磁聚焦法测电子荷质比完整版

实验1磁聚焦法测电子荷质比一、基本教学要求1.了解示波管的结构；2.用磁聚焦法测量电子荷质比。

二、实验原理真空中的电子在磁场中运动，垂直于磁场的速度分量使电子束作圆周运动，平行于磁场的速度分量作匀速直线运动。

螺距////2v eBmT v h π==，且平行于磁场的速度由加速电压获得：22//21eV mv =， 可见电子在均匀磁场中运动时，具有相同的轴向速度，但由于θ角度不同，径向速度将不同。

因此它们将作半径不同、螺距相同的螺旋线运动。

经过时间T 后，在//2v eBmh π=的地方聚焦。

m eB =ω，则//v Sm eB ⋅=φ，因为////2v eB m T v h π== 所以hSπφ2=(S 为没有磁场时的电聚焦点到荧光屏的距离) 由螺距表达式得hB v m e //2π=，把h S πφ2=和meV v 2//2=代人得：222)(2B S V m e φ⨯=，薄螺线管公式计算（电磁学中有推导）:)cos (cos 2120ββμ-=nI B式中，270/104A N -⨯=πμ，也就是真空中的磁导率；n 为螺线管单位长度线圈的匝数。

设螺线管的长度为L ，螺线管的平均直径为D ，并认为电子束聚焦磁场均匀，且都与螺线管的轴线中点O 的磁场强度相等，则22020cos 22DL nILnIB +==μβμ则22202222222)(2)(2S I ND L S V B S V m e φμφ⨯+⋅=⋅= 其中270/104A N -⨯=πμ为真空中的磁导率。

三、实验内容方法1: 根据πφ2=时，h S =，可根据22142222102SI V h N D L m e ⋅⨯+=-计算电子比荷，实验证明不同的磁聚焦过程对应不同的螺距。

1.光斑模式打到点a.等电位法： A 1、A 2都接地。

选取加速电压，调栅压至合适的亮度。

打开励磁电源，调节励磁电流由斑到点，则mm h 230=。

且随栅压的增大，螺距减小，有约5mm 的变化范围。

工作报告-实验报告-磁聚焦法测定电子荷质比报告摘要：本实验利用磁聚焦法测定了电子的荷质比。

实验中通过测量电子在磁场中的运动半径和电压的关系，得到了电子的荷质比值。

实验结果表明，电子的荷质比值与理论值较为接近，验证了磁聚焦法测定电子荷质比的准确性。

实验目的：1. 了解磁聚焦法测定电子荷质比的原理；2. 掌握实验中所使用的仪器和设备的操作方法；3. 测量并计算电子的荷质比。

实验原理：磁聚焦法是一种测定电子荷质比的方法。

其原理是，将电子束通过磁场，根据电子的动量和电荷情况，可以确定电子的荷质比。

实验器材和仪器：1. 电子束管；2. 磁场装置；3. 高压电源；4. 毫安表；5. X-Y示波器。

实验步骤：1. 打开仪器电源，调整高压电源，使电子束管产生稳定的电子束；2. 将电子束管放入磁场装置中，调整磁场强度，使电子在磁场中运动并聚焦；3. 在示波器上观察电子束的轨迹，并调整磁场强度和方向，使电子束呈现完整的稳定的轨迹；4. 测量电子束在不同电压下的轨迹半径，并记录数据；5. 根据测得的半径和电压数据，计算电子荷质比的平均值。

