汤姆孙电子比荷测定的几种方法

电子荷质比的测量实验报告电子荷质比的测量实验报告引言：电子荷质比是物理学中的重要常数之一，它描述了电子的电荷与质量之间的比值。

测量电子荷质比的实验是基础物理实验中的经典实验之一，通过该实验可以验证电子的存在以及揭示微观世界的奥秘。

本文将介绍一种常见的测量电子荷质比的实验方法，并对实验结果进行分析和讨论。

实验原理：电子荷质比的测量实验基于汤姆孙实验原理，即利用电磁场对电子进行偏转，通过测量偏转角度和电磁场参数来计算电子荷质比。

实验中使用的仪器包括电子枪、磁场产生装置、偏转电压控制装置和测量仪器等。

实验步骤：1. 将电子枪对准磁场产生装置，并通过调整电子束的强度和方向使其与磁场垂直。

2. 施加一定的偏转电压，使电子束在磁场中发生偏转。

3. 利用测量仪器测量电子束的偏转角度，并记录所使用的电磁场参数。

4. 重复实验多次，取平均值并计算电子荷质比。

实验结果与分析：通过多次实验测量，得到了一系列的电子荷质比值。

根据实验数据，可以进行如下分析和讨论。

1. 实验结果的精确性：在实验中，我们尽可能减小了误差的影响，例如通过精确调整电子束和磁场的位置、使用高精度的测量仪器等。

然而，由于实验条件的限制和仪器的精度等因素，实验结果仍然存在一定的误差。

为了提高实验结果的精确性，可以进一步优化实验条件和仪器精度。

2. 与理论值的比较：将实验结果与已知的理论值进行比较，可以验证实验的准确性，并评估实验结果的可靠性。

如果实验结果与理论值相符合，说明实验方法和测量过程是可靠的；如果存在较大的偏差，可能需要重新检查实验步骤或改进实验方法。

3. 实验结果的意义：电子荷质比的测量实验是验证电子存在的重要实验之一，它对于揭示微观世界的结构和性质具有重要意义。

通过测量电子荷质比，可以进一步研究电子的性质和行为，推动物理学的发展。

结论：通过电子荷质比的测量实验，我们得到了一组实验结果，并对其进行了分析和讨论。

实验结果的精确性和与理论值的比较是评估实验的准确性和可靠性的重要指标。

比荷测定方法汤姆逊标题：《汤姆逊模型在比荷测定中的应用方法研究》比荷测定是电化学分析中的重要手段，能够有效确定物质的电荷与质量比。

在众多比荷测定方法中，汤姆逊模型作为一种经典的测定理论，至今仍被广泛研究和应用。

本文将详细介绍汤姆逊模型在比荷测定中的应用方法。

一、汤姆逊模型的基本原理汤姆逊模型，即油滴实验模型，由英国物理学家J.J.汤姆逊于1900年提出。

该模型主要用于测定电子的电荷与质量比。

其基本原理是通过观察带电油滴在电场中的运动状态，分析其受力情况，从而计算出油滴的电荷量。

二、比荷测定的实验方法1.实验装置比荷测定实验装置主要包括以下部分：带电油滴产生装置、电场、显微镜和光源。

其中，带电油滴产生装置用于产生均匀大小的带电油滴；电场用于使油滴在电场中运动；显微镜用于观察油滴的运动状态；光源用于照亮油滴，便于观察。

2.实验步骤（1）产生带电油滴：将纯净的油滴通过一定方法带电，并使其进入电场。

（2）观察油滴运动：通过显微镜观察油滴在电场中的运动状态，记录油滴的振动周期和平衡位置。

（3）调节电场：改变电场的电压，观察油滴运动的变化，找到平衡点。

（4）计算比荷：根据油滴受力平衡方程，计算出油滴的电荷与质量比。

三、汤姆逊模型在比荷测定中的应用1.确定油滴电荷量：通过观察油滴在电场中的运动，根据汤姆逊模型计算出油滴的电荷量。

2.测定电子电荷：利用已知电荷的油滴与电子发生碰撞，根据电荷守恒定律，计算出电子的电荷。

3.研究气体放电现象：通过比荷测定，研究气体放电过程中电子与气体分子的相互作用。

4.金属表面电化学研究：利用比荷测定方法，研究金属表面的电荷分布和电化学反应。

四、结论汤姆逊模型在比荷测定中具有广泛的应用价值，为电化学分析和物质性质研究提供了重要的实验方法。

电子的荷质比测定实验一、引言电子荷质比测定是物理学实验中的一项重要实验，用于测量电子的电荷与质量之比。

本实验基于汤姆孙的光阴极射线实验装置，利用电场和磁场对电子进行精确的操控和测量，从而得到电子的荷质比。

该实验是量子力学的奠基实验之一，对于研究微观粒子的性质和结构起到了重要作用。

二、实验原理在实验中，我们通过以下原理来测定电子的荷质比：1. 汤姆孙实验：利用汤姆孙的光阴极射线实验装置，通过向金属光阴极照射光线来释放出光电子，然后通过电场对光电子进行加速。

