电子荷质比实验报告.docx

1、电子荷质比实验报告电子荷质比实验报告 篇一：电子荷质比的测量 编号 学士学位论文 电子荷质比的测量 学生姓名：麦麦提江.吾吉麦 学 号： 系 部： 物理系 专 业： 物理学 年 级： 07-1班 指导教师： 依明江 完成日期： 年月日 中文摘要 电子荷质比的测量方法很多,主要用近代物理实验来测定,例如,有磁控管法、 汤姆逊法、 塞曼效应法、密立根油滴实验法及磁聚焦法等,各有特点准确度也不一样。 这文章中利用普通物理实验来进行测量，根据电荷在磁场中的运动特点， 利用电子束实验仪进行电子荷质比测定实验，分析了电子束的磁聚焦原理，通过对同一实验多组实验数据的分析处理，最后分析了产生实验误差的主要原因

2、。 关键词：磁聚焦；电子荷质比；螺旋运动 ；亮线段； 误差； 1 中文摘要 . 1 引言 . 3 1. 电子荷质比测量的简要历程 . 3 2. 电子在磁场中的运动 . 4 电荷在磁场中的运动特点.4 电子束的磁聚焦原理 . 4 电子荷质比的测量. 6 决定荧光屏上亮线段的因素 . 6 3.实验结果 . 8 产生实验误差的主要原因分析 . 10 地磁分量对实验结果的影响 . 11 光点判断不准对实验结果的影响 . 11 示波管真空度的影响 . 11 结论 . 12 参考文献 . 13 致谢 . 14 2 引言 （e/m）电子的电量与质量之比 称为电子荷质比。它是描述电子性质的重 要物理量。测定电

3、子荷质比有多种方法。如磁控管法、 汤姆逊法、 塞曼效应 法、密立根油滴实验法及磁聚焦法等。也可以用普通物理实验中的磁聚焦法。 为了更好地理解实验,下面进一步了解释实验中出现的现象。为此, 本研究运用经典电磁学和牛顿力学理论，加速电压不很高条件下，忽略其量子效应, 把电子当作经典粒子， 推导出电子荷质比的测量与计算公式,测量出了电子荷质比。 1电子荷质比测量的简要历程 自从1897年通过测定电子的荷质比发现电子以来,物理学家们就一直在追 寻电子电量与荷质比的精确测量,因为它们是最重要的基本物理常数之一.物理常数可分为物质常数与基本物理常数两大类,物质常数是与物质性质有关的一类常数,如沸点T、比热

4、C、电阻率?、折射率n等;而基本物理常数则与物质性质无关的、普适的一类常数,如真空中的光速c、基本电荷e、普朗克常数h、精细结构常数a等.基本物理常数在物理学中起着十分重要的作用,其中最具有重要意义和深刻含义的6个常数是万有引力常数G、真空中的光速c、普朗克常数h、电子荷质比e/me、基本电荷e和阿伏加德罗常数N0其中G、h、c是对物理基本理论起着十分重要作用的常数；e/me和e则标志着物质单元的基本特征.电子荷质比测量的主要方法与原理大致为3种,即偏转法、光谱分析法与核磁共振法,测量精度的提高集中反映了当代科学技术水平的进步.物理基本常数的测定在近代物理实验中是重要内容之一,它是培养提高学生

5、综合运用基本物理知识和创新能力十分重要的教学内容.在近代物理实验的教学研究中,我们本着不追求测量的精度,只注重培养学生综合运用基本物理知识和创新能力的提高。 3 2.电子在磁场中的运动 电子在磁场中的运动特点 电荷在磁场中运动时受到磁场力的作用 即洛仑兹力 ，其表达式为: F?qv?B（1） 式中: q为运动电荷的电量; v 为电荷运动的速度; B为电荷所在处的磁感应 强度F 的大小由f?qvBsin?(?是 与 之间的夹角) 决定, 方向由v?B 来决 定由于洛仑兹力在电荷运动方向上的分量永远为零, 因此不做功, 不能改变运动电荷速度的大小。如果运动电荷的速度方向与磁场方向垂直, 则运动电荷

6、在磁场中做匀速圆周运动, 如果运动电荷的速度方向与磁场方向成一定夹角, 则运动电荷在磁场中将做螺旋运动 . 电子束的磁聚焦原理 在示波管外的磁聚焦螺线管线圈上加上电压, 通以励磁电流I, 则在螺线管线圈轴线方向( 图1中的Z轴方向) 产生均匀磁场B, 电子束进入示波管 中第一阳极后, 即在均匀磁场中运动设电子以速度v与B成角度? 进入均匀 ?磁场中, 可将速度v 分解为与磁场方向垂直和平行的两部分， 垂直分量为 v?vsin?使电子产生垂直z轴方向的匀速圆周运动； 而平行分量为vvcos?， 使电子产生z轴方向的匀速直线运动两种运动的合成, 使电子产生（图 2）沿轴方向的螺旋线运动, 其螺距为

7、: 2?R2?mv?h?vT?vv?eB(2) 式中: T为匀速圆周运动的周期, R为匀速圆周运动的半径, e为电子电量, m为电子质量 4 篇二：电子荷质比的测定 电 子 荷 质 比 的 测 定 班级：20XX级物理学（国家基地）姓名： 叶君 学号：20XX261025 日期：20XX-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

8、周半径R： 及 （） （） 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 () 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

9、条螺线的螺距并且由()可以得出 。 （） （） 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（）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

10、之间加以电压 ，使阴极发射的电子加速。设阳极热电子 之间的 脱离阴极K后沿磁场方向的初速度为零。设阴极K与阳极电场加速后，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： （） 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（）代入式（）， 则 由式（ ）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。

11、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，会使地在荧光屏上看到第二、第三次聚焦。当 或 ，相应 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（）变换成式（）： （） 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() 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（） （） 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。

12、为此，式（）可改写为式（）： （） 代入式（），得 （） 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10

13、00V、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 螺线管的长度L=296mm 螺线管直径D= 线圈匝数N=4141 示波管阳极到荧光屏的距离d= 3.数据处理 将各数据代入公式 平均值为1011Ckg 算出标准差为1011Ckg 得出电子的荷质比 所以电子的荷质比为（?）1011Ckg ? 实验结论 实验测得的电子的荷质比为：（?）1011Ckg ? 误差分析 1. 电子束与磁场没有严格垂直导致误差； 2. 电子束具有一定宽度，导致测量误差； 3. 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； 4. 实验仪器精确度不够导致测量误差； 5. 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。 篇三：大学物理实验报告测定金属荷质比与逸出功 表20-2 数据记录表 电子荷质比实验报告 0 0 0 0 0 0