磁控法测电子荷质比实验报告.docx
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磁控法测电子荷质比实验报告
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磁控法测电子荷质比实验报告
篇一：
实验报告--磁聚焦法测定电子荷质比
实验报告
姓名：
张伟楠同组姓名：
班级：
F0703028实验日期：
20XX.04.14
学号：
5070309108实验成绩：
指导老师：
批阅日期：
磁聚焦法测定电子荷质比
【实验目的】
1.学习测量电子荷质比的方法；
2.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A1和第二阳极A2、x向偏转板Dx、Y向偏转板Dy组成。
2、电子射线的磁聚焦原理（偏转电场为零）
I．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F1后立即进入电场为零的均匀磁场中运动．II．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
（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
（2）
电子运动轨道的半径为：
（3）
电子绕圆一周所需的时间（周期）T为
（4）
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．
III．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┴（v┴=vsin?
?
）．v//使电子沿轴方向作匀速运动，而
v┴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F1出发的不同电子，虽然径向速度v┴不同，所走的圆半径R也不同，但只要轴向速度v//相等，并选择合适的轴向速度v//和磁感应强度b（改变v的大小，可通过调节加速电压ua；改变b的大小可调节螺线管中的励磁电流I），使电子在经过的路程l中恰好包含有整数个螺距h，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
因为?
?
很小，可以近似认为电子在均匀磁场中运动时，具有相同的轴向速度v//=由前述原理，通过改变励磁电流I，可以改变螺距h=
2πmeb
2euam
，
2euam
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
eua
得到mI（c/kg），其中
（L2+D2）2
k=n2ln×
1014，其中L为螺线管长度，D为螺线管直径，l为F1
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I，即平均值I=
I1+I2+I31+2+3
。
而为了抵消地磁场对实际测量造成的影响，每次测
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Vx，螺线管未通电流时，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，亮线开始转动，转过角度π
e
时，电子汇聚到一点，故可以获得电子荷质比m
=
8ual2
θ2
=cu2a，其中θ是bl
亮线转过的角度。
而l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
222（L+D）
k=n2ln=3.79×
107（sI）
（1）
I1=（I1’+I1’’）/2=0.420AI2=（I2’+I2’’）/2=0.845AI3=（I3’+I3’’）/2=1.272AI=
e
I1+I2+I31+2+3
=0.423A
ua
m
ee=（1+2.27%）850V标准
850V
=kI=1.80×1011c/kg
（2）
I1=（I1’+I1’’）/2=0.442AI2=（I2’+I2’’）/2=0.884AI3=（I3’+I3’’）/2=1.347AI=
e
I1+I2+I31+2+3
=0.446A
uaI
ee=（1+2.76%）m850Vm标准
2m950V
=k1.81×1011c/kg
【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
1.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e/m?
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。
3.试讨论l和I的测量对实验结果的影响。
答：
对于零电场法：
222（L+D）
=nm2lne
×1014×
uaI可以看出，如果l测量偏大，则最终的结果将偏小，反之偏大；如果I测量偏大，则最终的结果将偏小，反之偏大。
对于电场偏转法：
em
8ualθ2
8ualθ2
=
b=KIK是一个常数，可以看出，如果l测量偏大，则最终的结
果将偏小，反之偏大；如果I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
篇二：
电子荷质比的测定（实验报告）
大学物理实验报告
实验名称磁聚焦法测电子荷质比实验日期20XX-04-24实验人员袁淳（20XX02120406）
【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。
3.通过本实验加深对洛伦兹力的认识。
【实验仪器】
Fb710电子荷质比测定仪。
【实验原理】
当螺线管通有直流电时，螺线管内产生磁场，其磁感应强度b的方向，沿着螺线管的方向。
电子在磁场中运动，其运动方向如果同磁场方向平行，则电子不受任何影响；如果电子运动力向与磁场方向垂直，则电子要受到洛伦兹力的作用，所受洛伦兹力为：
F?
evb
将运动速度分解成与磁感应强度平行的速度
v//和与磁感应强度垂直的速度v?
。
v//不受洛伦兹力的影响，继续
沿轴线做匀速直线运动。
?
在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其方程为：
2
mv
F?
evb?
r
则
由阴极发射的电子，在加速电压u的作用下获得了动能，根据动能定理，
2
e2u
?
则2m（rb）
保持加速电压u不变，通过改变偏转电流I，产生不同大小磁场，保证电子束与磁场严格垂直，进而测量电子
v
e?
?
mrb
1
mv?
eu2
束的圆轨迹半径，就能测量电子的
r
m值。
32
4?
0nIb?
（）?
螺线管中磁感应强度的计算公式以
5R
数=130匝；R为螺线管的平均半径=158mm。
得到最终式：
表示，式中?
0=4?
×10
-7
h/m。
n是螺线管的总匝
e?
125?
uR2u12
?
?
?
3.65399?
10?