2. 高速电子受力：当加速的光电子进入磁场区域时，会受到洛伦兹力的作用，其受力方向垂直于速度方向和磁场方向。

3. 荷质比计算：通过调整电场和磁场的强度，测量光电子在磁场中偏转的半径和电场下沉降的距离，可以计算出它们的电荷和质量之比。

三、实验步骤1. 准备实验装置：搭建汤姆孙实验装置，包括光源、光阴极、电场装置、磁场装置和测量仪器等。

2. 光电效应测定：通过调节光源的强度和频率，测量不同条件下光电流的变化，并记录下光电流达到饱和时的光强和光电流值。

3. 电场测定：使用电场装置对光电子进行加速，并测量在不同电场强度下，光电子通过一定距离所用的时间。

4. 磁场测定：使用磁场装置对加速后的光电子进行偏转，并测量光电子在磁场中偏转的半径。

5. 数据处理：根据实验数据计算得到电子的荷质比，并进行误差分析。

四、实验注意事项1. 实验操作需小心谨慎，避免引起意外事故。

2. 实验中涉及到高压电源和磁场装置，需要注意安全操作。

3. 在实验过程中，需要精确测量各项数据，尽量减小误差。

4. 实验装置的搭建和调试需要一定的时间和经验，要保持耐心和细致。

5. 实验完成后，注意整理和清理实验装置，确保实验室环境的整洁和安全。

五、实验结果与讨论根据实验所得的数据和计算结果，我们可以得到电子的荷质比的近似值。

通常情况下，测定结果与理论值相比会存在一定的差异，这可能是由于实验误差、仪器误差或实验条件的影响所导致的。

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）。

E.电子比荷的测量.05实验名称电子比荷的测量一、前言19世纪80年代英国物理学家J.J汤姆孙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”，并得出了它的电荷量与质量之比e m。

电子荷质比是电子的电荷量与其质量的比值，是研究物质结构的基础，其测定在物理学发展史上占有重要的地位。

经现代科学技术测定的电子荷质比的标准值是：11。

测定电子荷质比的方法有很多，如磁偏转法、磁聚焦法、磁控管1.75910C/kg法、滤速器法等。

本实验仪沿用当年英国物理学家汤姆孙思路，利用电子束在磁场中运动偏转的方法来测量电子的荷质比。

二、教学目标1、了解电子在电场和磁场中的运动规律。

2、测量电子的荷质比。

3、掌握电子荷质比测试仪的测量原理及方法。

4、通过实验加深对洛伦兹力的认识。

三、教学重点1、电子在磁场中的运动规律。

四、教学难点1、电子圆运动轨道半径的测量。

五、实验原理图1 电子在磁场中受力图当一个电子以速度v 垂直进入均匀磁场时，电子就要受到洛仑兹力的作用(图1)：f ev B =⨯（1）由于力的方向是垂直于速度的方向，则电子的运动轨迹就是一个圆，力的方向指向圆心，完全符合圆周运动的规律，所以作用力与速度又有：2f mv r =（2）其中r 是电子运动圆周的半径，由于洛仑兹力就是使电子做圆周运动的向心力，因此可将(1)、(2)式联立：2evB mv r =（3）由(3)式可得：e vm rB=（4）实验装置是用一电子枪，在加速电压U 的驱使下，射出电子流，因此加速电场所做功eU 全部转变成电子的输出动能：22eU mv =（5）将(4)与(5)式联立可得：22()e U m r B =⋅ （6）实验中可采取固定加速电压U ，通过改变不同的偏转电流，产生出不同的磁场，进而测量出电子束的圆轨迹半径r ，就能测定电子的荷质比e m 。

