电子逸出功与荷质比的测定

金属电子逸出功的测量金属中存在大量的自由电子，但电子在金属内部所具有的能量低于在外部所具有的能量，因而电子逸出金属时需要给电子提供一定的能量，这份能量称为电子逸出功。

研究电子逸出是一项很有意义的工作，很多电子器件都与电子发射有关，如电视机的电子枪，它的发射效果会影响电视机的质量，因此研究这种材料的物理性质，对提高材料的性能是十分重要的。

实验目的1．用里查逊(Richardson)直线法测定钨的逸出功；2．了解热电子发射的基本规律；3．学习避开某些不易测常数而直接得到结果的实验方法；4．学习测定电子荷质比的方法；5．测定电子荷质比。

实验仪器W—Ⅲ型金属电子逸出功测定仪，理想二极管，螺线管、导线等实验原理电子从金属中逸出，需要能量。

增加电子能量有多种方法，如用光照、利用光电效应使电子逸出，或用加热的方法使金属中的电子热运动加剧，也能使电子逸出。

本实验用加热金属，使热电子发射的方法来测量金属的电子逸出功。

图1 热电子发射电路图图2 二极管的电子电流曲线如图1所示，若真空二极管的阴极(用被测金属钨丝做成)通以电流加热，并在阳极上加以正电压，在连接这二个电极的外电路中将有电流通过。

这种电子从加热金属线发射出来的现象，称为热电子发射。

电流的大小主要与灯丝温度及金属逸出功的大小有关，灯丝温度越高或者金属逸出功越小，电流就越大。

二极管的电子电流曲线如图2所示。

研究热电子发射的目的之一，是选择合适的阴极材料。

诚然，可以在相同加热温度下测量不同阳极材料的二极管的饱和电流，然后相互比较，加以选择．但通过对阴极材料物理性质的研究来掌握其热电子发射的性能，是带有根本性的工作，因而更为重要。

热电子发射与发射电子的材料的温度有关，因为金属中的自由电子必须克服在金属表面附近的电场阻力做功才能逸出金属表面，这个功叫逸出功。

不同金属材料逸出功的值是不同的。

此外，热电子发射还与阴极材料有关。

因为各种金属材料具有不同的表面逸出功，因而在阴极温度相同时，若材料不同，其发射的电子数也是不等的。

实验 磁聚焦法测定电子荷质比19世纪80年代英国物理学家J.J 汤姆逊在剑桥卡文迪许实验室做了一个著名的实验：将阴极射线受强磁场的作用发生偏转，显示射线运行轨迹的曲率半径；并采用静电偏转力与磁场偏转力平衡的方法求得粒子的速度，结果发现了“电子”，并测定出电子的电荷量与质量之比为: 1.7×1011C/Kg 对人类科学做出了重大的贡献。

