物理实验电子荷质比幻灯片.ppt

物理实验电子荷质比第1页，共22页，编辑于2022年，星期日19世纪世纪90年代，英国物理学家年代，英国物理学家 J JJ J 汤姆孙经过一系列的实汤姆孙经过一系列的实验及研究，发现了一种粒子，验及研究，发现了一种粒子，并断定这种粒子必定是所有物并断定这种粒子必定是所有物质的共同组成成份。汤姆孙命质的共同组成成份。汤姆孙命名它为名它为“电子电子”，并测定了它，并测定了它的荷质比。这在物理学史上是有的荷质比。这在物理学史上是有划时代意义的。划时代意义的。第2页，共22页，编辑于2022年，星期日 电子荷质比电子荷质比 e/m e/m 是一常用是一常用的物理常数，它的定义是电子的的物理常数，它的定义是电子的电荷量与其质量的比值，经现代电荷量与其质量的比值，经现代科学技术的测定，电子荷质比的科学技术的测定，电子荷质比的标准值是：标准值是：1.759*101.759*101111C/KgC/Kg 第3页，共22页，编辑于2022年，星期日一、实一、实 验验 原原 理理第4页，共22页，编辑于2022年，星期日 当力的方向是垂直于速度方向时，电子的运动轨迹是一个圆，当力的方向是垂直于速度方向时，电子的运动轨迹是一个圆，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又有则由公式转换得则由公式转换得：当一个电荷以速度当一个电荷以速度v v垂直进入均匀磁垂直进入均匀磁场时，电子要受到洛伦兹场时，电子要受到洛伦兹LorentzLorentz力的作力的作用，它的大小可由公式用，它的大小可由公式第5页，共22页，编辑于2022年，星期日 实验装置是用一电子枪，在加速电压实验装置是用一电子枪，在加速电压 u u 的的驱使下，射出电子流，因此驱使下，射出电子流，因此 e u e u 全部转变成电全部转变成电子的输出动能，因此又有：子的输出动能，因此又有：实验中可采取措施固定圆轨迹的半径实验中可采取措施固定圆轨迹的半径 r r，通，通过加速电压过加速电压 u u 与与B B 的关系就能测试电子的荷质比的关系就能测试电子的荷质比 e/m e/m。第6页，共22页，编辑于2022年，星期日二二、实、实 验验 装装 置置第7页，共22页，编辑于2022年，星期日1 1、荷质比测试仪、荷质比测试仪HelmholtzHelmholtz线圈线圈电子束发射管电子束发射管电子束半径电子束半径的测量工具的测量工具第8页，共22页，编辑于2022年，星期日2、电子束发射管（威尔尼氏管）电子束发射管（威尔尼氏管）电子枪电子枪r第9页，共22页，编辑于2022年，星期日0.00A加速聚焦电源直流稳压稳流电源万用表直流电压300V档万用表直流电流3A档磁场线圈玻璃球炮电子发光圈电子发射枪u:电子管加速电压r:电子圈半径K：磁场线圈的磁转换系数I：线圈中的通电电流N：线圈匝数R：线圈半径200v-30v3 3仪器连接示意图仪器连接示意图第10页，共22页，编辑于2022年，星期日 当电子枪在加速电压的激发下，发射出电子束，在当电子枪在加速电压的激发下，发射出电子束，在磁场的作用下将发生三种情况磁场的作用下将发生三种情况：1 1、无磁场时，电子束将成直线轨迹射出、无磁场时，电子束将成直线轨迹射出；第11页，共22页，编辑于2022年，星期日2、电子束与磁场完全垂直时，电子束形成一个完全封闭的电子束与磁场完全垂直时，电子束形成一个完全封闭的圆；圆；第12页，共22页，编辑于2022年，星期日3、当电子束与磁场不完全垂直时，电子束将作螺旋当电子束与磁场不完全垂直时，电子束将作螺旋状态运动。状态运动。第13页，共22页，编辑于2022年，星期日三、实三、实 验验 操操 作作第14页，共22页，编辑于2022年，星期日荷质比测试仪操作介绍荷质比测试仪操作介绍第15页，共22页，编辑于2022年，星期日 1、正确完成仪器的连接，使电子束出射方向正确完成仪器的连接，使电子束出射方向垂直于磁场。垂直于磁场。2、按照左图按照左图 的方法将仪器测的方法将仪器测量装置定成量装置定成 8 cm 8 cm。3 3、开启电源，首先使加速电压、开启电源，首先使加速电压定于定于200 V200 V，耐心地等待，直到，耐心地等待，直到电子枪射出紫兰色的电子束；电子枪射出紫兰色的电子束；4 4、细心调节、细心调节 50 V 50 V的聚焦电压，使电子束明亮的聚焦电压，使电子束明亮；5、缓缓加大缓缓加大 Helmholtz Helmholtz 线圈中的电流，观察电子束的偏转，线圈中的电流，观察电子束的偏转，紧接着形成封闭的圆。紧接着形成封闭的圆。6 6、将、将 B=K*I B=K*I 代入公式代入公式3 3得：得：同时写出同时写出第16页，共22页，编辑于2022年，星期日7 7、用测试装置测出圆环直径（用测试装置测出圆环直径（8cm8cm），并固定之，测量示意图），并固定之，测量示意图如下如下 eye8cm镜镜电子束电子束象象第17页，共22页，编辑于2022年，星期日8 8、在整个实验过程中，必须保持电子圆的大、在整个实验过程中，必须保持电子圆的大小不变，这可以配合调节加速电压与小不变，这可以配合调节加速电压与 Helmholtz Helmholtz 线圈中的电流共同达到。由公式线圈中的电流共同达到。由公式可见可见 u u 和和 I I2 2 成线性关系。实验中只要测出成线性关系。实验中只要测出 u-Iu-I2 2 的对应值，作出直线求其斜率的对应值，作出直线求其斜率 ，即可求出荷质比。即可求出荷质比。第18页，共22页，编辑于2022年，星期日四、数四、数 据据 处处 理理第19页，共22页，编辑于2022年，星期日NU(v)I(A)I2(A2)12345678 由由U-IU-I2 2 的数据作出坐标图，根据图形得出斜率的数据作出坐标图，根据图形得出斜率代入公式代入公式 4 4 得：得：求出荷质比，并将实验值与标准值求出荷质比，并将实验值与标准值 1.76 1.76 10101111 C/Kg C/Kg 比比较，求出误差。较，求出误差。第20页，共22页，编辑于2022年，星期日五、注五、注 意意 事事 项项第21页，共22页，编辑于2022年，星期日 1 1、在实验开始前应首先细心调节电子束与磁场方向、在实验开始前应首先细心调节电子束与磁场方向垂直，形成一个不带任何重影的圆环；垂直，形成一个不带任何重影的圆环；2 2、确定电子圆环的大小是做好本实验的关键，因此、确定电子圆环的大小是做好本实验的关键，因此要仔细调节调制电压与加速电压，使电子束明亮与清晰要仔细调节调制电压与加速电压，使电子束明亮与清晰是十分重要的；是十分重要的；3 3、放电管需要较高的加速电压，实验时要注意、放电管需要较高的加速电压，实验时要注意安全。安全。4 4、实验数据最好采用最小二乘法，进行直线拟合，、实验数据最好采用最小二乘法，进行直线拟合，这样实验的结果会更好。拟合工作可以用计算机来完成。这样实验的结果会更好。拟合工作可以用计算机来完成。第22页，共22页，编辑于2022年，星期日