实验电子比荷的测定电子的比荷又称荷质比，即电子电荷与其质量之比ｅ/ｍ，是Ｊ．Ｊ．汤姆孙于１８９７年在英国剑桥卡文迪许实验室测得的。

之后，于１９１１年密立根用油滴法测得了电子的电荷。

这样，由电子的荷质比可进而推算出电子的质量。

这两项杰出的成就，不仅证实了电子的客观存在，而且进一步说明原子是具有内在结构的。

因此电子比荷的测定，在近代物理学的发展史上占有重要地位。

此外，在实验方法上为人们探讨微观世界的奥秘提供了一条新的途径：即通过对大量粒子宏观行为的研究确定单个粒子的微观数量关系。

因此，汤姆孙的工作对实验物理学的发展，也具有开创性的意义。

【预习重点】（１）示波管的结构及其各个电极的作用（见实验２２附录）。

（２）带电粒子在电场和磁场中的运动规律。

（３）纵向磁聚焦测定ｅ/ｍ的实验方法。

参考书：《大学物理学》电磁学部分，杨仲耆等编，第五章；《电磁学》上册，赵凯华、陈熙谋著，第四章。

【原理】１）电子束的纵向磁场聚焦纵向磁场是指与示波管轴线平行的磁场。

将示波管插入一通电长直螺线管的中部，可以认为示波管近似处于均匀纵向磁场之中，如图２１—１（ａ）所示。

图２１—１电子束的纵向磁场聚焦设电子束中某电子在磁场Ｂ中运动时，其速度v与磁感应强度Ｂ成α角。

今将v分解为与Ｂ平行的速度ｖz 和与Ｂ垂直的径向速度ｖr。

其中ｖz保持不变，即电子沿ｚ轴作匀速运动。

ｖr使电子在洛仑兹力的作用下绕ｚ轴作圆周运动。

合成运动轨迹是螺旋线，如图２１—１（ｂ）、（ｃ）所示。

螺线的回转半径（２１—１）电子回转一周所需时间（周期）（２１—２）故螺线的螺距（２１—３）无关。

即对于示波管中从同一上两式表明，回转周期Ｔ和螺距ｈ与径向速度ｖr各不相同（因而回转半径各不相同），但绕圆一周所用点出发的电子，虽然ｖr的时间是相同的。

只要它们的ｖ相同，经过一个螺距ｈ后，又会会聚于一点。

z这就是纵向磁聚焦的理论依据。

２）电子比荷的测定方法由式（２１—３）可导出（２１－４）、螺距ｈ和磁感由式（２１—４）可知，要测定ｅ／ｍ，需要确定纵向速度ｖz应强度Ｂ。

实验6. 电子荷质比测量带电粒子的电量与质量的比值--荷质比(又称：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。

1897年，J.J.汤姆逊正是在对“阴极射线”粒子荷质比的测定中，首先发现电子的。

测定荷质比的方法很多，汤姆逊所用的是磁偏转法，而本实验采用磁聚焦法。

一．实验目的1.了解示波管的基本构造和工作原理。

2.理解示波管中电子束电聚焦的基本原理。

3.掌握利用作图法求电磁偏转灵敏度的数据处理方法。

二．实验原理1.示波管的基本结构示波管又叫阴极射线管，以8SJ31J为例，它的构造如图6.1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，中间为偏转系统，后端为电子枪。

图6.1 示波管结构示意图（1）电子枪电子枪的作用是发射电子，并把它们加速到一定速度聚成一细束。

电子枪由灯丝、阴极K、控制栅极G、第一阳极A l、第二阳极A2等同轴金属圆筒和膜片组成。

灯丝通电后加热阴极K，使阴极K 发射电子。

控制栅极G的电位比阴极低，对阴极发出的电子起排斥作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极的小孔并射向荧光屏，而初速度较小的电子则被电场排斥回阴极。

通过调节栅极电位可以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变荧光屏上的光斑亮度。

阳极电位比阴极电位高很多，对电子起加速作用，使电子获得足够的能量射向荧光屏，从而激发荧光屏上的荧光物质发光。

第一阳极A l称为聚焦阳极；第二阳极A2称为加速阳极，增加加速电极的电压，电子可获得更大的轰击动能，荧光屏的亮度可以提高，但加速电压一经确定，就不宜随时改变它来调节亮度。

（2）偏转系统偏转系统由两对互相垂直的偏转板(平板电容器)构成，其中一对是上下放置的Y轴偏转板(或称垂直偏转板)，另一对是左右放置的x轴偏转板(或称水平偏转板)。

若在偏转板的极板间加上电压，则板间电场会使电子束偏转，使相应荧光屏上光点的位置发生偏移，偏移量的大小与所加电压成正比。