1911年密立根又测定了电子的电量，这样就可以间接地计算出电子的质量，这进一步对电子的存在提供了实验证据，从而宣告原子是可以分割的。

所以电子荷质比的测定实验，在近代物理学的发展史中占有极其重要的地位。

当然测量电子荷质比的方法有磁聚焦法、磁控管法、汤姆逊法等，经现代科学技术的测定电子荷质比的标准值是：Kg C /10759.111 。

本实验采用磁聚焦法。

【实验目的】1.学习测定电子荷质比的一种方法。

2.了解电子束发生电偏转、磁偏转、电聚焦、磁聚焦的原理。

3.了解示波管的构造和各电极的作用。

【实验原理】1.示波管的简单介绍本实验所用的8SJ31J 型示波管的构造如图1所示。

灯丝F 通电以后发热，用于加热阴极K 。

阴极是个表面涂有氧化物的金属圆筒，经灯丝加热后温度上升，一部分电子脱离金属表面，成为自由电子发射，自由电子在外电场作用下形成电子流。

栅极G 为顶端开有小孔的圆筒，套装于阴极之外，其点位比阴极为低。

这样，阴极发射出来的具有一定初速度的电子，通过栅极和阴极间形成的电场时电子减速。

初速度大的电子可以穿过栅极顶端小孔射向荧光屏，初速度小的电子则被电场排斥返回阴极。

如果栅极所加电压足够低，可使全部电子返回阴极，而不能穿过栅极的小孔。

这样，调节栅极电位就能控制射向荧光屏的电子流密度。

打在荧光屏上的电子流密度大，电子轰击荧光屏的总能量大，荧光屏上激发的荧光就亮一些，反之，荧光屏就不发光。

所以调节栅极和阴极之间的电位差，可以控制荧光屏上光点的亮度，这就是亮度调节或称为辉度调节。

电子荷质比的测量（88）学生：张培PB07013024一、实验名称：电子荷质比二、实验目的：1、掌握电子的荷质比测量的原理；2、测定电子的荷质比。

三、实验原理电子质量的直接测出较难，相比之下，电子的荷质比的测量要容易的多，故测出荷质比后，根据电量，推算出电子的质量。

在实验中，细光束管中的电子通过一个电位差U而得到速度v，由于亥姆霍兹线圈产生的磁场B垂直于电子的运动方向，故洛伦兹力成为向心力使电子做半径为r的圆周运动。

可推算出计算公式为：ε=e/m e=2·U/(B2·r2)。

亥姆霍兹线圈对中的磁场B与电流I成线性关系，即B=kI，实验中已给出该亥姆霍兹线圈B与I的对应数值四、实验仪器①细光束管；②亥姆霍兹线圈及测量设备；③两块万用表；④管电压源；⑤直流电源。

五、原始数据（一）r=4cm (二)U=300VU-I图表r-I图表U（V)I(A) Array 300 1.77290 1.74280 1.7270 1.68260 1.64250 1.61240 1.54230 1.49220 1.44210 1.39200 1.34190 1.28180 1.23170 1.18160 1.12150 1.06（三）I=2.00A附录：该亥姆霍兹线圈的B 与I 的关系，六．数据处理1. r=4cm改变加速电压U ，记录I ，由式222e um B rε==-计算电子荷质比ε。

（1）由附录所给数据计算B kI =斜率k 。

.B /m TI/A[2008-10-15 22:36 "/Graph4" (2454754)] Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * Xr(cm) U(V) 4.5 458 4 356 3.5 261 3 192 2.5150B-I 曲线Parameter Value Error------------------------------------------------------------ A -0.012 0.03455 B 0.67257 0.01774------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------ 0.99861 0.03711 6 <0.0001由B kI =和此式对应得，k ≈0.672310-⨯/T V（2）由实验所测数据结合公式2U=I α，计算α值。

第4章 基础实验 25实验4.5 电子荷质比的测量19世纪80年代英国物理学家J.J 汤姆孙（J.J.Thomson ）于1987年通过测量荷质地发现电子。

电子荷质比e /m 是一个重要的物理常数，其测定在物理学发展史上占有很重要的地位。

电子荷质比的测量方法有很多，如磁聚焦法、磁控管法、伏安特性法、汤姆孙法等。

【实验目的及要求】1．掌握各种电子荷质比的测量原理及方法。

2．测定电子的荷质比。

【参考资料】1．孟祥省，李冬梅，姜琳．大学普通物理实验．济南：山东大学出版社，2004．2．江影，安文玉.普通物理实验．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003．【提供的主要器材】根据设计方法的不同自行选择仪器（EB-III 型电子束实验仪、W-Ⅲ型电子逸出功测定仪等）。