实验结果分析：通过实验测量得到的电子荷质比值与理论值较为接近，说明使用磁聚焦法测定电子荷质比的方法是准确可靠的。

存在的问题和改进措施：1. 实验中可能存在测量误差，如由于人为操作不精细、仪器的误差等原因导致的数据偏差。

下次实验可以提高操作的精确度，并使用更加精密的仪器进行测量，以减小误差；2. 实验中的磁场调整可能需要更多的时间和经验，以确保电子束的稳定和聚焦效果。

下次实验可以提前进行磁场调整的练习，以提高调整的准确性和效率。

结论：本实验利用磁聚焦法测定电子荷质比的方法，得到了与理论值较为接近的结果。

通过本实验的实践操作，加深了对磁聚焦法的理解和应用，提高了实验操作的能力。

用磁聚焦法测定电子荷质比实验报告用磁聚焦法测定电子荷质比实验报告引言：电子荷质比是物理学中的一个重要常数，它描述了电子的电荷与质量之间的比值。

测定电子荷质比的实验方法有很多种，其中一种常用的方法是磁聚焦法。

本实验旨在通过磁聚焦法测定电子荷质比，并探讨实验过程中的一些关键问题。

实验原理：磁聚焦法是通过磁场对电子进行聚焦，从而测定电子荷质比的一种方法。

在磁场中，电子受到洛伦兹力的作用，其运动轨迹会发生偏转。

通过调节磁场强度和电场强度，使得电子在磁场中运动的轨迹与电场的方向相交，从而实现对电子的聚焦。

根据电子的速度和轨道半径的关系，可以计算出电子的荷质比。

实验装置：本实验所使用的装置主要包括电子枪、磁场和电场装置以及荧光屏。

电子枪产生一束高速电子，磁场和电场装置用来调节电子的运动轨迹，荧光屏用来观察电子束的聚焦情况。

实验步骤：1. 将实验装置搭建好，并接通电源。

2. 调节电子枪的电压和电流，使得电子枪能够产生一束稳定的电子束。

3. 调节磁场的强度，使得电子束在磁场中发生偏转。

4. 调节电场的强度，使得电子束在电场中与磁场的方向相交。

5. 观察荧光屏上的电子束图像，调节磁场和电场的强度，使得电子束能够聚焦在一个点上。

6. 记录磁场和电场的强度，以及荧光屏上电子束的聚焦位置。

7. 重复实验多次，取平均值，并计算电子荷质比。

实验结果与讨论：通过多次实验，我们得到了不同磁场和电场强度下的电子束聚焦位置。

根据电子的速度和轨道半径的关系公式，我们可以计算出电子的荷质比。

在实验中，我们发现磁场和电场的强度对电子束的聚焦效果有很大的影响。

当磁场和电场的强度适当时，电子束能够聚焦在一个点上，从而得到准确的电子荷质比值。

然而，在实际操作中，我们也遇到了一些困难和误差。

首先，由于实验装置的精度限制和环境因素的影响，我们无法完全消除系统误差。

其次，电子束的聚焦位置的测量也存在一定的误差，可能会影响到最终结果的准确性。

因此，在实验中我们需要注意这些误差来源，并尽量减小其对结果的影响。

电子荷质比的测量胡洋洋电子荷质比的测量———实验简介带电粒子的电荷量与质量的比值;称为荷质比..荷质比是带电粒子的基本参量之一;是研究物质结构的基础..目前测得的电子荷质比的数值为..带电粒子在磁场中受电场力的作用;在磁场中受磁场力的作用;带电粒子的运动状态将发生变化..这种现象的发现;为科学实验及工程技术带来了极大的应用价值..受电场力或磁场力的作用;带电粒子可以聚焦;形成细束流;这是示波管和显像管的工作基础..利用带电粒子在磁场和电场中的受力聚焦而形成的电透镜或磁透镜;是构成电子显微镜的基层本组件..带电粒子受力加速或改变运动方向;这又是直线加速器或回旋加速器的工作原理..此类电磁元件和仪器设备极大地丰富了科学研究和工程技术的方法和手段;推动了科学技术的发展..实验原理磁聚焦法测定电子荷质比1．带电粒子在均匀磁场中的运动：a．设电子e在均匀磁场中以匀速V运动..当时;则在洛仑兹力f作用下作圆周运动;运动半径为R;由1得2如果条件不变;电子将周而复始地作圆周运动..可得出电子在这时的运动周期T：3由此可见：T只与磁场B相关而与速度V无关..这个结论说明：当若干电子在均匀磁场中各以不同速度同时从某处出发时;只要这些速度都是与磁场B垂直;那么在经历了不同圆周运动;会同时在原出发地相聚..不同的只是圆周的大小不同;速度大的电子运动半径大;速度小的电子运动半径小图1..图1 v垂直于B 图2 v与B成角b．若电子的速度V与磁场B成任一角度：我们可以把V分解为平行于磁场B的分量和垂直于B的分量；这时电子的真实运动是这两种运动的合成：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..从图2可看出这时电子在一条螺旋线上运动..可以计算这条螺旋线的螺距：由式3得4由此可见;只要电子速度分量大小相等则其运动的螺距就相同..这个重要结论说明如果在一个均匀磁场中有一个电子源不断地向外提供电子;那么不论这些电子具有怎样的初始速度方向;他们都沿磁场方向作不同的螺旋线运动;而只要保持它们沿磁场方向的速度分量相等;它们就具有相同的由式4决定的螺距..这就是说;在沿磁场方向上和电子源相距处;电子要聚集在一起;这就是电子的旋进磁聚焦现象..