2023年電子在電磁場中的運動規(guī)律實驗報告

電子在電磁場中的運動特性研究實驗?zāi)康臏y試電偏轉(zhuǎn)測試磁偏轉(zhuǎn)測試電聚焦測試磁聚焦二、實驗原理（一)電偏轉(zhuǎn)電子從陰極發(fā)射出來后,受陽極作用而加速。假如電子逸出陰極時的初始動能可以忽略不計,那么它從射出時的動能就由下式擬定：v=2eU2過陽極A2的電子以v的速度進(jìn)入兩個分別平行的平行板電容器間。若在某個平行板間加上電壓U，板間距離為d，則板間電場（近似視為勻強電場）E=U設(shè)電子速度方向為z，電場方向為Ｙ軸,平行板正中央為x軸。初,ｖz=v;vｙ=０;電子通過板所需時間為t=l電子在平行板間加速度為ay=-eEm,則射出平行板時y方向上位移速度Vy=a又由圖知，Ｄ=ｙ1+Ltanθ所以D=(二）電聚焦聚焦陽極和第二陽極是由同軸的金屬圓筒組成。由于各電極上電位不同,在他們之間形成了彎曲的等位面，電力線。這樣就使電子束的途徑發(fā)生彎曲，這樣的組合稱為電子透鏡。改變等位面的彎曲限度,可以改變聚焦的位置。(三)磁偏轉(zhuǎn)同（一),電子飛出加速電場后,在勻強磁場中受洛倫茲力F=evB，速度大小不變，方向變化。電子做勻速圓周運動evB=m電子離開磁場后直射熒光屏。（四)磁聚焦和電子荷質(zhì)比同（一）,若平行板間沒有電壓，可在熒光屏上得到一小亮點。若給其中一對偏轉(zhuǎn)板加上交變電壓，電子將獲得垂直于軸向的分速度Vy。若加上一平行于軸向的磁場B，平行軸向分速度Ｖx不產(chǎn)生洛倫茲力，所以Ｆ洛=eＶｙB，這個力使電子在前進(jìn)的過程中在垂直于軸向的平面做圓周運動,周期T=2πR最終軌跡為一螺線,螺距h＝VxT=2π由上兩式可發(fā)現(xiàn),T、ｈ均與Vy無關(guān)。從同一點出發(fā)的電子會在一個周期后距出發(fā)點一個螺距的地方相遇。由上式得,荷質(zhì)比e此實驗所用長直螺線管的磁感應(yīng)強度B可由下式計算:B=所以，eμ＝４π*10-7亨/米Ｎ=526±2Ｌ=０.234ｍD＝0．09m螺距ｈ=0.１４５m實驗儀器DＨ4521電子束測試儀實驗環(huán)節(jié)啟動電源,適當(dāng)調(diào)節(jié)輝度、聚焦,使屏上光點聚成一細(xì)點。光點調(diào)零。在“X（或Y)調(diào)節(jié)”處調(diào)節(jié),先使電壓表達(dá)數(shù)為零,然后調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕,使光點位于中心點。電偏轉(zhuǎn)：測量偏轉(zhuǎn)量D隨偏轉(zhuǎn)電壓Ｕ的變化。給定陽極電壓U2,改變偏轉(zhuǎn)電壓，測量一組數(shù)據(jù)，再改變U2，測量另一組數(shù)據(jù)。先測Y軸，再測X軸上的，并求電偏轉(zhuǎn)靈敏度D／Ud。電聚焦：固定陽極電壓U２,調(diào)節(jié)相應(yīng)聚焦旋鈕,使光點達(dá)成最佳聚焦效果,讀出聚焦電壓Ｕ1,再改變陽極電壓重新測量。計算Ｕ２/U1。磁偏轉(zhuǎn):給定Ｕ２,測量偏轉(zhuǎn)量D與偏轉(zhuǎn)電流I的變化。將磁偏轉(zhuǎn)電流輸出與輸入相連。調(diào)節(jié)電流改變D。再改變Ｕ２，再測數(shù)據(jù)。求靈敏度D/I，并解釋為什么U２不同,靈敏度不同?磁聚焦：將“電子束-荷質(zhì)比”打至荷質(zhì)比,U２調(diào)至700V。將勵磁電流調(diào)節(jié)旋鈕逆時針調(diào)節(jié)到頭,并將勵磁電流輸入與輸出相連。電流換向開關(guān)打向正向,調(diào)節(jié)輸出調(diào)節(jié)旋鈕,加大電流，直至熒光屏上直線一邊旋轉(zhuǎn)一邊縮短至一個小光點，讀取電流值I正。再將開關(guān)打至反向，同理得I反。再改變U2反復(fù)上述環(huán)節(jié)。測出荷質(zhì)比e／m。數(shù)據(jù)記錄與解決（一）電偏轉(zhuǎn)Ｄx（mｍ）481２1620２2２５2730Ud（6０0V）３．36.61０13.３16．３17.９2０.22１．824Ud(700V)3．７７.611．4１５．218．720.6２３.42５.2２7.7Dｙ(mm）3610131620232630Ｕｄ(6０0V）3.９7．813.3１7.421.62７.73235．640.7Ud(700V）４.７9．515.720．525.２３1.835.９4０．846．９靈敏度６00V時為１.25ｍｍ/Ｖ，700V時為1.08mm/V。靈敏度６０0V時為0.7２2mm/V，７00V時為0.６３9mｍ/Ｖ。(二)電聚焦Ｕ２600700８0０9０0１000U114０16４184202２1９平均Ｕ２／U１4.２9４．27４.354.464．574．3８（三）磁偏轉(zhuǎn)D(mm)246８10121416１8I（6００Ｖ）2３42５980１011２２14216１18０Ｉ(70０V)2１４６65881１11321５1174１95靈敏度600Ｖ時為0．１005m/A，7０0Ｖ時為0.0９25m／A。(四）磁聚焦I勵\V陽（V)7008009001000Ｉ正１.521．61.71.78I反1.５91．71.751.89I平均1.5５5１.65１.72５1．８3５e/ｍ（C/ｋg)１.56４0４E+111.５8756E＋111．634０８E+１１1.６0449E＋11平均值：1．597５4E+１１(C/kg)標(biāo)準(zhǔn)值:e/m=１.76Ｅ+11(C/kg)百分差E＝10％實驗結(jié)論與誤差分析理論上,陽極電壓越大,粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)板速度越大，在y方向上加速時間越短,所以偏轉(zhuǎn)量越小。因而電偏轉(zhuǎn)中，電壓越低,偏轉(zhuǎn)靈敏度越高。圖像比較符合理論,誤差為偶爾誤差，讀數(shù)偏差。電聚焦中,比例約為4．4。圖像比較不符合理論，截距太大，也許因素：1、低電壓時讀數(shù)不準(zhǔn)、偏大；２、儀器故障。磁偏轉(zhuǎn)中，陽極電壓不同，粒子初速不