【实验预备知识】1．磁聚焦法参考本教材的实验3.6电子束的磁偏转。

2．磁控管法将理想二极管的阴极通以电流加热，并在阳极外加以正电压，在连接这两个电极的外电路中将有电流通过。

将理想二极管置于磁场中，二极管中径向运动的电子将受到洛仑兹力的作用而作曲线运动。

当磁场强度达到一定值时，做曲线运动的径向电子流将不再能到达阳极而“断流”。

只要实验中测出使阳极电流截止时螺线管的临界磁场B C ,就可以求出电子的荷质比e /m 。

这种测定电子荷质比的方法称为磁控管法。

通过理论计算：a a 2222221c 2c 88()U U e m r r B r B =≈- 式中的r 2和r 1分别为阳极和阴极的半径，B C 为理想二极管阳极电流“断流”时螺线管的临界磁感应强度C B ，可按以下公式计算：C C 0B nI μ= 注：公认值1111.7610C kg e m-=⨯26大学物理实验3．正交电磁场法（汤姆孙法）测定电子荷质比正交电磁场法测定电子荷质比，即英国物理学家J.J.汤姆孙（J.J.Thomson，1856－1940）于1897年在英国卡文迪许实验室测定电子荷质比的实验方法（因为此项工作，汤姆孙于1906年获诺贝尔物理学奖）。

西北工业大学近代物理实验报告班级：11051401姓名：刘沛宇学号：2014302882日期：2016.10.25实验6电子逸出功与荷质比的测定一、实验目的1、了解热电子发射的基本规律，验证肖脱基效应；2、学习用理查森直线法处理数据，测量电子逸出点位；3、了解磁控原理，利用磁控法测定荷质比。

二、实验仪器（名称、型号及参数）LB-MEP-PC金属电子逸出功测定仪。

仪器内附有12位A/D转换器的计算机接口，经过计算机接口处理，运行“逸出功”或“荷质比”的实验软件，在计算机屏幕上将所测得的电流、电压等变化曲线实时显示。

实验测量线路原理如下图1所示：图1实验测量线路图三、实验原理基础概念：热电子发射：在一个真空玻璃管中装上阴极和阳极，阴极由金属丝做成。

在阴极上通过电流使之加热，在阳极上加以高于金属丝的正电位，这样在连接着两个电机的外电路中就有电流流过。

电子可以从加热了的金属丝中逸出，这就叫做热电子现象。

一、电子逸出功的测量根据量子论，原子内电子的能级是量子化的。

在金属内部运动者的自由电子遵循类似的规律：①金属中自由电子的能量是电子化的；②电子具有全同性，即各电子是不可区分的；③能级的填充状况太符合泡利不相容原理。

由于金属表面存在一个电子-正电荷电偶层，阻碍电子从金属表面逸出，因此金属表面与外界之间有位能壁垒W。

电子要从金属中逸出，就必须具有至少大于W的动能来客服电偶层的阻力作用，这个功就叫做电子的逸出功。

又因为电能能量分布服从费米-狄拉克分布，因此热电子发射可以用提高阴极温度的办法来改变电子的能量分布，服从S.Dushman公式如下：I为热电子发射的电流强度；S为阴极金属的有效发射面积；T为热阴极绝对温度；k e为玻尔兹曼常数；A为与阴极化学纯度有关的系数。

对于各个量的处理方法，如下：A直接与金属表面对发射电子的反射系数有关，而反射系数又与金属表面的化学纯度有很大关系，其数值决定于位能壁垒。

因金属表面不够洁净，并且金属表面粗糙，因此A和S 两个量很难测定。

实验6—2 电子荷质比的测定电子电荷e 和电子质量m 之比e m 称为电子荷质比，它是描述电子性质的重要物理量。

历史上就是首先测出了电子的荷质比，又测定了电子的电荷量，从而得出了电子的质量，证明原子是可以分割的。

测定电子荷质比有多种不同的方法，如磁聚焦法、磁控管法、汤姆逊法及双电容法等，该实验是利用纵向磁场聚焦法测定电子荷质比。

【实验目的】1. 研究带电粒子在磁场中聚焦的规律。

2. 掌握测量电子荷质比的一种方法。

【实验原理】1. 电子射线的磁聚焦原理将示波管（其结构如图6-2-1所示）的第一阳极A 1、第二阳极A 2及水平和垂直偏转板全连在一起，相对于阴极板加一电压2U ，由于该电压和栅极电压构成一定的空间电位分布，使得由阴极发射的电子束在栅极附近形成一交叉点，随后电子束又散射开来。

