電子荷質(zhì)比的測(cè)量

1、1、理解電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、理解電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、掌握用電子比荷儀測(cè)電子比荷的原理及方法、掌握用電子比荷儀測(cè)電子比荷的原理及方法難點(diǎn)：難點(diǎn)：電子圓運(yùn)動(dòng)軌道半徑的測(cè)量電子圓運(yùn)動(dòng)軌道半徑的測(cè)量 重點(diǎn)：重點(diǎn)：電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 19世紀(jì)世紀(jì)80年代英國(guó)物理學(xué)家年代英國(guó)物理學(xué)家J.J湯姆孫湯姆孫做了一個(gè)做了一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)：著名的實(shí)驗(yàn)： 將陰極射線受強(qiáng)磁場(chǎng)的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果發(fā)將陰極射線受強(qiáng)磁場(chǎng)的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)了“電子電子”，并解出它的電荷量與質(zhì)量之比，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(gè)重要的物理常數(shù)，其測(cè)定有是一個(gè)重要的物

2、理常數(shù)，其測(cè)定有物理學(xué)發(fā)展史上占有很重要的地位。物理學(xué)發(fā)展史上占有很重要的地位。 電子比荷的測(cè)量方法有很多，如磁聚焦法、濾速電子比荷的測(cè)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(shí)驗(yàn)儀以當(dāng)年英國(guó)器法、磁控管法、湯姆遜法等。本實(shí)驗(yàn)儀以當(dāng)年英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫思路，利用電子束在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)物理學(xué)家湯姆孫思路，利用電子束在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)的方法來(lái)測(cè)量。的方法來(lái)測(cè)量。 當(dāng)一個(gè)電子以速度當(dāng)一個(gè)電子以速度垂直進(jìn)入到均勻磁場(chǎng)中垂直進(jìn)入到均勻磁場(chǎng)中B B時(shí)，電時(shí)，電子要受到洛倫茲力子要受到洛倫茲力f f的作用：的作用： 如右圖所示，電子在磁場(chǎng)中如右圖所示，電子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，向心力由洛倫

3、茲作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，向心力由洛倫茲力提供，則有力提供，則有:式中，式中， r 是電子運(yùn)動(dòng)圓周的半徑。是電子運(yùn)動(dòng)圓周的半徑。Bvef （1）rmvf2 （2）rmvevB2 Bvef （1）rmvf2 （2）實(shí)驗(yàn)中，電子槍在加速電壓實(shí)驗(yàn)中，電子槍在加速電壓u u的作用下，射出電子流，的作用下，射出電子流，因此，加速電場(chǎng)所作功因此，加速電場(chǎng)所作功eueu全全部轉(zhuǎn)變成電子的輸出動(dòng)能部轉(zhuǎn)變成電子的輸出動(dòng)能，rBvme （3）221mveu （4）由（由（3 3）和（）和（4 4）得：）得：2)(2Brume （5）FB710型型 電子荷質(zhì)比測(cè)試儀電子荷質(zhì)比測(cè)試儀 電子荷質(zhì)比測(cè)試儀的電子荷質(zhì)比測(cè)試儀的 中心

4、器件是三維立體的威中心器件是三維立體的威 爾尼氏管，通過(guò)它可以生爾尼氏管，通過(guò)它可以生 動(dòng)形象地顯示出電子束的動(dòng)形象地顯示出電子束的 運(yùn)行軌跡，當(dāng)將威氏管放于由亥姆茲線圈產(chǎn)生的運(yùn)行軌跡，當(dāng)將威氏管放于由亥姆茲線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中時(shí)，用電壓激發(fā)它的電子槍發(fā)射出電子束，磁場(chǎng)中時(shí)，用電壓激發(fā)它的電子槍發(fā)射出電子束，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察和測(cè)量。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察和測(cè)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 1010-1-1PaPa 燈絲電壓燈絲電壓 6.3V6.3V 調(diào)制電壓調(diào)制電壓 018V018V 加速電壓加速電壓 max 250Vmax 250V 其中其中0 0 =4=41010-

5、7-7NANA-2-2R=158mmR=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(gè)線圈的匝數(shù)。單個(gè)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(chǎng)磁場(chǎng)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(chǎng)作用：產(chǎn)生磁場(chǎng) 內(nèi) 徑 300mm 外 徑 332mm R R有效半徑 158mm N N單線匝圈 130匝 I 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)

6、制電壓：0 -20v 低壓照明電壓：低壓照明電壓： 1.5V主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù) 3 3、工作電源、工作電源 反射鏡反射鏡 ： 用與電子束光圈半截測(cè)量的輔助工具用與電子束光圈半截測(cè)量的輔助工具。 4、測(cè)量標(biāo)尺及反射鏡1、按圖正確連接儀器 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)入進(jìn)入威爾尼氏管威爾尼氏管：2 2、觀察電子的運(yùn)動(dòng)情況、觀察電子的運(yùn)動(dòng)情況(1)、無(wú)磁場(chǎng)時(shí)，電子束將成直線軌跡射出、無(wú)磁場(chǎng)時(shí)，電子束將成直線軌跡射出。(2)(2)、電子束與磁場(chǎng)完全垂直時(shí)，電子束形成圓形軌跡。、電子束與磁場(chǎng)完全垂直時(shí)，電子束形成圓形軌跡。 (3)(3)、當(dāng)電子