至于时;则磁场对电子的运动和聚焦均不产生影响..2．利用示波管测定电子的荷质比把示波管的轴线方向沿均匀磁场B的方向放置;在阴极K和阳极之间加以电压;使阴极发出的电子加速..设热电子脱离阴极K后沿磁场方向的速度为零..经阴极K与阳极之间的电场加速后;速度为..这时电子动能增量为..由能量守恒定律可知;电子动能的增加应等于电场力对它做的功..如果第一阳极与阴极K间的电位差为和接在一起;则此功应为：;有5只要电压确定;电子沿磁场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都与同电位;因此电子将不再受电场力的作用;电子沿磁场方向的速度分量将不再改变..把5式代入4式有6可以看到是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..当正好等于示波管阳极和荧光屏之间的距离d时;可以在荧光屏上看到一个很小的亮点..若B值增大到2倍或3倍时;会使或;相应地在荧光屏上将看到第二次、第三次聚焦..当不等于这些值时;只能看到较大的不等的光斑而不会聚焦..由式6有7将和B之值代入上式可得电子的荷质比..对于SJ-SS-I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：8K为每台仪器常数;由一起给定..对于SJ-SS-II型电子束实验来说;B可取螺线管中部的磁场值..当位于螺线管中心时;令;可得9令;则10代入7式得出11式中D是螺线管的直径;L是螺线管的长度;N是螺线管的匝数;d是示波管的阳极到荧光屏之间的距离..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..实验仪器电子荷质比的测量———实验仪器电子束实验仪电子束实验仪显示屏电流表、电压表实验内容用电子实验仪测荷质比1按图9所示方法连接导线;则机内示波管电路如图10所示..此时第一阳极、第二阳极、水平偏转板和垂直偏转板均连接在一起;它们的电位均为..励磁电源提供磁聚焦线圈所需的励磁电流;产生与示波管轴线平行的磁场;使电子作螺旋线运动..图9 正向聚焦面板接线图2将仪器面板上“功能选择”开关旋至“磁聚”处;此时仪器工作在磁聚焦状态..3接通总电源;预热几分钟后;荧光屏上出现亮斑;亮斑辉度不够时;可调节辉度旋钮或加大..4在接通励磁电源开关前;先将“励磁电流”旋钮旋至最小逆时针方向..5取为800V;调节励磁电流;使光斑聚焦;记下三次聚焦时励磁电流的读数..6取为1000V;1200V;重复步骤6..7关闭总电源几分钟;改接线方式为图11所示;此时仪器工作于反向聚焦状态;重复步骤6、7..8按表1记录实验数据;并处理结果;将所得结果与标准值进行比较..图10正向聚焦时机内电路连接图图11反向聚焦接线图数据记录d= 0.193m;N=4141;D=0.0915m;L=0.296mV2VI1mA I2mA I3mA800正 18.0 36.2 54.0 1000正 20.0 41.6 61.8 1200正 22.8 45.2 68.0 800反 17.8 36.2 53.8 1000反 20.0 41.4 62.0 1200反22.6 45.2 68.0数据处理标准e/m=1.76×1011d= 0.193m;N=4141;D=0.0915m;L=0.296mV 2/V励磁电流/mA I=321321++++I I I/mA/C/kg误差%I1I2I3800正 18.0 36.2 54.0 18.0 1.86×10115.7 1000正 20.0 41.6 61.8 20.6 1.77×10110.6 1200正 22.8 45.2 68.0 22.7 1.75×10110.6 800反 17.8 36.2 53.8 18.0 1.86×10115.7 1000反20.0 41.4 62.020.61.77×10110.61200反 22.6 45.2 68.0 22.61.77×10110.6小结：实验测得电子荷质比:m e /均=1.80×1011C/kgE=76.1|76.180.1|-×100%=2.3%仿真实验比实体实验的误差小;更接近于理论值..思考题：1． 调节螺线管的励磁电流;改变磁感应强度B 观察三次以上磁聚焦现象;并解释此现象..由于;当B 增加时;周期T 减小;所以当调节电流I 使得B 增加3倍时;周期T 变为原来的三分之一..又;所以一个周期只能运行在原来三分之一的距离;因此便有了三次聚焦.. 2．如何利用上述各电流值计算电子荷质比..由于L;D;N;d 均为已知;所以可以把K ＝dN LD221422**210-+当成常数;那么me＝K IV 22;可以作V I 22-图;那么可得斜率P;便得这样便求得电子荷质比..3. 如何消除地磁场对实验结果的影响..为了消除地磁场对实验结果的影响;可以在实验前调整螺线管的角度;使其间的磁场方向和地磁场在当地的方向相同..。

