实验报告-磁聚焦法测定电子荷质比

实验报告姓名：张伟楠班级：F0703028 学号：5070309108实验成绩:同组姓名： 实验日期：2008.04.14 指导老师： 批阅日期:磁聚焦法测定电子荷质比实验目的】学习测量电子荷质比的方法；了解带电粒子在电磁场中的运动规律及磁聚焦原理。【实验原理】1、 示波管本实验所用的8SJ31型示波管由阴极K、栅极G、加速电极、第一阳极亠和第二阳极A2、X向偏转板D、Y向偏转板D组成。xy在示波管外套一个通用螺线管，使在电子射线前进的方向产生一个均匀磁场，可以认为电子离开第一聚焦点F］后立即进入电场为零的均匀磁场中运动.在均匀磁场B中以速度运动的电子，受到洛仑兹力F的作用丁=-即注(1)

当v和B平行时，F等于零，电子的运动不受磁场的影响，仍以原来的速度v作匀速直线运动.当v和B垂直时，力F垂直于速度v和磁感应强度B,电子在垂直于B的平面内作匀速圆周运动．维持电子作圆周运动的力就是洛仑兹力，即电子运动轨道的半径为:电子运动轨道的半径为:电子绕圆一周所需的时间（周期）T为从（3）、（4）两式可见，周期T和电子速度v无关，即在均匀磁场中不同速度的电子绕圆一周所需的时间是相同的.但速度大的电子所绕圆周的半径也大.因此，已经聚焦的电子射线绕一周后又将会聚到一点.在一般情况下，电子束呈圆锥形向荧光屏运动，如电子速度v和磁感应强度B之间成一夹角，此时可将v分解为与B平行的轴向速度v〃（v〃=vcos€）和与B垂直的径向速度v丄（卩丄=vsin€）.v〃使电子沿轴方向作匀速运动，而v丄在洛仑兹力的作用下使电子绕轴作圆周运动，合成的电子轨迹为一螺旋线，其螺距为((5)对于从第一聚焦点出发的不同电子，虽然径向速度丄不同，所走的圆半径也不同，但只要轴向速度相等，并选择合适的轴向速度和磁感应强度（改变的大小，可通过调节加速电压；改变的大小可调节螺线管中的励磁电流），使电子在经过的路程中恰好包含有整数个螺距，这时电子射线又将会聚于一点，这就是电子射线的磁聚焦原理.3、零电场法测定电子荷质比由前述原理，通过改变励磁电流I，可以改变螺距h=WA甬而增大B，使电子在磁场作用下旋转2周、3周后聚焦在荧光屏上。而考虑有限长螺线管轴线中点的磁感应强度后，可得到壬k兰(c/kg),其中k=ee進3eeeee,其中L为螺线管长度，D为螺线管直径，丨为F1eee eeeee与光屏之间的距离，N为螺线管总匝数。实际实验时，为了降低误差，将第二次，第三次聚焦时的励磁电流折算成第一次聚焦的平均励磁电流，即平均值=^3。而为了抵消地磁场对实际测量造成的影响，每次测eeeee量均需改变螺线管磁场方向取得两组数据后取均值。4、电场偏转法测定电子荷质比在示波管的X偏转板上加以交流电压，使电子获得偏转速度V,螺线管未通电流时，X因电子偏转在荧光屏上出现一条亮线。接通励磁电流后，电子沿不同螺旋线运动，亮线开始A转动，转过角度n时，电子汇聚到一点，故可以获得电子荷质比=e电其中e是e&e &亮线转过的角度。而1不明确，故而使用X偏转板的中间位置和后沿到荧光屏的距离分别进行计算。【实验数据记录、实验结果计算】1、零电场法测定电子荷质比实验前计算k=eee兰沁皂eeeeeeee((SI)ee^ee(1)U=850Va .辭AeQAeeQAeeeeeeeeeeeee/Ae10.4140.8361.2780.4130.8311.26020.4250.8461.2530.4270.8501.27830.4210.8471.2630.4230.8301.25040.4260.8661.2720.4150.8311.27550.4240.8251.2830.4150.8361.27360.4200.8371.2850.4180.8451.290平均值0.4220.8431.2720.4180.8371.271=0.420Aeee=0.845Ae e e=1.272Ae e e=(geeeeeee(=0.423Aeeeeee^-e =k—=eeeeeeeeeeeeeeeeeeee—eeeeeee