7、束與磁場(chǎng)不完全垂直時(shí)，電子束將、當(dāng)電子束與磁場(chǎng)不完全垂直時(shí)，電子束將 作螺旋線狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。作螺旋線狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。 （本實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是采用固定加速電壓，改本實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是采用固定加速電壓，改變磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)電流，測(cè)量偏轉(zhuǎn)電子束的圓周變磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)電流，測(cè)量偏轉(zhuǎn)電子束的圓周半徑來(lái)進(jìn)行。）半徑來(lái)進(jìn)行。）如果加速電壓太高或偏轉(zhuǎn)電流太大，如果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?zhuān)闺娮恿髋c磁場(chǎng)應(yīng)仔細(xì)地調(diào)整管子的電子槍?zhuān)闺娮恿髋c磁場(chǎng)嚴(yán)格保持垂直，產(chǎn)生完全封閉的圓形電子軌跡。嚴(yán)格保持垂直，產(chǎn)生完全封閉的圓形電子軌跡。（1 1）調(diào)節(jié)儀器后線圈

8、上反射鏡的位置，以方便觀察。）調(diào)節(jié)儀器后線圈上反射鏡的位置，以方便觀察。（2 2）移動(dòng)測(cè)量機(jī)構(gòu)上的滑動(dòng)標(biāo)尺，用黑白分界的中心）移動(dòng)測(cè)量機(jī)構(gòu)上的滑動(dòng)標(biāo)尺，用黑白分界的中心刻度線，對(duì)準(zhǔn)電子槍口與反射鏡中的象的分界線，采用刻度線，對(duì)準(zhǔn)電子槍口與反射鏡中的象的分界線，采用“三線合一三線合一”的方法測(cè)出電子圓的右端點(diǎn)，從游標(biāo)上讀的方法測(cè)出電子圓的右端點(diǎn)，從游標(biāo)上讀出刻度讀數(shù)出刻度讀數(shù)S S0 0（一般此時(shí)按清零，作（一般此時(shí)按清零，作S S0 0 =00.00mm=00.00mm） 。 （3 3）再次移動(dòng)滑動(dòng)標(biāo)尺到電子圓的左端點(diǎn)，）再次移動(dòng)滑動(dòng)標(biāo)尺到電子圓的左端點(diǎn)， 采用同樣的的方法讀出刻度讀數(shù)采用同樣

9、的的方法讀出刻度讀數(shù)S Sn n 。 021SSrn 用用 求出電子圓的半徑。求出電子圓的半徑。 （4 4）依次增加偏轉(zhuǎn)電流約）依次增加偏轉(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(cè)出不同電流激發(fā)的磁場(chǎng)中電子運(yùn)動(dòng)圓同樣的方法測(cè)出不同電流激發(fā)的磁場(chǎng)中電子運(yùn)動(dòng)圓軌道的兩端點(diǎn)軌道的兩端點(diǎn)S S0 0、 Sn Sn 。共測(cè)。共測(cè)1010次，并將測(cè)量結(jié)果記入數(shù)次，并將測(cè)量結(jié)果記入數(shù)據(jù)表格中。并由下面的公式計(jì)算出荷質(zhì)比。據(jù)表格中。并由下面的公式計(jì)算出荷質(zhì)比。本本實(shí)驗(yàn)采取固定加速電壓實(shí)驗(yàn)采取固定加速電壓u u，通過(guò)改變不同，通過(guò)改變不同的偏轉(zhuǎn)電流，產(chǎn)生出不同

10、的磁場(chǎng)，進(jìn)而測(cè)量出電子的偏轉(zhuǎn)電流，產(chǎn)生出不同的磁場(chǎng)，進(jìn)而測(cè)量出電子束的圓軌跡半徑束的圓軌跡半徑r, ,就能采用下述公式測(cè)量就能采用下述公式測(cè)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 S S0 0（mmmm） S Sn n（mmmm）r rn n （mmmm） I I （A A） e e/ /m m e e/ /m m1 100.0000.001.001.002 200.0000.001.051.053 300.0000.001.101.104 400.0

11、000.001.151.155 500.0000.001.201.206 600.0000.001.251.257 700.0000.001.301.308 800.0000.001.351.35181 1、實(shí)驗(yàn)測(cè)量開(kāi)始前應(yīng)細(xì)心調(diào)節(jié)電子束與磁場(chǎng)方向、實(shí)驗(yàn)測(cè)量開(kāi)始前應(yīng)細(xì)心調(diào)節(jié)電子束與磁場(chǎng)方向垂直，形成一個(gè)垂直，形成一個(gè)不帶任何重影不帶任何重影的圓環(huán)（調(diào)焦）的圓環(huán)（調(diào)焦）。2 2、電子束的加速電壓不宜過(guò)高，上限、電子束的加速電壓不宜過(guò)高，上限120120V V，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)行測(cè)量。進(jìn)行測(cè)量。3 3、測(cè)量電子束圓軌道半徑時(shí)，應(yīng)仔細(xì)按、測(cè)量電子束圓軌道半徑時(shí)，應(yīng)仔細(xì)按 “ “三線合一三線合一”法法進(jìn)行。進(jìn)行。4 4、電流的變化一般取、電流的變化一般取0.05A0.05A左右測(cè)一次。左右測(cè)一次。5 5、測(cè)量結(jié)束后，將、測(cè)量結(jié)束后，將電流和電壓均調(diào)至零后電流和電壓均調(diào)至零后才關(guān)掉電源