上海交通大学实 验 报 告姓 名： 班 级： 学 号： 实验成绩：同组姓名： 实验日期：2008/03/31 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=n 2*10143、电场偏转法测定电子荷质比=【实验数据记录、结果计算】 数据记录K1==3.789*107电子荷质比理论值：X0==1.758*1011c/kgX偏转板上加交流偏转电压：/V/V数据处理与结果比较0.415=0.4270.8551.289X1=k=1.766*1011 c/kg与理论值的相对误差=0.455%0.455=0.4500.8981.346X2=k=1.778*1011 c/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：/V）（）（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。

用磁聚焦法测定电子荷质比实验报告实验名称：用磁聚焦法测定电子荷质比实验报告实验目的：通过磁聚焦法测定电子荷质比，了解电子的基本性质和物理定律。

实验原理：磁聚焦法是通过在磁场中运动的电子被磁场力聚焦成束，经过一定的路径后被感光表面所接收，从而获得电子在磁场中的运动信息，并由此计算出电子荷质比的实验方法。

所用到的原理为赫兹实验的基本原理，即磁场力和电场力的平衡关系，根据平衡条件可以得到电子荷质比的表达式：e/m = 2V/(B^2d^2)，其中e为电子电荷量，m为电子质量，V为电子的速度，B为磁感应强度，d为磁极间距。

实验器材：电子枪、磁聚焦系统、感光表面、微分放大器等。

实验步骤：1. 将微分放大器调整到合适的工作状态，并将感光表面安装在适当的位置，调整其与电子轨迹平衡，使得电子束能正常照射到感光表面上。

2. 调整磁聚焦系统，保证电子束的轨迹尽量贴近感光表面，并保证电子束以足够的速度进入磁场。

3. 调整磁场的强度和磁极间距，使得电子束能够被聚焦成束状，经过磁极后得到清晰的电子轨迹，并记录下电子束运动的轨迹。

4. 记录电子束运动的轨迹，并记录下微分放大器的输出电压。

5. 根据记录的电子运动轨迹和微分放大器的输出电压，计算出电子荷质比，并对实验结果进行分析和总结。

实验结果分析：通过本次实验，我们成功地测定出了电子的荷质比，并得出了相应的实验结果。

在数据处理的过程中，我们注意到实验结果的精确度和准确度，需要进行合理的误差分析，并对实验结果进行改进和优化。

实验结论：通过本次实验，我们成功地测定出了电子的荷质比，并得出了相应的实验结果。

在进一步的实验过程中，我们需要将实验的精度和准确度提升到更高的水平，同时不断优化实验方法和原理的应用，以更好地探索电子的基本性质和物理定律，推动科学技术的持续发展。

电子荷质比实验报告电子荷质比实验报告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1000V、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=91.5mm 线圈匝数N=4141 示波管阳极到荧光屏的距离d=193.0mm3.数据处理将各数据代入公式平均值为1.765×1011C／kg 算出标准差为0.013×1011C／kg 得出电子的荷质比所以电子的荷质比为（1.765?0.013）×1011C／kg ? 【实验结论】实验测得的电子的荷质比为：（1.765?0.013）×1011C／kg ? 【误差分析】1. 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；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. 实验理论的不完善导致误差。

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：201X0331 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 =n23、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*1011kg 实验数据：数据处理与结果比较 X1=k =1.766*1011 kg 与理论值的相对误差=0.455% X2=k =1.778*1011 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%。

实验报告-磁聚焦法测定电子荷质比篇一：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：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：2mvF?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，2e2U?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ve??mrB1mv?eU2束的圆轨迹半径，就能测量电子的rm值。

324?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?×10-7H/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。

选做实验2 电子束聚焦与电子荷质比的测量电子电量e和电子静质量m的比值e／m称为电子的荷质比, 又称电子比荷。

1897年J.J.汤姆孙利用电磁偏转的方法测量了阴极射线粒子的荷质比, 它比电解中的单价氢离子的荷质比约大2000倍, 从而发现了比氢原子更小的组成原子的物质单元, 定名为电子。