这样电子一进入A 1后，就在零电场中作匀速运动，发散的电子束将不再会聚，而在荧光屏上形成一个面积很大的光斑。

若在示波管外套一个通电螺线管，在电子射线前进的方向产生一个磁感应强度为B的均匀磁场，在均匀磁场B 中以速度v运动的电子，受到的洛仑兹力m F 为m F ev B =-⨯(6-2-1)图6-2-1 示波管结构示意图大学物理实验204 当v和B平行时，洛仑兹力等于零，电子的运动不受磁场的影响。

当v和B垂直时，mF 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，如图6-2-2(a)所示。

根据牛顿定律2m v F evB m R== (6-2-2)电子运动的轨道半径为mvR eB= (6-2-3) 电子绕圆一周所需时间（周期）T 为：22R mT v eBππ==(6-2-4) 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，但速度大的电子轨道半径R 也大。

因此，已经聚焦的电子射线，绕圆一周后又将会聚到一点。

在一般情况下，电子的速度v 与磁感应强度B 之间成一角度θ，这时可将v分解成与B 平行的轴向速度//(cos )v v θ=和与B垂直的径向速度v ⊥)sin (θv =两部分，如图6-2-2(b)所示。

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2010-04-24实验人员袁淳(200902120406)【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：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。

⊥v在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其方程为：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，则保持加速电压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，进而测量电子束的圆轨迹半径r ，就能测量电子的m e 值。

螺线管中磁感应强度的计算公式以RNI B 023)54(μ⋅=表示，式中0μ=4π×10-7H/m 。

N 是螺线管的总匝数=130匝； R 为螺线管的平均半径=158mm 。

得到最终式：()()kg C rI U NIr UR m e /1065399.3321252212202⋅⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=μ 测出与U 与I 相应的电子束半径r，即可求得电子的荷质比。

【实验步骤】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)(2rB Um e =eU mv =221evB F =r mv evB F 2==rBe ν=m2. 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S 0和S 1,并记录下对应的电压值U 和电流值I 。

实验8 电子荷质比的测定电子比荷（荷质比，e/m ）首先由英国物理学家J.J.汤姆逊（J.J.Thomson. 1856-1940）于1897年在英国剑桥卡文迪许实验室测出的。

并因此于1906年获诺贝尔物理学奖。

在物理学中，测定电子比荷的实验方法有多种，但都是采用电场、或磁场、或电场和磁场来控制电子的运动，从而测定电子的荷质比。

本实验是采用由亥姆霍兹线圈产生的磁场，控制洛仑兹力管中电子的运动，测定电子荷质比的。

一、实验目的1、观察电子束在电场作用下的偏转。

2、观察运动电荷在磁场中受洛仑兹力作用后的运动规律。

3、 测定电子的比荷。

4、 加深对相对论的理解。

二、预习问题1、 电子在磁场中运动时所受洛仑兹力的方向及运动轨迹。

2、 相对论理论，物体的质量与运动速度的关系。

3、 亥姆霍兹线圈的结构。

4、 开始通电前，仪器面板上各控制开关和旋钮应放在什么位置上？5、 在转换线圈电流前，应先将线圈电流值调到多少？为什么？6、 实验结束后，将阳极电压和线圈电流调到多少？偏转电压开关和线圈电流开关都拨到什么位置上？三、实验仪器DH4520型电子荷质比测定仪包括：洛仑兹力管、亥姆霍兹线圈、供电电源和读数标尺等部分。

