实验报告-磁聚焦法测定电子荷质比.docx

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1、实验报告-磁聚焦法测定电子荷质比 篇一：电子荷质比的测定(试验) 高校物理试验报告 试验名称磁聚焦法测电子荷质比 试验日期 2022-04-24试验人员 袁淳(200902120406) 1. 了解电子在电场和磁场中的运动规律。 2. 学习用磁聚焦法测量电子的荷质比。 3. 通过本试验加深对洛伦兹力的相识。 FB710电子荷质比测定仪。 当螺线管通有直流电时，螺线管内产生磁场，其磁感应强度B的方向，沿着螺线管的方向。电子在磁场中运动，其运动方向假如同磁场方向平行，则电子不受任何影响；假如电子运动力向与磁场方向垂直，则电子要受到洛伦兹力的作用，所受洛伦兹力为： F?evB 将运动速度分解成与磁感

2、应强度平行的速度 v/和与磁感应强度垂直的速度v?。v/不受洛伦兹力的影响，接着 沿轴线做匀速直线运动。?在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其方程为： 2 mv F?evB? r 则 由阴极放射的电子，在加速电压U的作用下获得了动能，依据动能定理， 2 e2U ?则 2m(rB) 保持加速电压U不变，通过变更偏转电流I，产生不同大小磁场，保证电子束与磁场严格垂直，进而测量电子 v e? mrB 1 mv?eU2 束的圆轨迹半径，就能测量电子的 r m值。 32 4?0NIB?()?螺线管中磁感应强度的计算公式以 5R 数=130匝； R为螺线管的平均半径=158mm。得到最终式： 表示，式中?

3、0=4?10 -7 H/m。N是螺线管的总匝 e?125?UR2U12 ?3.65399?10?22?C/kg?2m?32?0NIrIr 测出与U与I相应的电子束半径，即可求得电子的荷质比。 r 第 1 页 共 2 页 1. 接通电子荷质比测定仪的电源，使加速电压定于120V，至能视察到翠绿色的电子束后，降至100V； 2. 变更偏转电流使电子束形成封闭的圆，缓慢调整聚焦电压使电子束光明，缓慢变更电流视察电子束大小和 偏转的改变； 3. 调整电压和电流，产生一个光明的电子圆环； 4. 调整仪器后线圈的反光镜的位置以便利视察； 5. 移动滑动标尺，使黑白分界的中心刻度线对准电子枪口与反射镜中的像

4、，采纳三点始终线的方法分别测出 电子圆左右端点S0和S1,并记录下对应的电压值U和电流值I。 6. 1 ?S1?S0?得到电子圆的半径，代入最终式求出m； 依据r?2 7. 变更U、I得到多组结果，求出平均值，与标准值进行比较，求出相对误差E 标准值em=1.758819621011 (C/kg) 1. 依据r? 1 ?S1?S0?计算出r2 ，得到每个U和I对应的 r 2. 2U12 m?3.65399?10?22依据 rI 计算出每个m，得到e/m=1.8001011 (C/kg) 3. |m?m| ?100%=2.346% 将得到的e/m与标准值进行比较，得到相对误差E= m 电子束与磁

5、场没有严格垂直导致误差； 电子束具有肯定宽度，导致测量误差； 测量者利用点一线法测半径时没有完全对齐导致随机误差； 试验仪器精确度不够导致测量误差； 试验理论的不完善(如没有考虑电子的相对论效应)导致误差。 第 2 页 共 2 页 1. 2. 3. 4. 5. 篇二：预习报告-磁聚焦测定荷质比 实 验 预 习 报 告 姓名：张伟楠 同组姓名： 班级：F0703028 试验日期：2008.04.14 学号：5070309108 试验成果： 指导老师： 批阅日期： 磁聚焦法测定电子荷质比 1. 零电场测定电子荷质比 (L2+D2) k=n2lNeUa=k2 mI 2 2. 电场偏转法测定电子荷质比

6、 e8Ua2Ua= =c 1. 零电场测定电子荷质比 2. 电场偏转法测定电子荷质比 (1)在X偏转板上加沟通偏转电压 (2)在Y偏转板上加沟通偏转电压 篇三：电子束的偏转与聚焦试验报告 南昌高校物理试验报告 课程名称：一般物理试验（2） 试验名称：电子束的偏转与聚焦 学院：专业班级： 学生姓名：学号： 试验地点：座位号： 试验时间： 一、 试验目的： 1、了解示波管的构造和工作原理。 2、定量分析电子束在匀强电场作用下的偏转状况和在匀称磁场作用 3、学会规范运用数字多用表。 4、学会磁聚焦法测量电子比荷的方法。 下的偏转状况。 二、 试验仪器： EB电子束试验仪、直流稳压电源30V，2A、数

7、字多用表。 三、 试验原理： 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1 所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：其次阳极，A3：前加速阳极）。灯丝H用6.3V沟通供电，其作用是将阴极加热，使阴极放射电子，电子受阳极的作用而加速。 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必需解决的问题。在示波管中，阴极被加热发 射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅微小