精确测量电子荷质比的值为1.75881962×1011库仑／千克, 根据测定电子的电荷, 可确定电子的质量。

20世纪初W.考夫曼用电磁偏转法测量β射线（快速运动的电子束）的荷质比, 发现e ／m随速度增大而减小。

这是电荷不变质量随速度增加而增大的表现, 与狭义相对论质速关系一致, 是狭义相对论实验基础之一。

【实验目的】一、加深电子在电场和磁场中运动规律的理解；二、了解电子束磁聚焦的基本原理；三、学习用磁聚焦法测定电子荷质比e／m的值。

【实验原理】一、示波管见图1.1, 阴极K是一个表面涂有氧化物的金属圆筒,经灯丝加热后温度上升, 一部分电子作逸出功后脱离金属表面成为自由电子。

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, 套在阴极之外, 其电位比阴极低, 使阴极发射出来具有一定初速的电子, 通过栅极和阴极间的电场时减速。

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

如果栅极所加电位足够低, 可使全部电子返回阴极。

这样, 调节栅极电位就能控制射向荧光屏的电子射线密度, 即控制荧光屏上光点的亮度, 这就是亮度调节. 记符号为“¤”。

为了使电子以较大的速度打在荧光屏上, 使荧光物质发光亮些, 在栅极之后装有加速电极。

加速电极是一个长形金属圆筒, 筒内装有具有同轴中心孔的金属膜片, 用于阻挡离开轴线的电子, 使电子射线具有较细的截面。

加速电极之后是第一阳极A1和第二阳极A2。

第二阳极通常和加速电极相连, 而第一阳极对阴极的电压一般为几百伏特。

这三个电极所形成的电场, 除对阴极发射的电子进行加速外, 并使之会聚成很细的电子射线, 这种作用称为聚焦作用。

选做实验2 电子束聚焦与电子荷质比的测量电子电量e和电子静质量m的比值e／m称为电子的荷质比，又称电子比荷。

1897年J.J.汤姆孙利用电磁偏转的方法测量了阴极射线粒子的荷质比，它比电解中的单价氢离子的荷质比约大2000倍，从而发现了比氢原子更小的组成原子的物质单元，定名为电子。

精确测量电子荷质比的值为1.75881962×1011库仑／千克，根据测定电子的电荷，可确定电子的质量。

20世纪初W.考夫曼用电磁偏转法测量β射线（快速运动的电子束）的荷质比，发现e／m随速度增大而减小。

这是电荷不变质量随速度增加而增大的表现，与狭义相对论质速关系一致，是狭义相对论实验基础之一。

【实验目的】一、加深电子在电场和磁场中运动规律的理解；二、了解电子束磁聚焦的基本原理；三、学习用磁聚焦法测定电子荷质比e／m的值。

【实验原理】一、示波管见图1.1，阴极K是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，经灯丝加热后温度上升，一部分电子作逸出功后脱离金属表面成为自由电子。

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图1.1筒，套在阴极之外，其电位比阴极低，使阴极发射出来具有一定初速的电子，通过栅极和阴极间的电场时减速。

