shù)據(jù)記錄表格 U=100V, e/m=1.7591011CKg-1 n n S0 S0mmmm Sn Snmmmmrn rn mmmm I I A A e/m e/m e/m e/m1 100.0000.001.001.002 200.0000.001.051.053 300.0000.001.101.104 400.0000.001.151.155 500.0000.001.201.206 600.0000.001.251.257 700.0000.001.301.308 8

11、00.0000.001.351.35181 1、實驗丈量開場前應(yīng)細(xì)心調(diào)理電子束與磁場方向、實驗丈量開場前應(yīng)細(xì)心調(diào)理電子束與磁場方向垂直，構(gòu)成一個不帶任何重影的圓環(huán)調(diào)焦。垂直，構(gòu)成一個不帶任何重影的圓環(huán)調(diào)焦。2 2、電子束的加速電壓不宜過高，上限、電子束的加速電壓不宜過高，上限120V120V，且一旦，且一旦激發(fā)后，就降至激發(fā)后，就降至90-100V90-100V進(jìn)展丈量。進(jìn)展丈量。3 3、丈量電子束圓軌道半徑時，應(yīng)仔細(xì)按、丈量電子束圓軌道半徑時，應(yīng)仔細(xì)按 “三線合一法三線合一法進(jìn)展。進(jìn)展。4 4、電流的變化普通取、電流的變化普通取0.05A0.05A左右測一次。左右測一次。5 5、丈量終了后，將電流和電壓均調(diào)至零后才關(guān)掉電源。、丈量終了后，將電流和電壓均調(diào)至零后才關(guān)掉電