电子荷质比实验.doc

《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:
。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)。
: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。经阴极K与阳极A₁之间的电场加速后,速度为V∥。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A₁与阴极K之间的电位差为V₂(A1和A2接在一起)。则此功应为:eV₂,有
只要电压V2确定,电子沿磁场的速度分量V∥是确定的。而且电子经过第一阳极A₁后,由于第二阳极和两对偏转都与A₂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V∥将不再改变。把5式代入4式有
可以看到是l是B和V2的函数。调节V2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l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l=1/2d或l=1/3d,相应的在荧光屏上将看到第二次,第三次聚焦。当l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6式有将V2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:
K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x=0,可得
(9)代入7式得出
式中D是螺线管的直径,L是螺