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

如果栅极所加电位足够低，可使全部电子返回阴极。

这样，调节栅极电位就能控制射向荧光屏的电子射线密度，即控制荧光屏上光点的亮度，这就是亮度调节．记符号为“¤”。

为了使电子以较大的速度打在荧光屏上，使荧光物质发光亮些，在栅极之后装有加速电极。

加速电极是一个长形金属圆筒，筒内装有具有同轴中心孔的金属膜片，用于阻挡离开轴线的电子，使电子射线具有较细的截面。

加速电极之后是第一阳极A1和第二阳极A2。

第二阳极通常和加速电极相连，而第一阳极对阴极的电压一般为几百伏特。

这三个电极所形成的电场，除对阴极发射的电子进行加速外，并使之会聚成很细的电子射线，这种作用称为聚焦作用。

用磁聚焦法测电子的荷质比一、实验目的1.测定电子的荷质比。

2.了解磁聚焦的原理。

二、实验原理在纵向磁场作用下，电子从电子枪中发射出来以后，将作螺旋运动，如图1。

在初始时刻，各电子的运动方向并不一致，也就是说，它们的径向速度⊥V 是不一样的。

另外，虽然它们的初始轴向速度也不一样，但是经过近千伏的加速电压后，初始轴向速度的差别可以忽略不计。

所以可以认为它们的轴向速度V ∥是一样的。

在B 一定的情况下，各电子的回旋半径是不一样的，但是它们的螺距是相等的。

也就是说经过一个周期后，同时从电子枪发射出来但是运动方向不同的电子，又交汇在同一点，这就是磁聚焦作用。

每经过一个周期有一个焦点。

可以通过调节磁场B 的大小来改变螺距h 。

图1 电子束磁聚焦的示意图将电子的运动速度分解成两个方向的速度：轴向速度V ∥和径向速度⊥V 。

前者不受洛仑兹力的影响，沿轴向作直线运动。

后者在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动，其方程为eBm vR R m v evB F =⇒==2（1）于是，电子做匀速圆周运动的周期T 为：eBmv R T ππ22==（2）电子螺旋运动的螺距为：h= V ∥·T （3）设K 、A 之间的加速电压为U ，则：m 21V ∥2=eU （4）结合（3）（4）消去V ∥，可以得到2228B h U m e π=（5）其中螺线管中的磁感应强度B 可以用下式计算： 220DL NIB +=μ，其中I 是励磁电流。

所以，220222)()(8IUNh D L m e ∙+=ηπ （6）其中，0μ=4.0×10-7H/m ；N 是线圈匝数，标注在仪器上；L 、D 分别是螺线管的长度和直径；h 是螺距，在第一次聚焦时h ≈L 。

三、实验仪器DHB 型电子荷质比测定仪，面板分布如图2。

图2 仪器面板示意图四、实验内容1.接通电子荷质比测定仪的电源，预热十分钟。

2.调节栅极电压，使荧光屏上的斑点亮度适当，不宜过亮。

竭诚为您提供优质文档/双击可除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=2πmeb2euam，2euamb，使电子在磁场作用下旋转2周、3周后聚焦在荧光屏上。

《基础物理》实验报告学院：专业：年月日实验名称电子荷质比姓名年级/班级学号一、实验目的四、实验内容及原始数据二、实验原理五、实验数据处理及结果（数据表格、现象等）三、实验设备及工具六、实验结果分析（实验现象分析、实验中存在问题的讨论）一：实验原理：一·磁聚焦法测定电子荷质比1．带电粒子在均匀磁场中的运动：a．设电子e在均匀磁场中以匀速V运动。

当V⊥B时，则在洛仑兹力f作用下作圆周运动，运动半径为R，由得如果条件不变，电子将周而复始地作圆周运动。

可得出电子在这时的运动周期T：由此可见：T只与磁场B相关而与速度V无关。

这个结论说明：当若干电子在均匀磁场中各以不同速度同时从某处出发时，只要这些速度都是与磁场B垂直，那么在经历了不同圆周运动，会同时在原出发地相聚。

不同的只是圆周的大小不同，速度大的电子运动半径大，速度小的电子运动半径小（图1）。

b．若电子的速度V与磁场B成任一角度θ：我们可以把V分解为平行于磁场B的分量V∥和垂直于B的分量V⊥；这时电子的真实运动是这两种运动的合成：电子以V⊥‘作垂直于磁场B的圆周运动的同时，以V∥作沿磁场方向的匀速直线运动。

从图2可看出这时电子在一条螺旋线上运动。

可以计算这条螺旋线的螺距l:由式3得由此可见，只要电子速度分量V∥大小相等则其运动的螺距l就相同。

这个重要结论说明如果在一个均匀磁场中有一个电子源不断地向外提供电子，那么不论这些电子具有怎样的初始速度方向，他们都沿磁场方向作不同的螺旋线运动，而只要保持它们沿磁场方向的速度分量相等，它们就具有相同的由式4决定的螺距。

这就是说，在沿磁场方向上和电子源相距l处，电子要聚集在一起，这就是电子的旋进磁聚焦现象。

至于V∥B时，则磁场对电子的运动和聚焦均不产生影响。

2．利用示波管测定电子的荷质比把示波管的轴线方向沿均匀磁场B的方向放置，在阴极K和阳极A₁之间加以电压，使阴极发出的电子加速。

设热电子脱离阴极K后沿磁场方向的速度为零。

用磁聚焦法测电子荷质比【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。

【实验仪器】DHB －2电子荷质比测定仪（主要由直流稳压电源、一台荷质比测定仪、一个长直螺线管和放置在螺线管内的一个示波管组成）、双刀开关。

【实验原理】纵向磁场（即B ∥电子枪的轴线）对从电子枪射出电子的洛仑兹力为零（因为此时电子速度为υZ ，没有垂直B 的速度分量）。

但是通过加有偏转电压的X 偏转板后，电子获得了垂直于B 的横向速度分量v x ，将受洛仑兹力B x f ev B =的作用，在垂直于B 的平面内做匀速率圆周运动。

