电子荷质比实验.doc

基础物理实验报告学院： 专业： 年 月 日实验名称电子荷质比姓 名年级/班级学 号一、实验目的 四、实验内容及原始数据二、实验原理 五、实验数据处理及结果（数据表格、现象等）三、实验设备及工具 六、实验结果分析（实验现象分析、实验中存在问题的讨论）一：实验原理：一磁聚焦法测定电子荷质比1 带电粒子在均匀磁场中的运动：a设电子e在均匀磁场中以匀速V运动。当VB时，则在洛仑兹力f作用下作圆周运动，运动半径为R，由得如果条件不变，电子将周而复始地作圆周运动。可得出电子在这时的运动周期T：由此可见：T只与磁场B相关而与速度V无关。这个结论说明：当若干电子在均匀磁场中各以不同速度同时从某处出发时，只要这些速度都是与磁场B垂直，那么在经历了不同圆周运动，会同时在原出发地相聚。不同的只是圆周的大小不同，速度大的电子运动半径大，速度小的电子运动半径小（图1）。b若电子的速度V与磁场B成任一角度：我们可以把V分解为平行于磁场B的分量V和垂直于B的分量V；这时电子的真实运动是这两种运动的合成：电子以V作垂直于磁场B的圆周运动的同时，以V作沿磁场方向的匀速直线运动。从图2可看出这时电子在一条螺旋线上运动。可以计算这条螺旋线的螺距l:由式3得由此可见，只要电子速度分量V大小相等则其运动的螺距l就相同。这个重要结论说明如果在一个均匀磁场中有一个电子源不断地向外提供电子，那么不论这些电子具有怎样的初始速度方向，他们都沿磁场方向作不同的螺旋线运动，而只要保持它们沿磁场方向的速度分量相等，它们就具有相同的由式4决定的螺距。这就是说，在沿磁场方向上和电子源相距l处，电子要聚集在一起，这就是电子的旋进磁聚焦现象。至于VB时，则磁场对电子的运动和聚焦均不产生影响。2 利用示波管测定电子的荷质比把示波管的轴线方向沿均匀磁场B的方向放置，在阴极K和阳极A之间加以电压，使阴极发出的电子加速。设热电子脱离阴极K后沿磁场方向的速度为零。经阴极K与阳极A之间的电场加速后，速度为V。这时电子动能增量为。由能量守恒定律可知，电子动能的增加应等于电场力对它做的功。如果第一阳极A与阴极K之间的电位差为V（A1和A2接在一起）。则此功应为：eV,有只要电压V2确定，电子沿磁场的速度分量V是确定的。而且电子经过第一阳极A后，由于第二阳极和两对偏转都与A同电位，因此电子将不再受电场力的作用，电子沿磁场方向的速度分量V将不再改变。把5式代入4式有可以看到是l是B和V2的函数。调节V2和B的大小，可以使电子束在磁场的方向上任意位置聚焦。当l正好等于示波管阳极和荧光屏之间的距离d时，可以在荧光屏上看到一个很小的亮点。若B值增大到2倍或3倍时，会使l=1/2d或l=1/3d,相应的在荧光屏上将看到第二次，第三次聚焦。当l不等于这些值时，只能看到较大的不等的光斑而不会聚焦。由6式有将V2和B之值代入上式可得电子的荷质比对于SJ-SS-I型电子束实验仪来说，B是螺线管中磁场的平均值，与电流I的关系可表示为：K为每台仪器常数，由一起给定。对于SJ-SS-II型电子束实验来说，B可取螺线管中部的磁场值。当位于螺线管中心时，令x=0，可得(9)代入7式得出式中D是螺线管的直径，L是螺线管的长度，N是螺线管的匝数，d是示波管的阳极到荧光屏之间的距离。2、 磁控管法测定电子荷质比磁控二极管的结构如图3示，最外圈是个圆筒形的阳极，被两根支杆固定。阴极是一根直立于圆筒中心的钨丝，由通过它的电流直接加热，发射电子。在装配过程中，尽量保持阳极和阴极同轴。如果在阳极和阴极之间加上直流电压，就会在两极之间形成一个轴对称的径向电场。若在磁控管外套上一个同轴的长直螺线管，并给螺线管通以电流，就会形成一个轴向的均匀磁场，磁场分布如图4所示。 电子从阴极发射出来以后，在径向电场的作用下加速奔向阳极，但电子在奔向阳极的过程中同时又受到轴向均匀磁场的作用，使电子运动轨迹发生弯曲，磁场越强，轨迹弯曲得越厉害。当磁感应强度B达到某个临界值时，电子束就不可能到达阳极，阳极电流急剧减小，并突然截至电子的运动状态如图7所示，R1是阴极半径，R2是阳极半径，在图7中，电子的运动方程为：假定磁场沿着z轴正方向，电子受到的洛仑兹力为它的各个分量为电子的荷质比为：二：实验设备及工具：电子束试验仪，电子束实验显示屏，电流表和电压表三：实验内容及原始数据：1 磁控管法测电子荷质比磁控二极管的参数为：灯丝直径1.15mm；灯丝电压为5.57.5V；阳极直径为24.2mm；阳极电压1428V。长直螺线管的参数为：长度 =220mm；线径0.69mm，导线绕在直径为75mm的圆筒上，共绕4层。（1）首先记录螺线管的参数，即螺线管的匝数N、半径R、长度，将磁控二极管插入管座，外边套上螺线管。将螺线管线圈引出的两个插头插入相应插孔，将管座上引出的齐心电缆插入仪器背面的插座内。（2）将工作选择至于“灯丝”的位置，打开电源开关，预热几分钟后，灯丝电压应为6V。（3）将阳极电压调节旋钮按逆时针方向旋到最小，然后把“工作选择”开关拨到中间“30V”的位置上，调节阳极电压为14.0V。（4）将“励磁电流”开关拨在0.5A档，将“励磁强度”旋钮按逆时针方向旋到最小，然后打开磁场电源开关，将励磁电流调到50mA。（5）将“工作选择”开关拨到1mA档，从安培计上读取阳极电流值（微安量级）。（6）改变励磁电流I，每增加50mA读取一次阳极电流值，直到励磁电流I为800mA时止。（7）改变阳极电压，依次取16.0V、18.0V、20.0V，每次重复步骤（6）。 （8）画出不同阳极电压的I2-l曲线，从图上求出不同阳极电压值时的临界励磁电流Ic，代入公式（22），计算出荷质比，然后取平均值。（9） 根据步骤（8)所得到的Ic值，作V-Ic曲线，曲率求出荷质比值，并与步骤（8）进行比较，分析误差来源。2 用电子实验仪测荷质比（1）按图9所示方法连接导线，则机内示波管电路如图10所示。此时第一阳极A去1、第二阳极A2、水平偏转板和垂直偏转板均连接在一起，它们的电位均为V2。励磁电源提供磁聚焦线圈所需的励磁电流，产生与示波管轴线平行的磁场，使电子作螺旋线运动。（2）将仪器面板上“功能选择”开关旋至“磁聚”处，此时仪器工作在磁聚焦状态。（3）接通总电源，预热几分钟后，荧光屏上出现亮斑，亮斑辉度不够时，可调节辉度旋钮或加大V2。4）在接通励磁电源开关前，先将“励磁电流”旋钮旋至最小（逆时针方向）。（5）取V2为800V，调节励磁电流，使光斑聚焦，记下三次聚焦时励磁电流的读数。6）取V2为1000V，12