如图1所示。

1、洛仑兹力管：洛仑兹力管又称威尔尼管如图2所示，是本实验仪的核心器件。

它是一个直径为153mm 的大灯泡，泡内抽真空后，充入一定压强的混合惰性气体。

泡内装有一个特殊结构的电子枪，由热阴极、调制板、锥形加速阳极和一对偏转极板组成，如图3所示。

经阳极加速后的电子，经过锥形阳极前端的小孔射出，形成电子束。

具有一定能量的电子束与惰性气体分子碰撞后，使惰性气图1 DH4520型电子荷质比测定仪体发光，从而使电子束的运动轨迹成为可见。

2、亥姆霍兹线圈：亥姆霍兹线圈是由一对绕向一致，彼此平行且共轴的圆形线圈组成。

如图4所示。

当两线圈正向串联并通以电流I ，且距离a 等于线圈的半径r 时，可以在线圈的轴线上获得不太强的均匀磁场。

测定电子荷质比的几种实验方法卢睿(北京交大电子学院通信三班10211073)摘要: 介绍了测定电子荷质比的方法，详细讨论了利用磁偏转法测量电子比荷、利用电场偏转法测量电子比荷、利用法拉第筒测定电子比荷的基本原理.更加深入地了解了测量电子荷质比的实验原理.关键词: 电子荷质比测定带电粒子近代物理学微观粒子一、引言电子的发现，不仅使人类对电现象有了更本质的认识，还打破了原子是不可再分的最小单位的观点．带电粒子的电荷量与质量的比值叫荷质比，简称比荷，是带电微观粒子的基本参量之一，荷质比的测定在近代物理学的发展中具有重大的意义，是研究物质结构的基础．电子的荷质比是由英国的物理学家汤姆生在1897年于英国剑桥大学卡文迪什实验室在对“阴级射线”粒子的荷质比的测定中首先测出的，在当时这一发现对电子的存在提供了最好的实验证据．而就现在看，测定荷质比的方法很多，我们分别进行讨论．二、实验方法原理介绍（1）利用磁偏转法测量电子比荷汤姆孙用来测定电子比荷的实验装置如图1所示，真空管内的阴极K发出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A’中心的小孔沿中心轴O’O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P 间的区域．当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点．加上偏转电压U后，亮点偏离到O’点(O’点与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计)．此时，在P和P’间的区域，再加上一个方向垂直与纸面向里的匀强磁场，调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向的长度为L ，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2(如图1所示)．当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心0点，设电子的速度为v,则evB=Ee，得v=E/B，即v=/Bb．当极板间仅有偏转电场时，电子以速度进入后，在竖直方向上做匀加速运动，加速度为a=eU/mb，电子在水平方向做匀速直线运动，在电场内的运动时间t1=L1/v，这样电子在竖直方向上偏转的距离为d=at^2/2=eL^2U/2mv^2b．离开电场时竖直向上的分速度为Vy=at1= eL U/mvb，电子离开电场后做匀速直线运动，经t2到达荧光屏，有t2=L2/v ，t2时间内向上运动的距离为d2=Vyt2=eUL 1L2/m b，这样电子总偏转距离为d=eUL1(L1+2L2)/2mv^2b，可解得e/m 2=2Ud/B^2bL1(L1+2L2)．电子在PP’间做匀速直线运动时有：eE=Bev；E=u/b，当电子在PP 间磁场中偏转时有：Bev=mv^2/r，同时又有：Ll= rsinθ，可得e/m=Usinθ/B^2bL1．(2)利用电场偏转法测量电子比荷如图3所示，真空玻璃管内，阴极K发出的电子经过阳极A与阴极K之间的高压加速后，形成一细束电子流，以平行于平板电容器极板的速度进人两极板C、D间的区域．若两极板C、D间无电压，电子将打在荧光屏上的0点；若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O点．已知极板的长度为l=5.00cm，C、D间的距离d=1.5cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离L=12．50cm，U=200V，B=0.00063T,P点到0点的距离y=3.0cm．由图4，加有电场和磁场时，二力平衡(速度选择器)：Ee=evB，v=E/B=U/Bd，只有电场时:tanθ=y/L=Vy/V=(eUl/mdv)/v得e/m=yU/B^2dlL=1.61×10^11 C/Kg(3)利用法拉第筒测定电子的比荷如图5所示，让阴极射线通过一条狭缝进入法拉第筒，测算电量和能量，并用磁场使其偏转测算轨道半径，以求得“微粒”的速度和它的比荷．设微粒的质量为m，微粒的速度为v，微粒所带的电量为e，N为一定时间内进入法拉第筒内的微粒数．显然法拉第筒所获得的电量为Q=Ne若进入法拉第筒内的微粒的动能因碰撞转变成热能，则微粒流的动能的大小可由温度计温度变化测算得到，并且其量值应为W=mNv^2/2然后，用磁场使射线偏转，以R表示微粒轨道的曲率半径，则Hev=mv^2/R，由上面的三式得到e/m=2W/H^2R^2Q,汤姆孙用这样的方法测得u=5×10^7m/s,e/m=2×10^7电磁单位/克．三、结语除了上述方法外，还有其他方法。

