电子荷质比的测定.doc

班级:2010级物理学(国家基地)姓名:叶君学号:2010261025日期:2011-12-21地点:理科楼四层机房【实验目的】:研究磁场几乎平行于电子束情况下电子的运动。用磁聚焦法测定电子荷质比。【实验原理】。⑴.电子速度垂直于磁场:设电子e在均匀磁场中以匀速v运动,且速度方向垂直于B时,则在洛伦兹力作用下,作圆周运动,这时可变成如下式所示,而有圆周半径R:()及()如果条件不变,电子将周而复始地圆周运动。可得出电子的圆周运动周期T为()由上式可知,周期T只与磁场B有关而与速度V无关。这个结论说明:当若干个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(大小不等)都是垂直于磁场B,那么经历了不同圆周运动后,仍会同时在原出发地相聚。只是速度大的电子圆周运动半径R大,速度小的电子圆周运动半径小。⑵.当电子与速度v与磁场B成角度θ时,可将其分解为平行于磁场B的分量和垂直分量,这时电子的实际运动是两种运动的合成: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。这时电子是在一条螺线上运动。可以计算这条螺线的螺距。()并且由()可以得出()由此可见,只要电子速度分量大小相等,则其运动的螺距就不相同。这个重要结论表明,如果在一个均匀磁场中有一个电子源源不断地向外界提供电子,那么不论这些电子具有怎样的初始速度方向,他们都沿着磁场方向作不同的螺旋运动,而只要保持它们磁场方向的速度分量相等,它们就具有由式()决定的相同的螺距。这就是说,在沿磁场方向上与电子源相距处,电子要聚焦在一起,这就是电子在均匀磁场中的旋进聚焦现象。至于V和B平行时,则磁场对电子的运动和聚焦均不产生影响。(FB=-V×B=0)。,在阴极K和阳极之间加以电压,使阴极发射的电子加速。设阳极热电子脱离阴极K后沿磁场方向的初速度为零。设阴极K与阳极之间的电场加速后,速度为,这时电子的动能增加为,由能量守恒定律可知,电子动能的增加应等于电场力对它所作的功(第一阳极A1和第二阳极A2连接在一起)。则有即:()只要加速电压确定,电子沿磁场方向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板(X轴和Y轴偏转板)与用电位,因此电子在第二阳极至荧光屏之间将不再受电场力的作用,电子的将不再改变。把式()代入式(),则()由式()可知,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。当正好等于示波管的阳极和荧光屏之间的距离d时,可以在荧光屏看到一个小亮点(电子已聚焦)。当B值增大到2倍或3倍时,会使或,相应地在荧光屏上看到第二、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。将式()变换成式():()将及B之值代入上式,可得电子的荷质比。对于SJ-SS-Ⅱ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:B=KI()K为每台仪器的常数,由仪器出厂时给定。对于SJ-SS-Ⅱ型电子束实验仪来说,B可取螺线管中部的磁场值,如式()()式中。N=线圈匝数,L=螺线管线圈长度。n=N∕L为单位长度的匝数。为螺线管的半