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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、示波管示波管是电子束试验仪和示波器的主要部分，其结构见图1，它由三部分组成：〔1〕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。
图1〔2〕由两对金属板组成的电子束偏转系统。
〔3〕在电子管末端的荧光屏，用来显示电子的轰击点。
所有这些部件都封在一个抽成真空的玻璃圆管内。
一般管内的真空度为10-4Pa，这样可以使电子通过管子的过程中几乎不与气体分子碰撞。
阴极K是一个外表涂有氧化物的金属圆筒，是电子源，经灯丝加热后温度上升，一部分电子作逸出功后脱离金属外表成为自由电子。
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〔-5V至-20V〕，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“¤”。
收稿日期:1997 08 20磁聚焦法测定电子比荷实验的探讨康垂令(江汉石油学院物理教研室 荆州市 434102)摘要 对磁聚焦法测电子比荷实验中偏转法与零场法的优缺点进行了讨论,并提出了改进实验的意见。
关键词 电子比荷 磁聚焦法 偏转法 零场法用磁聚焦法测电子比荷有两种方法,即偏转法和零场法,其基本原理相同,电子比荷的实验公式为:e m =8 2U 0nI k l .1-2(1)式中 0为真空中磁导率,n 为单位长度上线圈匝数,I 为励磁电流, 为因螺线管不是无限长而引进的小于1的修正系数,k 为聚焦序数,U 为加速电压,l 为电子束交叉点到荧光屏的距离。
本文就这两种方法的优缺点进行讨论。
1 偏转法中l 的值无法确定在偏转法中,磁聚焦的过程是先将电子束电聚焦在荧光屏上成为一个光点,然后在偏转板上加一交变电压使亮点变成一亮线,再加匀强磁场,并连续改变励磁电流,使亮线边旋转、边缩短成为一亮点。
这种方法的优点是磁聚焦过程明显,能清楚地判断一次、二次、三次 磁聚焦,进而较准确地测出各次磁聚焦的励磁电流。
然而,它有一个很大的缺点,电子束交叉点到荧光屏距离l 的值难以准确确定。
不少实验教材认为l 的起点大致在偏转电极的中部,笔者认为这是错误的。
(1)由于电聚焦,在阳极与聚焦极组成的 静电透镜 前只有一个电子束交叉点(物点),它应在栅极顶端小孔附近处; 静电透镜 后也只有一个电子束交叉点(象点),它应在荧光屏上,如图1所示。
由于在偏转板以后没有 静电透镜 ,如果该 静电透镜 在偏转板处形成电子束交叉,必然会在荧光屏上出现一个很大的电子束散斑,如图2。
这就表明没有达到电聚焦的目的。
(2)对于某一次磁聚焦,电子束在进入偏转电极之前已经旋转。
电子束从栅极小孔出射后,在进入加束电场与聚焦电场的同时,也进入了螺线管内的匀强磁场。
具有某一横向速度v 1的电子就作旋转半径R 与螺距都变化的螺旋运动。
由于电聚焦的作用,横向速度变小,将使旋转半径R 变小。
52024年高考全真演练物理押题预测卷03(江苏卷)（基础必刷）一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题如图所示，两根粗细相同的玻璃管下端用橡皮管相连，左管内封有一段长30cm的气体，右管开口，左管水银面比右管内水银面高25cm，大气压强为75cmHg，现移动右侧玻璃管，使两侧管内水银面相平，此时气体柱的长度为（ ）A．20cm B．25cmC．40cm D．45cm第(2)题磁聚焦法测量电子比荷的装置如图所示。
在抽成真空的玻璃管中装有热阴极 K和有小孔的阳极A。
在A、K之间加大小为U₀的电压，对电子进行加速（初速度视为零），电子由阳极小孔高速射出；在尺寸很小的电容器C的两极板间加一不大的周期性交变电场，使不同时刻通过这里的电子速度方向发生不同程度的微小偏转，在电容器右端和荧光屏之间加一沿轴线方向（图中水平虚线）的匀强磁场，进入磁场的电子会沿不同的螺旋线运动，每绕行一周后都会到达同一位置聚焦，电容器到荧光屏的水平距离为l，调节磁感应强度的大小为B时，可使电子流的第一个焦点落在荧光屏S上。
（不计电子所受的重力和电子间的相互作用，当θ非常小时满足（，下列说法正确的是（ ）A．带电粒子所受洛伦兹力的方向与轴线不垂直B．不同时刻进入电容器的电子运动轨迹一定不同C．利用该设备测出电子的比荷D．若电子经过电容器后偏离轴线方向的最大角度为θ，该装置中带电粒子螺旋运动段的玻璃管内径（直径）应满足第(3)题2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接。
