用磁聚焦法测电子荷质比.doc

11物类一班梁世勇2011301020084用磁聚焦法测电子荷质比【实验目的】1 了解电子在电场和磁场中的运动规律。2 学习用磁聚焦法测量电子的荷质比。【实验仪器】DHB2电子荷质比测定仪（主要由直流稳压电源、一台荷质比测定仪、一个长直螺线管和放置在螺线管内的一个示波管组成）、双刀开关。【实验原理】纵向磁场（即B电子枪的轴线）对从电子枪射出电子的洛仑兹力为零（因为此时电子速度为Z，没有垂直B的速度分量）。但是通过加有偏转电压的X偏转板后，电子获得了垂直于B的横向速度分量vx，将受洛仑兹力的作用，在垂直于B的平面内做匀速率圆周运动。电子做圆周运动的同时，还在加速电压V2影响下沿Z轴方向做匀速（速度为Z）直线运动，两运动合成的结果是电子沿B的方向作螺旋线运动，如图3-18所示。则电子做螺旋线运动的回旋半径R和周期T分别为（3-37）（3-38）由此可知，电子的回旋半径R与vx成正比，与B成反比；周期T与B成反比而与vx无关。它表明vx大的电子绕半径大的轨道运动，vx小的电子绕半径小的轨道运动，但它们运动一周的时间都相等。电子做螺旋线运动的螺距为（3-39）虽然它们的初始轴向速度也是不一样的，但它们的螺距是相等的，也就是经过一个周期后，同时从电子枪发射出来但运动方向不同的电子，又交汇在同一点（见图3-18），这就是磁聚焦作用。而且每经过一个周期（一个螺距），有一个聚焦点。图3-18 电子束的磁聚焦调整磁场的B来改变螺距h，可使电子枪出口到荧光屏的距离L为h的整数倍，这样我们就可以观察到多次磁聚焦现象。利用磁聚集现象可以测定电子的荷质比。第1次聚焦时，则有： （3-40）而，代入上式可得：（3-41）有限长螺线管中点的磁感应强度为因此（3-42）其中，N为螺线管线圈总匝数，L为电子束交叉点到荧光屏的距离，V2为加速电压，为励磁电流强度，为螺线管的长度（单位为m），为螺线管的直径（单位为m）。N、L、l、D由实验室给出，只要测出V2和I就可算出电子的荷质比“e/m”（标准值：e/m=1.7591011C/Kg）。用磁聚焦法测电子的比荷有相当明显的误差，产生误差的原因较多，如示波管中电子枪的实际结构比较复杂，电场和外磁场的场强不会是理想的匀强分布，所以很难精确考虑，因此电子在场中的运动规律与实际有一定的偏离，反映在L不能准确地确定上。此外，如果电子束的电流密度较大，加速电压甚低，那么电子间的相互排斥作用更为显著，造成电子束的扩张，这种效应称为空间电荷效应，不过，当“亮度”较低，加速电压很高时，空间电荷效应很小，由它引起测量的系统误差可以大大减小。【实验内容及操作】1 按说明书电路图接好线路。2 接通电子荷质比测定仪电源，预热3min，粗调阳极电压至700V。3 将集团信号双刀开关倒向接地端（即X端），使X、Y两对偏转板及A2都接地。使电子只获得加速电压U而无偏转板上的交流电压，此时荧光屏上出现一个亮斑。4 调节聚焦和亮度，使光斑聚焦到一点，亮度要适当。5 调节阴极电源细调旋钮，使阴极电压准确指示为700V。6 将偏转高层次刀开关倒向另一端，交流信号AC 48V端接入，交流信号加到Y偏转板上，荧光屏上出现一条直线7 将直流稳压电源接通，电压先高到最小。8 将螺线管直流换向开关倒向一边，调节磁化电流到1.5A，预热3min，然后正式测试。9 先将磁化电流调回到零，然后由小到大调节磁化电流，荧光屏上的直线随着电流的增大一面旋转，一百缩短，直至会聚成一个光点。稳定半分钟后，读取数据，记入表中。10 将螺线管的磁化电流调回到零，将换向开关倒向另一边，由小到大调节磁化电流。屏上直线反向计旋转，再会聚成一点，读取伏特计、安培计读数，记入表中。11 依次测出700V、750V、800V、850V、900V、9950V时对应的磁化电流，记入表中，由式（442）计算出有e/m的值。【注意事项】1 示波管电源高压达1000V，实验者应特别注意安全。2 调节亮度之后，高压会有变化，需要再次调节高压细调，才能达到所需值。3 实验完毕，关掉电源，不要立即拆除线路，要等电容器放电完毕（约5 min）后，再拆除线路。【实验数据及数据处理】实验数据如下表700V750V800V850V900V950V(A)1.141.171.221.261.291.33(A)1.131.181.211.251.281.32(A)1.1351.1751.2151.2551.2851.325(V/A2)543.383543.232541.923539.674545.050541.118(1011C/Kg)1.67961.67911.67511.66811.68471.6726(1011C/Kg)1.6765将实验结果和，代入式（442）可计算出相应的e/m的值。可得电子荷质比的平均值为标准差为所以实验测得的电子荷质比为电子荷质比公认值为，由些