8、孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20100V,由阴极放射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调整栅极电压的凹凸可以限制射向荧光屏的电子数，从而限制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到肯定的程度时，可使电子射线截止，辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。变更电极间的电压分布，可以变更等势

9、面的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中，电子从被加热的阴极K逸出后，由于受到阳极电场的加速作用， 使电子获得沿示波管轴向的动能。电场力做的功eU应等于电子获得的动能 eU? 1 mv2 2 （1） 明显，电子沿Z轴运动的速度vz与其次阳极A2的电压U2的平方根成正比，即 vz? 2e m U2 （2） 若在电子运动的垂直方向加一横向电场，电子在该电场作用下将发生横向偏若偏转板板长为l、偏转板末端到屏的距离为L、偏转电极间距离为d、轴向 转，如图2所示。 加速电压（即其次阳极A2电压）为U2，横向偏转电压为Ud，则荧光屏上光点的横向偏转量D由下式给出： lUdl 2U2

10、2d D?（L?) （3） 由式（3）可知，当U2不变时，偏转量D随Ud的增加而线性增加。所以，依据 屏上光点位移与偏转电压的线性关系，可以将示波管做成测量电压的工具。若变更加速电压U2，适当调整U1到最佳聚焦，可以测定D-Ud直线随U2变更而使斜率变更的状况。 4、磁偏转原理 电子通过A2后，若在垂直Z轴的X方向外加一个匀称磁场，那么以速度v飞越 子电子在Y方向上也会发生偏转，如图所示。 由于电子受洛伦兹力F=eBv作用，F的大小不变，方向与速度方向垂直，因此电子在F的作用下做匀速圆周运动，洛伦兹力就是向心力，即有eBv=mv2/R，所以 R? mvz eB （4） 电子离开磁场后将沿圆切线

11、方向飞出，直射到达荧光屏。在偏转角较小的 状况下，近似的有 tan? lD? RL （5） 式中，l为磁场宽度，D为电子在荧光屏上亮点的偏转量（忽视荧光屏的微小由此可得偏转量D与外加磁场B、加速电压U2等的关系为 弯曲），L为从横向磁场中心到荧光屏的距离。 D?lBL e 2mU2 （6） 试验中的外加横向磁场由一对载流线圈产生，其大小为 B?K?0nI （7） 式中，?0为真空中的磁导率，n为单位长度线圈的匝数，I为线圈中的励磁电 流，K为线圈产生磁场公式的修正系数（0?K?1） 由此可得偏转量D与励磁电流I、加速电压U2等的关系为 D?K?0nIlL e 2mU2 （8） 当励磁电流I（即

12、外加磁场B）确定时，电子束在横向磁场中的偏转量D与加 速电压U2的平方根成反比。 5、磁聚焦和电子荷质比的测量原理 带点粒子的电量与质量的比值叫荷质比，是带电微观粒子的基本参量之一。电子运动方向与磁场平行，故磁场对电子运动不产生影响。电子流的轴线速 测定荷质比的方法许多，本试验采纳磁聚焦法。 率为 v/? 2eU2 m （9） 式中，e，m分别为电子电荷量和质量。若在一对偏转极板Y上加一个幅值不 大的交变电压，则电子流通过Y后就获得一个与管轴垂直重量v?。如暂不考虑电子轴向速度重量v/的影响，则电子在磁场的洛伦兹力F的作用下（该力与v?垂直），在垂直于轴线的平面上作圆周运动，即该力起着向心力的

13、作用，F=ev?B=mv2?/R， 由此可得到电子运动的轨道半径R?动一周所须要的时间（即周期）为 v? ，v?越大轨道半径亦越大，电子运 Be/m T? 2?Re ?2?B v?m （10） 这说明电子的旋转周期与轨道半径及速率v?无关。若再考虑v/的存在，电子 的运动轨迹应为一螺旋线。在一个周期内，电子前进距离（称螺距）为 h?v/T? 2? 2mU2 Be （11） 由于不同时刻电子速度的垂直重量v?度不同，故在磁场的作用下，各电子将 沿不同半径的螺线前进。然而，由于他们速度的平行重量v/均相同，所以电子在做螺线运动时，它们从同一点动身，尽管各个电子的v?各不相同，但经过一个周期后，它们

14、又会在距离动身点相距一个螺距的地方重新相遇，这就是磁聚焦的基本原理。由式（11）可得 m?8?2U2h2B2 （12） 长直螺线管的磁感性强度B，可以由下式计算： B? ?0NIL?D 2 2 （13） 将式（13）代入式（12），可得电子荷质比为： m?8?2U2(L2D2?0NIh)2 e?k （14） m 式中 U2 2I （15） 8?2(L2?D2) k?2 (?0Nh) （16） 本试验运用的电子束试验仪，k=4.8527?108 本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第13页 共13页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页