电子荷质比的测定.doc

电 子 荷 质 比 的 测 定班级：2010级物理学（国家基地）姓名： 叶君 学号：2010261025 日期：2011-12-21 地点： 理科楼四层机房 【实验目的】：1. 研究磁场几乎平行于电子束情况下电子的运动。2. 用磁聚焦法测定电子荷质比。【实验原理】1带电粒子在磁场中的运动。电子速度垂直于磁场： 设电子e在均匀磁场中以匀速v运动，且速度方向垂直于B时，则在洛伦兹力 作用下，作圆周运动，这时可变成如下式所示，而有圆周半径R： （1.1）及 （1.2）如果条件不变，电子将周而复始地圆周运动。可得出电子的圆周运动周期T为 (1.3)由上式可知，周期T只与磁场B有关而与速度V无关。这个结论说明：当若干个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（大小不等）都是垂直于磁场B，那么经历了不同圆周运动后，仍会同时在原出发地相聚。只是速度大的电子圆周运动半径R大，速度小的电子圆周运动半径小。当电子与速度v与磁场B成角度时，可将其分解为平行于磁场B的分量和垂直分量,这时电子的实际运动是两种运动的合成：电子以作垂直于磁场B的圆周运动的同时，以作沿磁场方向的匀速直线运动。这时电子是在一条螺线上运动。可以计算这条螺线的螺距。 （1.4）并且由(1.3)可以得出 （1.5）由此可见，只要电子速度分量大小相等，则其运动的螺距就不相同。这个重要结论表明，如果在一个均匀磁场中有一个电子源源不断地向外界提供电子，那么不论这些电子具有怎样的初始速度方向，他们都沿着磁场方向作不同的螺旋运动，而只要保持它们磁场方向的速度分量相等，它们就具有由式（1.5）决定的相同的螺距。这就是说，在沿磁场方向上与电子源相距处，电子要聚焦在一起，这就是电子在均匀磁场中的旋进聚焦现象。至于V和B平行时，则磁场对电子的运动和聚焦均不产生影响。（FB=VB=0）。2磁聚焦法测电子的核质比 当把示波管的轴线方向沿均匀磁场B的方向放置时，在阴极K和阳极之间加以电压，使阴极发射的电子加速。设阳极热电子脱离阴极K后沿磁场方向的初速度为零。设阴极K与阳极之间的电场加速后，速度为，这时电子的动能增加为 ，由能量守恒定律可知，电子动能的增加应等于电场力对它所作的功（第一阳极A1和第二阳极A2连接在一起）。则有 即： （1.6）只要加速电压确定，电子沿磁场方向的速度分量是确定的。而且电子经过第一阳极后，由于第二阳极和两对偏转板（X轴和Y轴偏转板）与用电位，因此电子在第二阳极至荧光屏之间将不再受电场力的作用，电子的将不再改变。把式（1.6）代入式（1.5），则 （1.7）由式（1.7）可知，是B和的函数。调节和B的大小，可以使电子束在磁场的方向上任意位置聚焦。当正好等于示波管的阳极和荧光屏之间的距离d时，可以在荧光屏看到一个小亮点（电子已聚焦）。当B值增大到2倍或3倍时，会使或，相应地在荧光屏上看到第二、第三次聚焦。当不等于这些值时，只能看到较大的不等的光斑而不会聚焦。将式（1.7）变换成式（1.8）： （1.8）将及B之值代入上式，可得电子的荷质比。对于SJ-SS-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： B=KI (1.9) K为每台仪器的常数，由仪器出厂时给定。对于SJ-SS-型电子束实验仪来说，B可取螺线管中部的磁场值，如式（1.10） （1.10）式中。N=线圈匝数，L=螺线管线圈长度。n=NL为单位长度的匝数。为螺线管的半径。为此，式（1.10）可改写为式（1.11）： （1.11）代入式（1.8），得 （1.12）其中d是示波管的阳极到荧光屏之间的距离。对于不同的仪器，这些参数出厂时是略有差别的。【实验内容】1、实验电路（1）阅读仪器的使用说明。（2）按正向聚焦接线图插入导联线。（3）将仪器面板“功能选择”开关旋至“磁聚”处，此时仪器处于磁聚焦工作状态。2、测量（1）接通总电源，预热数分钟，荧光屏上出现亮斑。亮斑辉度不够可调节辉度旋钮或增大V2。（2）接通励磁开关前，先将“励磁电流”旋钮（或调压器旋钮）逆时针方向旋至最小。（3）取V2为800V，调节励磁电流，使光斑聚焦，记下此时仪器三次聚焦时的励磁电流读数。（4）取V2为1000V、1200V重复步骤（3）。（5）关闭总电源约数分钟，改为反向聚焦接线，重复步骤（3）、（4）。3、记录数据和处理结果。【数据处理】1.数据表格如下 (V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)800(正)1803605501000(正)2004106211200(正)230460680800(负)1803695601000(负)2004106201200(负)2304596802.一些仪器的参数：螺线管的长度L=296mm螺线管直径D=91.5mm线圈匝数N=4141示波管阳极到荧光屏的距离d=193.0mm3.数据处理将各数据代入公式 得出电子的荷质比平均值为1.765Ckg算出标准差为0.013Ckg所以电子的荷质比为（1.7650.013）Ckg【实验结论】实验测得的电子的荷质比为：（1.7650.013）Ckg【误差分析】1. 电子束与磁