用电子束测荷质比实验(推荐).doc

用电子束测量荷质比实验实验者:林焕乐 指导教师:尹会听(班级学号联系号:C09药学一班091313122,653555)【摘要】阴极射线粒子比原子更小,它是原子的组成部分,为证明这种粒子存在的普遍性,本实验巧妙的测量了光电效应带电粒子的荷质比,以及炽热金属发出的带电粒子的荷质比,所得结果都很相近。【关键词】荷质比磁聚焦地磁磁场强度引言测量物理学方面的一些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心发现。本实验将通过较为简单的方法,对电子e/m进行测量。电子质量很小,到目前为止还没有直接测量的方法,但已有不少方法可以测的电子的电荷e(如密立根油滴实验,加上它修正后,可以计算出很准确的e值)。因此,只要能测得电子e/m,既可以利用e值算出质量m来,我们经常用到的电子的静止质量m,就是通过这样的途径计算出来的。测量电子荷质比的方法很多,如磁聚焦法等,由于试验的设计思想巧妙,使我们利用简单的实验设备,既能观察到电子在磁场中的螺旋运动,又能测出电子的荷质比,附带测量地磁水平分量。设计原理本实验采用磁聚焦法测量电子荷质比。在纵向磁场作用下,电子从电子枪中发射出来以后,将作螺旋运动,如图1。在初始时刻,各电子的运动方向并不一致,也就是说,它们的径向速度是不一样的。另外,虽然它们的初始轴向速度也不一样,但是经过近千伏的加速电压后,初始轴向速度的差别可以忽略不计。所以可以认为它们的轴向速度V∥是一样的。在B一定的情况下,各电子的回旋半径是不一样的,但是它们的螺距是相等的。也就是说经过一个周期后,同时从电子枪发射出来但是运动方向不同的电子,又交汇在同一点,这就是磁聚焦作用。每经过一个周期有一个焦点。可以通过调节磁场B的大小来改变螺距d。图1  电子束磁聚焦的示意图将电子的运动速度分解成两个方向的速度:轴向速度V∥和径向速度。前者不受洛仑兹力的影响,沿轴向作直线运动。后者在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动,其方程为(1)于是,电子做匀速圆周运动的周期              (2)电子螺旋运动的螺距为:d=V∥·T                     (3)设K、A之间的加速电压为U,V∥2=eU                    (4) 结合(3)(4)消去V∥,得e/m=8U/B2d2                    (5)其中螺线管中的磁感应强度B可以用下式计算:B=KnI,其中I是励磁电流。所以e/m=8U2/B2d2                       (6)其中,=×10-7H/m;N是线圈匝数,标注在仪器上;h是螺距,在第一次聚焦时h≈L,。:,不加任何偏转线圈。借助指南针将仪器大致东西方向放置。,置直流档,调整X,Y偏转,使光点打在刻度盘中心,旋转仪器,当光点偏离中心位置最大处(即示波器与南北方向平行),反复校正,使示波器与南北方向平行。,当仪器转动90度时(即示波器与东西方向平行)读出偏移值D1,270度时读出偏移值D2.(D=(D1+D2)/2,本实验中使用的刻度盘每格2mm长,测偏移量时最好应用精度更好的直尺)。=其中U2为面板上电压指示选择VA1档上的读数(即加速电压),l为加速极至荧光屏的距离(本实验中l=),m为电子质量,求出B。,可以采用下述实验方法:首先通过静电聚焦作用,使从阴极K发射的电子束聚焦在示波管屏上;然后在Y(垂直)偏转极上加适当的交变电压,使电子束在示波器屏幕的Y方向上扫描承认那个一段线光迹,最后加上轴向磁场,使电子作螺线运动。因此,当轴向外磁场从零逐渐增强时,荧光屏上的直线光迹讲一边旋转一边缩短,直到使得电子的螺旋形运动轨迹的螺距正好等于垂直偏转极中心智荧屏的距离l’时,电子束讲被轴向外磁场再次聚焦成一个观点。,安装好纵向磁感线圈,接线柱向外放置,注意接线极性。,置直流电源档,调节聚焦、X轴位移,Y轴位移,使荧光屏中心出现一点。,使荧光屏上出现一条亮线,调整Y偏转使其长度适中。,使其由零逐渐增大,观察荧光屏亮线的变化。当聚成点时,,当第二次聚成一点时,=,导出计算e/m的公式,并计算其值(其中L’=,K=,N=1160,L=)B=Kn  I(n=N/L)e/m=8U2/,可将螺线管东西方向放置,或改变励磁电流方向测两次取平均值。