对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气，下面说法正确的是（ ）A．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加C．如不加干预，天宫一号将越飞越高，最终脱离地球束缚D．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用第(4)题在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U．现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是A． I1增大，I2不变，U增大B． I1减小，I2增大，U减小C． I1增大，I2减小，U增大D． I1减小，I2不变，U减小第(5)题如图所示，用平行于斜面体A的轻弹簧将物块P拴接在挡板B上，在物块P上施加沿斜面向上的推力F，整个系统处于静止状态，下列说法正确的是（ ）A．物块P与斜面之间一定存在摩擦力B．弹簧的弹力一定沿斜面向下C．地面对斜面体A的摩擦力水平向左D．若增大推力，则弹簧弹力一定减小第(6)题下列仪器测得的物理量单位中，属于基本单位的是（ ）A．B．C．D．第(7)题新疆是我国最大的产棉区，在新疆超出70%棉田都是通过机械自动化采收，自动采棉机将棉花打包成圆柱形棉包，然后平稳将其放下。
电子荷质比的测量胡洋洋能动07班10031172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。
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。
实验16 电子束的磁聚焦及电子比荷的测定电子束的磁聚焦是运动电荷在磁场作用下产生的极其重要的物理现象。
对该现象的观察和研究，有助于我们对许多利用磁透镜组成的现代分析仪器的原理和应用的理解；还可利用该现象获得电子比荷值，以便加深对电子性质的认识。
【预习提要】（1）认真阅读电子束实验仪说明书，了解其结构、原理和使用方法。
（2）什么是电子束的磁聚焦现象，怎样解释?（3）测电子比荷试验时，所说的第一次、第二次、第三次磁聚焦的含义是什么?各次聚焦的励磁电流量值间有何关系?【实验要求】（1）研究示波管内电子束在磁场中的螺旋运动。
（2）了解电子束的纵向磁场聚集原理及现象。
【实验目的】用纵向磁场聚焦法测电子比荷。
【实验器材】电子束实验仪（含全套导联线）。
【实验原理】若将示波管的加速电极F A、第一阳极A1、偏转电极D和y D全部连在一起，并相对于x阴极K加一电压V（即加速电压），这样，电子一进入加速电极就在零电场中作匀速运动。
2这时来自电子束交叉点F1（见图3-15-2）发散的电子束将不再会聚，而在荧光屏上形成一个光斑。
为了能使电子束聚焦，可在示波管外套一螺线管，并通以电流，使在电子束前进的方向产生一均匀磁场B，在我们所用的示波管中，栅极和加速电极很靠近，只有1.8mm左右，因此，可以认为离开电子束交叉点F1后电子立即进入电场为零的均匀磁场中运动。
对于均匀磁场B（电场为零）中以速度v运动的电子，将受到洛仑兹力F的作用，即v BF（3-16-1）=−×e当v和B同向时，力F等于零，电子的运动不受磁场的影响。
·143··144· 当v 和B 垂直时，力F 垂直于速度v 和B ，电子在垂直于B 的平面内作匀速圆周运动。
维持电子作匀速圆周运动的力就是洛仑兹力，即Rmv evB 2= （3-16-2） 或eBmv R = 式中，R 为电子轨道半径。
电子旋转周期T 为eBm v R T ππ22== （3-16-3） 由式（3-16-3）可见：周期与电子速度无关，即在同一磁场强度下，不同速度的电子绕圆一周所需的时间是相同的。
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A 1和第二阳极A 2。
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。
磁聚焦法测量电子荷质比实验现象分析尹社会;田睿【摘要】通过利用DS-Ⅲ型电子束实验仪进行电子荷质比测定的实验现象和实验数据的分析,明确了磁聚焦法测量电子荷质比实验中电子束螺旋线起点位置的不确定性,并提出等效起点位置的概念.【期刊名称】《实验科学与技术》【年(卷),期】2014(012)002【总页数】3页(P1-3)【关键词】磁聚焦法;电子荷质比;等效起点;实验【作者】尹社会;田睿【作者单位】河南工业职业技术学院基础部,河南南阳473009;河南工业职业技术学院基础部,河南南阳473009【正文语种】中文【中图分类】O441.5测量物理学常数是物理学实验的重要任务之一，而且测量的精确度往往会影响物理学的进一步发展和一些重要的新发现。
电子质量很小，到目前为止还没有直接测量的方法，但已有不少方法可测得电子的电荷e（如密立根油滴实验）。
测量电子荷质比的方法很多，如磁聚焦法、汤姆逊法、滤速器法和磁控管法等。
本实验采用的是磁聚焦法测量电子荷质比，实验仪器结构如图1所示。
陈秀洪、苏未安通过关于磁聚焦实验讨论了荧光屏上显示的线段与所加电场之间的关系［1］；王勤、黄丽清则探讨了线段与励磁电流之间的关系［2］；王琪等人认为实验的关键点在于励磁电流和螺距的误差［3］；盛飞、江洪建则对实验数据进行了详细的研究，并采用倒推的手段建议修正给定的加速极板距荧光屏距离的标称值［4］。
李金波、高海林则分析上述方面后得出电子束螺旋线起点确定为电子束射到屏上之前的最后一个物理交叉点［5］。
这一结论基本上已经明确螺旋线起点是一个不确定的点，应引入等效起点的观点。
本文则通过实验现象和实验数据分析明确指出等效起点这一概念。
具有速度v的电子进入磁场中要受到磁力的作用，此力为fB=ev×B。
设与B平行的分速度为v//；与B垂直的分速度为v⊥；则受磁场作用力的大小取决于v⊥。
力的大小为fB=ev⊥B；力的方向既垂直于v⊥，也垂直于B。
