1、電子荷質比實驗報告 篇一：電子荷質比的測量編號 學士學位 電子荷質比的測量 學 號： 系 部： 物理系 專 業： 物理學 年 級： 07-1班 指導教師： 依明江 完成日期： 年月日 中文摘要 電子荷質比的測量方法特別多,主要用近代物理實驗來測定,例如,有磁控管法、 湯姆遜法、 塞曼效應法、密立根油滴實驗法及磁聚焦法等,各有特點精確度也不一樣。 這文章中利用一般物理實驗來進展測量，按照電荷在磁場中的運動特點， 利用電子束實驗儀進展電子荷質比測定實驗，分析了電子束的磁聚焦原理，通過對同一實驗多組實驗數據的分析處理，最后分析了產生實驗誤差的主要緣故。 關鍵詞：磁聚焦；電子荷質比；螺旋運動 ；亮線段

2、； 誤差； 1 中文摘要 . 1 引言 . 3 1. 電子荷質比測量的簡要歷程 . 3 2. 電子在磁場中的運動 . 4 2.1電荷在磁場中的運動特點.4 2.2電子束的磁聚焦原理 . 4 2.2.1電子荷質比的測量. 6 2.2.2決定熒光屏上亮線段的要素 . 6 3.實驗結果 . 8 3.1.產生實驗誤差的主要緣故分析 . 10 3.1.1地磁分量對實驗結果的阻礙 . 11 3.1.2光點推斷不準對實驗結果的阻礙 . 11 3.1.3示波管真空度的阻礙 . 11 結論 . 12 參考文獻 . 13 致謝 . 14 2 引言 （e/m）電子的電量與質量之比 稱為電子荷質比。它是描繪電子性質的

3、重 要物理量。測定電子荷質比有多種方法。如磁控管法、 湯姆遜法、 塞曼效應 法、密立根油滴實驗法及磁聚焦法等。也可以用一般物理實驗中的磁聚焦法。 為了更好地理解實驗,下面進一步理解釋實驗中出現的現象。為此, 本研究運用經典電磁學和牛頓力學理論，加速電壓不特別高條件下，忽略其量子效應, 把電子當作經典粒子， 推導出電子荷質比的測量與計算公式,測量出了電子荷質比。 1電子荷質比測量的簡要歷程 自從1897年通過測定電子的荷質比覺察電子以來,物理學家們就不斷在追 尋電子電量與荷質比的精確測量,由于它們是最重要的根本物理常數之一.物理常數可分為物質常數與根本物理常數兩大類,物質常數是與物質性質有關的一

4、類常數,如沸點T、比熱C、電阻率?、折射率n等;而根本物理常數那么與物質性質無關的、普適的一類常數,如真空中的光速c、根本電荷e、普朗克常數h、精細構造常數a等.根本物理常數在物理學中起著十分重要的作用,其中最具有重要意義和深化含義的6個常數是萬有引力常數G、真空中的光速c、普朗克常數h、電子荷質比e/me、根本電荷e和阿伏加德羅常數N0其中G、h、c是對物理根本理論起著十分重要作用的常數；e/me和e那么標志著物質單元的根本特征.電子荷質比測量的主要方法與原理大致為3種,即偏轉法、光譜分析法與核磁共振法,測量精度的提高集中反映了當代科學技術水平的進步.物理根本常數的測定在近代物理實驗中是重要

5、內容之一,它是培養提高學生綜合運用根本物理知識和創新才能十分重要的教學內容.在近代物理實驗的教學研究中,我們本著不追求測量的精度,只注重培養學生綜合運用根本物理知識和創新才能的提高。 3 電荷在磁場中運動時遭到磁場力的作用 即洛侖茲力 ，其表達式為: ?F?qv?B（1） ?式中: q為運動電荷的電量; v 為電荷運動的速度; B為電荷所在處的磁感應 ?強度F 的大小由f?qvBsin?(?是 與 之間的夾角) 決定, 方向由v?B 來決 定由于洛侖茲力在電荷運動方向上的分量永遠為零, 因此不做功, 不能改變運動電荷速度的大小。假設運動電荷的速度方向與磁場方向垂直, 那么運動電荷在磁場中做勻速

6、圓周運動, 假設運動電荷的速度方向與磁場方向成一定夾角, 那么運動電荷在磁場中將做螺旋運動 . 2.2. 電子束的磁聚焦原理 在示波管外的磁聚焦螺線管線圈上加上電壓, 通以勵磁電流I, 那么在螺線管線圈軸線方向( 圖1中的Z軸方向) 產生均勻磁場B, 電子束進入示波管 ?中第一陽極后, 即在均勻磁場中運動設電子以速度v與B成角度? 進入均勻 ?磁場中, 可將速度v 分解為與磁場方向垂直和平行的兩部分， 垂直分量為 v?vsin?使電子產生垂直z軸方向的勻速圓周運動； 而平行分量為v?vcos?， 使電子產生z軸方向的勻速直線運動兩種運動的合成, 使電子產生（圖 2）沿軸方向的螺旋線運動, 其螺