實驗一電子荷質比的測定(Measurement of the electriccharge to mass ratio)利用電子(electron)在均勻磁場(uniform magnetic field)中作等速率圓周運動(constant speed circular motion)，測定電子的荷質比(charge to mass ratio)。

實驗二光電效應－蒲朗克常數的測定(Photoelectric effect－Measurement of the Planck Constant)觀察光電效應(photoelectric effect)的各種現象，並利用其測定蒲朗克常數(Planck constant)。

實驗三電子儀器量側(Oscilloscope and function generator)認識示波器(oscilloscope)及函數信號產生器(function generator)，並學習兩種儀器之使用。

實驗四密立根油滴實驗(Millikan oil drop experiment)1.測量基本電荷量e值（electric charge）。

2.證明電荷的量子性（quantization）。

實驗五太陽能電池特性曲線(Characteristic curves of a solar cell)1.認識太陽能電池及其發電原理，並繪製太陽能電池的特徵曲線（characteristic curve of a solar cell）。

2.證明照明強度（irradiance）與距離（distance）成反比（inverse proportion）。

3.探討光線以不同角度（different incident angle）照射太陽能電池時，其照度與功率的變化情形。

4.觀察在不同溫度（different working temperature）的情況下，太陽能電池的工作情形。

實驗六電學法拉第實驗(Faraday’s law of electromagnetic induction)1.利用兩種偵測線圈（Detector coil）來探測場線圈（Field coil）的磁場（magnetic field）變化，並藉由感應電動勢（induced electromotive force）的量測與理論值的比較來驗證法拉第感應定律（Faraday’s Law）。

专业：应用物理题目：电子荷质比的测定实验目的（1）掌握测定e/m值的两种方法；（2）了解电子射线的电聚焦和磁聚焦。

实验仪器理想二极管、GPS-2303C直流稳压电源（两路，0-30V,3A）,SS1792C直流稳定电源（0-60V, 3A），直螺线管，数字万用表UT803（U A表），数字万用表UT803（伏特表），安培表（0~2A,0.5级），安培表（0~1.5A,0.5级），换向开关，导线等。

DHB-B型电子荷质比测定仪（由测试仪主机、测试仪电源和螺线管直流电源三大部分组成）。

实验原理1.磁控管法：用来测量e/m的磁控管是一个具有轴向灯丝的真空二极管。

将它置于一个沿轴向均匀的外磁场中，则灯丝阴极发射的电子将在电场和磁场的共同作用下运动。

原理示意图如图所示。

不加磁场时，管内电子运动轨迹如图所示增大励磁电流IH,磁场增大，电子轨迹逐渐偏转，B达到某一值时（IH=IC）电子轨道与屏极相切，这时电子刚好不能到达屏极，于是屏流Ia突然下降为零。

这个状态称临界状态。

(b)I H<T c(c)1H=I Q J H-临界状态下丄加之2联立上式可得（SI制） 半，卩o =4n x10-7Wb/(A ・m ) Ic 为电流强度（A ），代入可得毋匸碇其中n 为单位长度上线圈的匝数（1/m ）,0为螺线管中心对管口平均直径D 的张角的电子在第一阳极A1（由F 电位器控制，起聚焦作用）和第二阳极A2（由V 电位器控制，起加速和辅助聚焦作用）的电场作用下被聚焦和加速，在A2和偏转板交界D 点处形成一束很细的电子流，到达荧光屏而出现一小亮点，形成电聚焦。

