深圳大学 电子荷质比的测量

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。

仅供个人参考

不得用于商业用途 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。

For personal use only in study and research; not for commercial use

【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；

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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。

（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是一个表面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（-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“¤”。

电子荷质比 87

——朱海涛 PB07210173

实验题目：电子荷质比的测量

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。

实验仪器：

⑴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。

实验原理：

电子的质量直接测量比较困难，而电子质量与电子电荷之比（即电子荷质比，e=1.60×10－19C，m=9.11×10－31kg）1.76×1011C/Kg很大，容易测量，故测出荷质比之后，根据电量，推算出电子质量。在实验中，细光束管中的电子通过一个加速电场获得一定的初速度，由于亥姆霍兹线圈产生的磁场B垂直于电子的运动方向，故在洛仑兹力向心力的作用下做圆周运动。

设电场电势差为U，电场加速后速度为v，圆周运动半径为R，电子电量为e，质量为m。 V

=e/m, (3)

由（1）（2）（3）可得：

由（4）（5）可得：

亥姆霍兹线圈中的磁场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的数值对应表，可以此得到k值，最终算出荷质比。

附录：

B与I的关系：

qvB

I/A B/mT

0.5 0.35

1.0 0.65

1.5 0.98

2.0 1.34

2.5 1.62

3.0

2.05

B与I成线性关系，进行线性拟和（即最小二乘法）作图如下：

0.51.01.52.02.53.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.2Y = A + k * XParameterValueError------------------------------------------------------------A-0.0120.03455k0.672570.01774------------------------------------------------------------RSDNP------------------------------------------------------------0.998610.037116<0.0001------------------------------------------------------------B/mTI/A

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。因此，在实验结果的讨论中，我们可以对误差来源进行分析，并讨论如何改进实验方法以提高测量精度。 六、结论