e_e

eeeeeeeeee标准(2)U=950V'1a IJ/AIJ/AIJ/AIIIIIIIIIIIIIJ1/A10.4400.8881.3640.4410.8861.35020.4440.8851.3400.4390.8901.35630.4390.8861.3490.4450.8771.32540.4530.8871.3170.4420.8741.35550.4360.8921.3440.4450.8871.35960.4400.8831.3420.4390.8811.362平均值0.4420.8871.3430.4420.8821.351=0.442A=0.884A=1.347AI I I=怦」=o.446ainn山 =4IIIIiiiiiIIIIinniiI Ii_iii_iiiimin标准2、电场偏转法测定电子荷质比IITIrIh0.08190.3281.31II0.06250.2501.00(1)在x偏转板上加交流偏转电压IiiiiiIIIIIIIIinnIIIInI1i中IIIIinnIIIInI1i后Ir8500.1891.951.499500.2031.891.44Ir8500.3801.931.479500.4001.951.48i8500.7521.971.509500.7961.961.50【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】1.零电场法测定电子荷质比的实验部分中得到的结果与标准理论值的相对误差都在3%以内，实验做得比较成功；在这个部分中，我们小组面临的一大困难是对电流的读数。因为电流的示数一直在不停地摆动，实验仪器也没有HOLD键，所以遇到了一点困难。在此采用了取摆动范围内的中间值作为读数（大多数的摆动还是很小的，大概在0.03A的振动范围内摆动）。这个部分的多次求平均值使得以上的读数误差大大减小，最终测得比较好的结果。850V和950V的结果也很接近。2.电场偏转法测定电子荷质比的部分中的主要难点是电路的连接与调整，之后的数据测量较第一个部分而言还是比较轻松的。以电磁场为0时作为起点（这时的励磁电流为0，但是电流输出仪器不能使电流达到0，所以这时应将输出励磁电流的仪器关闭）。在此部分要注意的就是显示在荧光屏上的像不一定是严格的直线，当直线转过一定的角度之后，直线就会有些扭曲，这会影响实验的结果。从实验结果可以看出，这一方法测量得到的结果不是很精确，这也体现出实验室条件对这一中方法的局限性。【附页】思考题为什么螺线管磁场要反方向测量后求平均磁感应强度来计算答：实际上实验室中还存在由南向北的地磁场，将螺线管南北方向放置，进行正反方向的两次测量求平均值，可以抵消掉地磁场的作用，使得结果不受地磁场的影响。2.如何判断一次聚焦、两次聚焦、三次聚焦？答：首先将励磁电流调到0（或最小），这时可以保证电子没有经过一次聚焦（聚焦的螺距大于与荧光屏的距离），在荧光屏上会显示出一个光斑，表示电子是发散开的。通过对励磁电流的增加，螺线管里的磁感应强度也相应增加，电子聚焦的螺距将减小，当螺距减小到电子最初的汇聚点与荧光屏的距离相等时，在荧光屏上的光斑会汇聚成一个很小的点，这时就是电子的第一次聚焦。接着继续加大励磁电流，光斑又会散开，当螺距减小到电子最初的汇聚点与荧光屏的距离的一半时，电子再次在荧光屏上聚焦，也即是第二次出现小点时是第二次聚焦。同理，第三次出现小点时是第三次聚焦。试讨论和的测量对实验结果的影响。答：对于零电场法：—=eeeaeeeegggeee—（c/kg）e ee?ee ee可以看出，如果测量偏大，则最终的结果将偏小，反之偏大；如果测量偏大，贝y最终的结果将偏小，反之偏大。对于电场偏转法：是一个常数，可以看出，如果测量偏大，则最终的结eepe &e果将偏小，反之偏大；如果测量偏大，则最终的结果将偏小，反之偏大。实验感想这次实验，我认为一大难点是电路的连接，也许很多人不这么认为，但是我承认自己的电路连接的动手能力不是很好，需要锻炼。在这次实验的电路连接中，我认为自己对电路的原理的掌握还是比较到位的，使得我们小组在最初的电路连接环节只花费了很少的时