1、實驗報告-磁聚焦法測定電子荷質比篇一：電子荷質比的測定(實驗報告) 大學物理實驗報告 實驗名稱磁聚焦法測電子荷質比 實驗日期 2010-04-24實驗人員 袁淳(200902120406) 【實驗目的】 1. 了解電子在電場和磁場中的運動規律。 2. 學習用磁聚焦法測量電子的荷質比。 3. 通過本實驗加深對洛倫茲力的認識。 【實驗儀器】 FB710電子荷質比測定儀。 【實驗原理】 當螺線管通有直流電時，螺線管內產生磁場，其磁感應強度B的方向，沿著螺線管的方向。電子在磁場中運動，其運動方向如果同磁場方向平行，則電子不受任何影響；如果電子運動力向與磁場方向垂直，則電子要受到洛倫茲力的作用，所受洛倫

2、茲力為： F?evB 將運動速度分解成與磁感應強度平行的速度 v/和與磁感應強度垂直的速度v?。v/不受洛倫茲力的影響，繼續 沿軸線做勻速直線運動。?在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運動，其方程為： 2 mv F?evB? r 則 由陰極發射的電子，在加速電壓U的作用下獲得了動能，根據動能定理， 2 e2U ?則 2m(rB) 保持加速電壓U不變，通過改變偏轉電流I，產生不同大小磁場，保證電子束與磁場嚴格垂直，進而測量電子 v e? mrB 1 mv?eU2 束的圓軌跡半徑，就能測量電子的 r m值。 32 4?0NIB?()?螺線管中磁感應強度的計算公式以 5R 數=130匝； R為螺線管的平均

3、半徑=158mm。得到最終式： 表示，式中?0=4?×10 -7 H/m。N是螺線管的總匝 e?125?UR2U12 ?3.65399?10?22?C/kg?2m?32?0NIrIr 測出與U與I相應的電子束半徑，即可求得電子的荷質比。 r 【實驗步驟】 第 1 頁 共 2 頁 1. 接通電子荷質比測定儀的電源，使加速電壓定于120V，至能觀察到翠綠色的電子束后，降至100V； 2. 改變偏轉電流使電子束形成封閉的圓，緩慢調節聚焦電壓使電子束明亮，緩慢改變電流觀察電子束大小和 偏轉的變化； 3. 調節電壓和電流，產生一個明亮的電子圓環； 4. 調節儀器后線圈的反光鏡的位置以方便觀察；

4、 5. 移動滑動標尺，使黑白分界的中心刻度線對準電子槍口與反射鏡中的像，采用三點一直線的方法分別測出 電子圓左右端點S0和S1,并記錄下對應的電壓值U和電流值I。 6. 1 ?S1?S0?得到電子圓的半徑，代入最終式求出m； 根據r?2 7. 改變U、I得到多組結果，求出平均值，與標準值進行比較，求出相對誤差E 【實驗數據】 標準值em=1.75881962×1011 (C/kg) 【數據處理過程】 1. 根據r? 1 ?S1?S0?計算出r2 ，得到每個U和I對應的 r 2. 2U12 m?3.65399?10?22根據 rI 計算出每個m，得到e/m=1.800×101

5、1 (C/kg) 3. |m?m| ?100%=2.346% 將得到的e/m與標準值進行比較，得到相對誤差E= m 電子束與磁場沒有嚴格垂直導致誤差； 電子束具有一定寬度，導致測量誤差； 測量者利用點一線法測半徑時沒有完全對齊導致隨機誤差； 實驗儀器精確度不夠導致測量誤差； 實驗理論的不完善(如沒有考慮電子的相對論效應)導致誤差。 第 2 頁 共 2 頁 【誤差分析】 1. 2. 3. 4. 5. 篇二：預習報告-磁聚焦測定荷質比 實 驗 預 習 報 告 姓名：張偉楠 同組姓名： 班級：F0703028 實驗日期：2008.04.14 學號：5070309108 實驗成績： 指導老師： 批閱日

6、期： 磁聚焦法測定電子荷質比 【原理簡述（原理圖、主要公式）】 1. 零電場測定電子荷質比 (L2+D2) k=n2lNeUa=k2 mI 2 2. 電場偏轉法測定電子荷質比 e8Ua2Ua= =c 【原始數據記錄表】 1. 零電場測定電子荷質比 2. 電場偏轉法測定電子荷質比 (1)在X偏轉板上加交流偏轉電壓 (2)在Y偏轉板上加交流偏轉電壓 篇三：電子束的偏轉與聚焦實驗報告 南昌大學物理實驗報告 課程名稱：普通物理實驗（2） 實驗名稱：電子束的偏轉與聚焦 學院：專業班級： 學生姓名：學號： 實驗地點：座位號： 實驗時間： 一、 實驗目的： 1、了解示波管的構造和工作原理。 2、定量分析電子

7、束在勻強電場作用下的偏轉情況和在均勻磁場作用 3、學會規范使用數字多用表。 4、學會磁聚焦法測量電子比荷的方法。 下的偏轉情況。 二、 實驗儀器： EB電子束實驗儀、直流穩壓電源30V，2A、數字多用表。 三、 實驗原理： 1、示波管的結構 示波管又稱為陰極射線管，其密封在高真空的玻璃殼之中，它的構造如圖1 所示，主要包括三個部分：前端為熒光屏，（S，其用來將電子束的動能變為光），中間為偏轉系統（Y：垂直偏轉板，X：水平偏轉板），后端為電子槍（K：陰極，G：柵極，A1：聚焦陽極，A2：第二陽極，A3：前加速陽極）。燈絲H用6.3V交流供電，其作用是將陰極加熱，使陰極發射電子，電子受陽極的作用而