7、距為: 2?R2?mv?h?v?T?v?v?eB(2) 式中: T為勻速圓周運動的周期, R為勻速圓周運動的半徑, e為電子電量, m為電子質量 4篇二：電子荷質比的測定 電 子 荷 質 比 的 測 定 班級：2010級物理學（國家基地）姓名： 葉君 學號：2010261025 日期：2011-12-21 地點： 理科樓四層機房 【實驗目的】： 1. 研究磁場幾乎平行于電子束情況下電子的運動。 2. 用磁聚焦法測定電子荷質比。 【實驗原理】 1帶電粒子在磁場中的運動。 電子速度垂直于磁場： 設電子e在均勻磁場中以勻速v運動，且速度方向垂直于B時，那么在洛倫茲力作用下，作圓周運動，這時可變成如下

8、式所示，而有圓周半徑R： 及 （1.1） （1.2） 假設條件不變，電子將循環往復地圓周運動。可得出電子的圓周運動周期T為 (1.3) 由上式可知，周期T只與磁場B有關而與速度V無關。這個結論說明：當假設干個電子在均勻磁場中各以不同速度同時從某處出發時，只要這些速度（大小不等）都是垂直于磁場B，那么經歷了不同圓周運動后，仍會同時在原出發地相聚。只是速度大的電子圓周運動半徑R大，速度小的電子圓周運動半徑小。 當電子與速度v與磁場B成角度時，可將其分解為平行于磁場B的分量和垂直分量,這時電子的實際運動是兩種運動的合成：電子以作垂直于磁場B的圓周運動的同時，以作沿磁場 方向的勻速直線運動。這時電子是

9、在一條螺線上運動。 可以計算這條螺線的螺距同時由(1.3)可以得出 。 （1.4） （1.5） 由此可見，只要電子速度分量大小相等，那么其運動的螺距就不一樣。這個重要結論說明，假設在一個均勻磁場中有一個電子源源不斷地向外界提供電子，那么不管這些電子具有如何樣的初始速度方向，他們都沿著磁場方向作不同的螺旋運動，而只要保持它們磁場方向的速度分量相等，它們就具有由式（1.5）決定的一樣的螺距。這確實是說，在沿磁場方向上與電子源相距處，電子要聚焦在一起，這確實是電子在均勻磁場中的旋進聚焦現象。 至于V和B平行時，那么磁場對電子的運動和聚焦均不產生阻礙。（FB=VB=0）。 2磁聚焦法測電子的核質比 當

10、把示波管的軸線方向沿均勻磁場B的方向放置時，在陰極K和陽極之間加以電壓 ，使陰極發射的電子加速。設陽極熱電子 之間的 脫離陰極K后沿磁場方向的初速度為零。設陰極K與陽極電場加速后，速度為，這時電子的動能增加為 ，由能量 守恒定律可知，電子動能的增加應等于電場力對它所作的功（第一陽極A1和第二陽極A2連接在一起）。那么有 即： （1.6）只要加速電壓確定，電子沿磁場方向的速度分量是確定的。而且電子通過第一陽極后，由于第二陽極和兩對偏轉板（X軸和Y軸偏轉板）與用電位，因此電子在第二陽極至熒光屏之間將不再受電場力的作用，電子的將不再改變。把式（1.6）代入式（1.5）， 那么）可知，是B和 （1.7

11、） 的函數。調理 和B的大小，可以使電子束在磁場的方向上任意位置聚焦。當正好等于示波管的陽極和熒光屏之間的間隔d時，可以在熒光屏看到一個小亮點（電子已聚焦）。當B值增大到2倍或3倍時，會使地在熒光屏上看到第二、第三次聚焦。當 或 ，相應不等于這些值時，只能 看到較大的不等的光斑而不會聚焦。將式（1.7）變換成式（1.8）： （1.8）將及B之值代入上式，可得電子的荷質比。關于SJ-SS-型電子束實驗儀來說，B是螺線管中磁場的平均值，與電流I的關系可表示為：B=KI(1.9) K為每臺儀器的常數，由儀器出廠時給定。關于SJ-SS-型電子束實驗儀來說，B可取螺線管中部的磁場值，如式（1.10） （

12、1.10） 式中 。 N=線圈匝數，L=螺線管線圈長度。 n=NL為單位長度的匝數。 為螺線管的半徑。 為此，式（1.10）可改寫為式（1.11）： （1.11） 代入式（1.8），得（1.12） 其中d是示波管的陽極到熒光屏之間的間隔。關于不同的儀器，這些參數出廠時是略有差異的。 【實驗內容】 1、實驗電路 （1）閱讀儀器的使用說明。 （2）按正向聚焦接線圖插入導聯線。 （3）將儀器面板“功能選擇”開關旋至“磁聚”處，現在儀器處于磁聚焦工作狀態。 2、測量 （1）接通總電源，預熱數分鐘，熒光屏上出現亮斑。亮斑輝度不夠可調理輝度旋鈕或增大V2。 （2）接通勵磁開關前，先將“勵磁電流”旋鈕（或調 壓器旋鈕）逆時針方向旋至最小。 （3）取V2為800V，調理勵磁電流，使光斑聚焦，記下現在儀器 三次聚焦時的勵磁電流讀數。 （4）取V2為1000V、1200V重復步驟（3）。 （5）關閉總電源約數分鐘，改為反向聚焦接線，重復步驟（3）、（4）。 3、記錄數據和處理結果。 【數據處理】 螺線管的長度L=296mm 螺線管直徑D=91.5mm 線圈匝數N=4141 將各數據代入公式 平均值為1.7651011Ckg 算出標準差為0.0131011Ckg 得出電子的荷質比 因此電子的荷質比為（1.765?0.013）1011Ckg ? 【實