假如在垂直（或水平）偏转上施加交流电压，则在偏转板间形成一交变电场。

电子束在此电场的作用下获得垂直于射线管轴线方向的速度。

此时，荧光屏上的效果则是光点作垂直（或水平）的周期振动，若交变电压的频率稍高，屏上就呈现一垂直（或水平）的亮线。

若再加入平行于轴的磁场，电子的轨迹便为一条沿轴方向的螺旋线 式中Va 为加在二极管上的屏压，BC 为临界磁感强度，rp 是二极管的阳极内径。

电子荷质比测定实验具体内容与要求1、理解电子束实验仪面板上各个旋钮的作用，并能够正确使用。

2、主要实验内容包括四部分：电聚焦、电偏转、磁聚焦和磁偏转。

要求正确使用电子束实验仪和数显直流稳压源、完整记录测量数据（包括有效数字和单位）。

3、通过用直角坐标纸作图及求直线的斜率，求得电偏转和磁偏转的灵敏度。

4、正确计算电子的荷质比。

预习基本要求1、了解示波管的结构和工作原理。

2、明白电聚焦、电偏转和磁聚焦、磁偏转的主要原理、需要测量和记录的物理量。

3、理解电偏转和磁偏转灵敏度的含义和测量、计算方法。

4、理解通过磁聚焦测量电子荷质比的原理。

通过查表计算出电子荷质比的理论值。

常见问题与解答1、实验过程中有时会出现找不到光点（光斑）的情况，可能的原因和解决的办法如下：（1）亮度不够。

解决的办法是适当增加亮度。

（2）已经加有较大的电偏电压（x方向或和y方向），使光点偏出示波器的屏幕。

此时应通过调节电偏转旋钮，使偏转电压降为零。

2、在进行负向电偏转实验时，外接电压表指针会反向偏转，造成无法读数。

这时要将电压表的两个接线端对调，同时电压的测量结果要加负号。

预习思考题1、示波管主要是由哪几部分组成的？各部分的功能是什么？2、用什么方法能使电子束偏转？3、用什么方法能使电子束聚焦？4、电偏转灵敏度与哪些因素有关？5、磁偏转灵敏度与哪些因素有关？6、如何发现和消除地磁场对测量电子荷质比的影响？实验注意事项1、接通电子束实验仪电源后，严禁用手触摸面板上的金属接线头，以防高压电击。

2、正确选择外接电压表的量程，测U1和U2时用1500V量程，测电偏转电压时用100V量程。

3、开启和关闭外接直流稳压电源前，必须将输出电压调为零，以免自感电动势损坏稳压电源。

设计性实验十 测定电子荷质比实验目的1．了解热电子发射(thermal emission)的概念。

2．理解磁控法测量电子荷质比(charge to mass ration)的原理。

3．加强学生作图法处理实验数据的训练。

4．训练学生用计算机软件采集和处理实验数据。

实验过程中重点学习内容1．热电子发射的概念。

2．磁控法测量电子荷质比的原理。

3．磁控法测量电子荷质比计算机软件原理。

实验原理若真空二极管的阴极（用被测金属钨丝做成）通以电流加热，并在阳极外加以正电压时，在连接这两个电极的外电路中将有电流通过。

如图1所示：这种电子从热金属丝发射的现象，称热电子发射。

图1 热电子发射 图2与成线性关系a U 2cI 如果将理想二极管置于磁场中，二极管中径向运动的电子将受到洛仑兹力的作用而作曲线运动。

当磁场强度达到一定值时，作曲线运动的径向电子流将不再能达到阳极而“断流”。

我们将利用这一现象来测定电子的荷质比。

此种方法称为磁控法。

在单电子中，从阴极发射出质量为m 的电子的动能应由阳极加速电场能eUa 和灯丝加热后电子“热激发”所具有能量E 两部分构成，根据能量守恒定律有：E eU m a +=221υ ---- (1) 电子在磁场的作用下做半径为R 的圆周运动，应满足 B e Rmυυ=2------ (2)而螺线管线圈的磁感强度B 与励磁电流(field current)I s 成正比 ------ (3)s I K B '=由(1)， (2)， (3)式可得：2'222K R m e I e E U sa ××=+ ------ (4)设：K 2'22K R m e ××= ----- (5) （K 为一—常量）并设阳极内半径为r ，阴极（灯丝）半径忽略不计，则处于临界状态下有：R=2r；，阳极电压与关系可写为：c s I I =a U c I eE KI U c a −=2----- (6)显然与成线性关系。