8、加速。 2、電聚焦原理 電子射線束的聚焦是電子束管必須解決的問題。在示波管中，陰極被加熱發 射電子，電子受陽極產生的正電場作用而加速運動，同時又受柵極產生的負電場作用只有一部分電子能夠通過柵極小孔而飛向陽極。柵極G的電壓一般要比陰極K的電壓低20100V,由陰極發射電子，受到柵極與陰極間減速電場的作用，初速度小的電子被阻擋，而那些初速度大的電子可以通過柵極射向熒光屏。所以調節柵極電壓的高低可以控制射向熒光屏的電子數，從而控制熒光屏上的輝度。當柵極上的電壓負到一定的程度時，可使電子射線截止，輝度為0。 加速電極的電壓比陰極電位高幾百伏至上千伏。前加速陽極，聚焦陽極和第 二陽極是由同軸的金屬圓筒組

9、成。由于各電極上的電壓不同，在它們之間形成了彎曲的等勢面、電場線。這樣就使電子束的路徑發生彎曲，這類似光線通過透鏡那樣產生了會聚和發散，這種電器組合稱為電子透鏡。改變電極間的電壓分布，可以改變等勢面的彎曲程度，從而達到電子束的聚焦。 3、電偏轉原理 在示波管中，電子從被加熱的陰極K逸出后，由于受到陽極電場的加速作用， 使電子獲得沿示波管軸向的動能。電場力做的功eU應等于電子獲得的動能 eU? 1 mv2 2 （1） 顯然，電子沿Z軸運動的速度vz與第二陽極A2的電壓U2的平方根成正比，即 vz? 2e m U2 （2） 若在電子運動的垂直方向加一橫向電場，電子在該電場作用下將發生橫向偏若偏轉板

10、板長為l、偏轉板末端到屏的距離為L、偏轉電極間距離為d、軸向 轉，如圖2所示。 加速電壓（即第二陽極A2電壓）為U2，橫向偏轉電壓為Ud，則熒光屏上光點的橫向偏轉量D由下式給出： lUdl 2U22d D?（L?) （3） 由式（3）可知，當U2不變時，偏轉量D隨Ud的增加而線性增加。所以，根據 屏上光點位移與偏轉電壓的線性關系，可以將示波管做成測量電壓的工具。若改變加速電壓U2，適當調節U1到最佳聚焦，可以測定D-Ud直線隨U2改變而使斜率改變的情況。 4、磁偏轉原理 電子通過A2后，若在垂直Z軸的X方向外加一個均勻磁場，那么以速度v飛越 子電子在Y方向上也會發生偏轉，如圖所示。 由于電子受

11、洛倫茲力F=eBv作用，F的大小不變，方向與速度方向垂直，因此電子在F的作用下做勻速圓周運動，洛倫茲力就是向心力，即有eBv=mv2/R，所以 R? mvz eB （4） 電子離開磁場后將沿圓切線方向飛出，直射到達熒光屏。在偏轉角較小的 情況下，近似的有 tan? lD? RL （5） 式中，l為磁場寬度，D為電子在熒光屏上亮點的偏轉量（忽略熒光屏的微小由此可得偏轉量D與外加磁場B、加速電壓U2等的關系為 彎曲），L為從橫向磁場中心到熒光屏的距離。 D?lBL e 2mU2 （6） 實驗中的外加橫向磁場由一對載流線圈產生，其大小為 B?K?0nI （7） 式中，?0為真空中的磁導率，n為單位長

12、度線圈的匝數，I為線圈中的勵磁電 流，K為線圈產生磁場公式的修正系數（0?K?1） 由此可得偏轉量D與勵磁電流I、加速電壓U2等的關系為 D?K?0nIlL e 2mU2 （8） 當勵磁電流I（即外加磁場B）確定時，電子束在橫向磁場中的偏轉量D與加 速電壓U2的平方根成反比。 5、磁聚焦和電子荷質比的測量原理 帶點粒子的電量與質量的比值叫荷質比，是帶電微觀粒子的基本參量之一。電子運動方向與磁場平行，故磁場對電子運動不產生影響。電子流的軸線速 測定荷質比的方法很多，本實驗采用磁聚焦法。 率為 v/? 2eU2 m （9） 式中，e，m分別為電子電荷量和質量。若在一對偏轉極板Y上加一個幅值不 大的

13、交變電壓，則電子流通過Y后就獲得一個與管軸垂直分量v?。如暫不考慮電子軸向速度分量v/的影響，則電子在磁場的洛倫茲力F的作用下（該力與v?垂直），在垂直于軸線的平面上作圓周運動，即該力起著向心力的作用，F=ev?B=mv2?/R， 由此可得到電子運動的軌道半徑R?動一周所需要的時間（即周期）為 v? ，v?越大軌道半徑亦越大，電子運 Be/m T? 2?Re ?2?B v?m （10） 這說明電子的旋轉周期與軌道半徑及速率v?無關。若再考慮v/的存在，電子 的運動軌跡應為一螺旋線。在一個周期內，電子前進距離（稱螺距）為 h?v/T? 2? 2mU2 Be （11） 由于不同時刻電子速度的垂直分量v?度不同，故在磁場的作用下，各電子將 沿不同半徑的螺線前進。然而，由于他們速度的平行分量v/均相同，所以電子在做螺線運動時，它們從同一點出發，盡管各個電子的v?各不相同，但經過一個周期后，它們又會在距離出發點相距一個