22?
c/kg?
?
2m?
32?
?
0nIrIr
测出与u与I相应的电子束半径，即可求得电子的荷质比。
r
【实验步骤】
—第1页共2页—
1.接通电子荷质比测定仪的电源，使加速电压定于120V，至能观察到翠绿色的电子束后，降至100V；2.改变偏转电流使电子束形成封闭的圆，缓慢调节聚焦电压使电子束明亮，缓慢改变电流观察电子束大小和
偏转的变化；
3.调节电压和电流，产生一个明亮的电子圆环；4.调节仪器后线圈的反光镜的位置以方便观察；
5.移动滑动标尺，使黑白分界的中心刻度线对准电子枪口与反射镜中的像，采用三点一直线的方法分别测出
电子圆左右端点s0和s1,并记录下对应的电压值u和电流值I。
6.
1
?
s1?
s0?
得到电子圆的半径，代入最终式求出m；根据r?
2
7.改变u、I得到多组结果，求出平均值，与标准值进行比较，求出相对误差e【实验数据】标准值em=1.75881962×1011（c/kg）
【数据处理过程】1.根据r?
1
?
s1?
s0?
计算出r2
，得到每个u和I对应的
r
2.
2u12
m?
3.65399?
10?
22根据
rI
计算出每个m，得到e/m=1.800×1011（c/kg）
3.
|m?
m|
?
100%=2.346%将得到的e/m与标准值进行比较，得到相对误差e=
m
电子束与磁场没有严格垂直导致误差；电子束具有一定宽度，导致测量误差；
测量者利用点一线法测半径时没有完全对齐导致随机误差；实验仪器精确度不够导致测量误差；
实验理论的不完善（如没有考虑电子的相对论效应）导致误差。
—第2页共2页—
【误差分析】
1.2.3.4.5.
篇三：
实验报告-磁聚焦法测定电子荷质比
实验报告
姓名：
班级：
学号：
实验成绩：
同组姓名：
实验日期：
20XX/03/31指导老师：
批阅日期：
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
磁聚焦法测定电子荷质比
【实验目的】
1、学习测量电子荷质比的方法。
2、了解带点粒子在电磁场中的运动规律及磁聚焦原理。
【实验原理】
1、电子在磁场中运动的基本参数
2、零电场法测定电子荷质比
=n2
3、电场偏转法测定电子荷质比
上海交通大学
*1014
=
【实验数据记录、结果计算】
?
数据记录系数：
K1==3.789*107
电子荷质比理论值：
x0==1.758*1011c/kg
实验数据：
?
数据处理与结果比较
x1=k
=1.766*1011c/kg
与理论值的相对误差=0.455%
x2=k
=1.778*1011c/kg
与理论值的相对误差=1.14%
电场偏转法测定电子荷质比：
x偏转板上加交流偏转电压：
上海交通大学
?
结果分析
用零电场法测出的电子荷质比和理论值分别相差了0.455%与1.14%。
尤其是850V情况下的结果，准确度较高。
用电场偏转法测电子荷质比时，在x偏转板上加交流偏转电压后，发现（）
相对理论值
普遍偏大，（）相对理论值普遍偏大。
且二者偏离的大小差不多。
现对螺旋线的起点位置进行大致估计：
由计算公式，得
=
*0.107=0.114m
=*0.123=0.114m
由此可见，螺旋线的起点位置大约在0.114m附近。
【问题思考与讨论】
1、为什么螺线管磁场要反向测量后求平磁感应强度来计算荷质比？
排除地磁场在螺线管轴线上的分量上的影响。
事实上，当螺线管是东西方向放置时，地磁场的轴向分量影响被消除了。
虽然地磁场通过螺线管沿管径向的分量会对电子的运动产生影响，但这个影响是十分微小的，且即使有影响，对正向反向的影响也是沿轴向对称的，也就是不会使得二者出现螺距上的差别。
2、如何判断一次聚焦、二次聚焦、三次聚焦？
如果显示屏上第二次显示一个点时的电流读数大约是第一次显示时的2倍左右，就说明前者为二次聚焦，后者为一次聚焦。
此由荷质比的实验推导式容易得到。
3、总结
这次实验中，由于操作较为缜密，而且对于数据的采取比较合理，使得在零电场测量荷质比时误差很小，比较满意，且取平均值运算也使得误差相对较小。
而用电场偏转法进行测
上海交通大学
量时，虽然因为系统上的误差（L中和L后）无法测到准确值，但在分别测量（）、（
）
时偏差都很小，而且在由此计算理论螺线起点位置时结果很统一，说明测量过程中的数据还是比较准确的。
另外，虽然我额外做了Y偏转板上接交流电压的实验数据记录，但因为无法知道Y板到
屏的距离，无法进行荷质比的准确计算。
但有一点可以肯定，那就是从实验数据来看，Y板必然比x板距离屏更远。
上海交通大学
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