电子荷质比测定OK

1、实验二十五电子荷质比的测定电子荷质比是指电子的电荷与其质量的比值，即e , 它是描述电子性质的重要物理m 量。历史上就是通过测量电子的荷质比和电子的电荷量，而首次获得电子的质量，并以 其证明原子的可分割性。测定电子荷质比有多种方法，如磁聚焦法、磁控管法、汤姆逊 法等。本实验介绍一种简便的测定方法 纵向磁场聚焦法。一、 实验目的1了解电子射线束磁聚焦的基本原理。2掌握用纵向磁场聚焦法测量电子荷质比的方法。3掌握电子荷质比测试仪的使用方法。二、实验仪器1仪器用具电子荷质比测试仪、直流稳压电源、导线若干。2仪器描述电子荷质比测定的实验装置如图 4-25-1 所示。1 螺线管部 箱； 3 直流稳压电

2、板 三、 实验原理电 子荷 质比分； 2 电源源； 4 实验测定的实验原理如图 4-25-2 所示。示波管置于长直螺线管中，在不加任何偏转电压的情况下，示波管正常工作，调节亮度和聚焦旋钮，可在荧光屏上得到一个小亮点；若第二加速阳极加上电压，则电子的轴向运动速度有图 4-25-2 电子荷质比测定的实验原理图当给其中一对偏转板加上交变电压时，电子将获得垂直于轴向的分速度（用表示） 此时荧光屏上便出现一条直线。此时，如果给长直螺线管通一直流电流，螺线管内产生 磁场，其磁场感应强度用表示。运动电子在该磁场中要受到洛仑兹力 F eVB 的作用， 且 F eV B ，这个力使电子在垂直于磁场（也垂直于螺线

3、管轴线）的平面内作圆周 运动，设其圆周运动的半径为，则有eV BmV2R即可得4-25-2)R mV eB圆周运动的周期 T 为( 4-25-3)2 R 2 m 2 TV eB e/mB电子既在轴线方向作直线运动，又在垂直于轴线的平面内作圆周运动；它的运动轨迹是一条螺旋线，其螺距用表示，则h V/T 2B2mUe( 4-25-4)有趣的是，我们式从（ 4-25-3）和（ 4-25-4 ）可以看出，电子运动的周期和螺距均与 无关。不难想象，电子在作螺线运动时，它们从同一点出发，尽管各个电子的各不相同， 但经过一个周期以后，它们又会在距离出发点相距一个螺距的地方重新相遇，这就是磁 聚焦的基本原理。

4、由式（ 4-25-4 ）可得2e 8 2U22m h B( 4-25-5)长直螺线管的磁感应强度，可以由下式计算。B( 4-25-6)将式（ 4-25-6 ）代入式（4-25-5），可得电子荷质比为4-25-7)2 2 2 e 8 2U(L2 D2 ) m ( 0NIh)2式中，为真空中的磁导率， 0 4 10 7 亨利米。本仪器的其它参数如下所示：螺线管内的线圈匝数： =860 2 匝；线圈长度： =0.354；线圈直径： =0.092；螺距：=0.145。四、实验内容1如图 4-25-3 所示，接好线路。 按当地的磁倾角调好电子荷质比测试仪的法兰 盘与水平面的夹角，接通电源，预热 5-10

5、 分钟。图 4-25-3 电子荷质比测定的线路连接图2调节示波管电源的电压至1000V 。3将双刀双掷开关拔向接地一端，使偏转板接地，调节亮度聚焦，使荧光屏上出现一个小亮点。 注意：聚焦光点应尽量细小，但不要太亮，以免难于判断聚焦的好坏。4将双刀双掷开关拔向另一端，使偏转板与测试电源（48 伏的交流电压）相接，此时屏上出现一条直线。5将双刀双掷开关拔向上方，使螺线管内通以直流电流，从零开始增大电流，使屏 上的直线一边旋转一边缩短，直到变成一个小光点。这时候，读取电流，然后将直流电 源的电流调到最小。再将拔向下方，重新从零开始增大电流，使屏上的直线反方向旋转 并缩短，直到再次得到一个小光点，读取

6、电流值。6改变加速电压为 950V，重复步骤 5；直至加速电压调到 600V 为止， 测量出一组、数据。五、数据处理1将测量的实验数据填入表 4-25-1 中。2求出在各种不同高压下电子束聚焦时电流强度的平均值，根据式(4-25-7)计算e ，并进行修正，计 m出各个 e 值，求出它们的平均值 (e) 及其算术平均值的标准误差 mm算出 的不确定度 ue ；测量结果表示为 e ( e) ue 。 m m m m m表 4-25-1电压 ()6006507007508008509009501000()()()e ( 1011 库仑 ) m 千克平均值 ( e)m( 1011 库仑 )10 千克六、注意事项1实验线路中含有高压，要小心操作，以防电击。2为了减小干扰，其它铁磁物体须远离螺线管。3螺线管应南高北低放置。4聚焦光点应尽量细小，但不要太亮，以免难于判断聚焦的好坏