电子做圆周运动的同时，还在加速电压V 2影响下沿Z 轴方向做匀速（速度为υZ ）直线运动，两运动合成的结果是电子沿B 的方向作螺旋线运动，如图3-18所示。

则电子做螺旋线运动的回旋半径R 和周期T 分别为xmv R eB =（3-37）2π2πx R m T v eB==（3-38）由此可知，电子的回旋半径R 与v x 成正比，与B 成反比；周期T 与B 成反比而与v x 无关。

它表明v x 大的电子绕半径大的轨道运动，v x 小的电子绕半径小的轨道运动，但它们运动一周的时间都相等。

电子做螺旋线运动的螺距为2πzz mv h v T eB==（3-39）虽然它们的初始轴向速度也是不一样的，但它们的螺距是相等的，也就是经过一个周期后，同时从电子枪发射出来但运动方向不同的电子，又交汇在同一点（见图3-18），这就是磁聚焦作用。

而且每经过一个周期（一个螺距），有一个聚焦点。

图3-18 电子束的磁聚焦调整磁场的B 来改变螺距h ，可使电子枪出口到荧光屏的距离L 为h 的整数倍，这样我们就可以观察到多次磁聚焦现象。

利用磁聚集现象可以测定电子的荷质比。

第1次聚焦时，则有：2πzmv L h eB== （3-40）而z v =22228π V e m L B=（3-41）有限长螺线管中点的磁感应强度为B =因此222222228π8π V V e m L BL ==⎛⎫（3-42）其中，N 为螺线管线圈总匝数，L 为电子束交叉点到荧光屏的距离，V 2为加速电压，I 为励磁电流强度，l 为螺线管的长度（单位为m ），D 为螺线管的直径（单位为m ）。

磁聚焦和电子荷质比的测量【实验目的】1、学习测量电子荷质比的一种方法。

【实验原理】1、示波管的简单介绍：示波管结构如图1所示示波管包括有：（1）一个电子枪，它发射电子，把电子加速到一定速度，并聚焦成电子束；（2）一个由两对金属板组成的偏转系统；（3）一个在管子末端的荧光屏，用来显示电子束的轰击点。

所有部件全都密封在一个抽成真空的玻璃外壳里，目的是为了避免电子与气体分子碰撞而引起电子束散射。

接通电源后，灯丝发热，阴极发射电子。

栅极加上相对于阴极的负电压，它有两个作用：①一方面调节栅极电压的大小控制阴极发射电子的强度，所以栅极也叫控制极；②另一方面栅极电压和第一阳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个交叉点。

第一阳极和第二阳极的作用一方面构成聚焦电场，使得经过第一交叉点又发散了的电子在聚焦场作用下又会聚起来；另一方面使电子加速，电子以高速打在荧光屏上，屏上的荧光物质在高速电子轰击下发出荧光，荧光屏上的发光亮度取决于到达荧光屏的电子数目和速度，改变栅压及加速电压的大小都可控制光点的亮度。

水平偏转板和垂直偏转板是互相垂直的平行板，偏转板上加以不同的电压，用来控制荧光屏上亮点的位置。

2、电子的加速和电偏转：为了描述电子的运动，我们选用了一个直角坐标系，其z轴沿示波管管轴，x轴是示波管正面所在平面上的水平线，y轴是示波管正面所在平面上的竖直线。

从阴极发射出来通过电子枪各个小孔的一个电子，它在从阳极2A 射出时在z 方向上具有速度Z v ；Z v 的值取决于K 和2A 之间的电位差C B 2V V V +=（图2）。

电子从K 移动到2A ，位能降低了2V e •；因此，如果电子逸出阴极时的初始动能可以忽略不计，那么它从2A 射出时的动能2z v m 21• 就由下式确定： 22z V e v m 21•=• （1） 此后，电子再通过偏转板之间的空间。

如果偏转板之间没有电位差，那么电子将笔直地通过。