电子荷质比测定
电子荷质比的测定
1901年考夫曼（S.G.Kaufmann）对β射线荷质比的测定发现构成β射线的电子的荷质比与速度大 小有关，`e//m=`$(e//m_e)sqrt{1-(v^2//c^2)}$，v是β电子的速度，m是β电子速度为v时 的质量，me是β电子的静止质量。β射线的电子的速度可达光速的90%左右，所以β电子的荷质比 e/m可小到其静止值e/me的1/2左右。
电子荷质比的测 定
测定的方法
比
荷
带电体的电荷量和质量的比值，叫做比荷，又称荷质比。 电子电量e和电子静质量m的比值（e／m）是电子的基
本常数之一，又称电子比荷。1897年J.J.汤姆孙通过电磁 偏转的方法测量了阴极射线粒子的荷质比，它比电解中的 单价氢离子的荷质比约大2000倍，从而发现了比氢原子 更小的组成原子的物质单元，定名为电子。精确测量电子 荷质比的值为－1.75881962×10^11库仑／千克，根 据测定电子的电荷，可确定电子的质量。
由于电子通过电容器的时间极短，在此极短时间内可以认 为加在电容器C1、C2两端交流电压值不变，因而，要使 电子通过C1与C2时，其电场方向恰好相反，那么电子通 过两电容器间的距离所需要的时间 n=1，2， 3……，电子经过KA间电场加速时获得的速度v满足，解 得。
比
荷
荷质比又称比荷、比电荷，是一个带电粒子所带电荷与其质量之比，其单位为C/kg。计算时，粒 子无论带何种电荷，应一律代入正值计算。
电子荷质比的测量
第4章基础实验实验电子荷质比的测量19世纪80年代英国物理学家汤姆孙（）于1987年通过测量荷质地发现电子。
电子荷质比e/m是一个重要的物理常数，其测定在物理学发展史上占有很重要的地位。
电子荷质比的测量方法有很多，如磁聚焦法、磁控管法、伏安特性法、汤姆孙法等。
【实验目的及要求】1．掌握各种电子荷质比的测量原理及方法。
2．测定电子的荷质比。
【参考资料】1．孟祥省，李冬梅，姜琳．大学普通物理实验．济南：山东大学出版社，2004．2．江影，安文玉.普通物理实验．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003．【提供的主要器材】根据设计方法的不同自行选择仪器（EB-III型电子束实验仪、W-Ⅲ型电子逸出功测定仪等）。
大学物理实验【实验预备知识】1．磁聚焦法参考本教材的实验电子束的磁偏转。
2．磁控管法将理想二极管的阴极通以电流加热，并在阳极外加以正电压，在连接这两个电极的外电路中将有电流通过。
将理想二极管置于磁场中，二极管中径向运动的电子将受到洛仑兹力的作用而作曲线运动。
当磁场强度达到一定值时，做曲线运动的径向电子流将不再能到达阳极而“断流”。
只要实验中测出使阳极电流截止时螺线管的临界磁场B C ,就可以求出电子的荷质比e /m 。
这种测定电子荷质比的方法称为磁控管法。
通过理论计算：a a 2222221c 2c 88()U U e m r r B r B =≈- 式中的r 2和r 1分别为阳极和阴极的半径，B C 为理想二极管阳极电流“断流”时螺线管的临界磁感应强度C B ，可按以下公式计算：C C 0B nI μ= 注：公认值1111.7610C kg e m-=⨯ 3．正交电磁场法（汤姆孙法）测定电子荷质比正交电磁场法测定电子荷质比，即英国物理学家.汤姆孙（，1856－1940）于1897年在英国卡文迪许实验室测定电子荷质比的实验方法（因为此项工作，汤姆孙于1906年获诺贝尔物理学奖）。
原理提示：在电偏转实验的基础上，在与电场正交的方向加上磁场，如图4-15所示。
测量电子荷质比的方法
测量电子荷质比的方法测量电子荷质比是物理学中的一个重要实验，旨在确定电子的电荷与质量之间的比值。
以下是几种常见的测量电子荷质比的方法：1. 李萨如图案法李萨如图案法是通过电子在磁场中运动的方法来测量电子荷质比。
在两个正交的电场中，电子会在磁场中形成特定的轨迹，形成李萨如图案。
通过测量磁场、电场强度以及电子运动位置等参数，可以计算出电子荷质比。
2. 磁聚焦法磁聚焦法是通过在电子运动的过程中对其加入一个磁场，在一定条件下使电子在磁场中聚焦，从而计算出荷质比。
具体操作是在前方放置一个准直孔，通过调整磁场的强度和位置，使得从准直孔中逸出的电子形成一个尽可能锐利的电子束。
然后通过测量电子束的直径、磁场的强度和位置等参数，可以计算出电子荷质比。
3. 沉积法沉积法是通过测量电子在磁场中沉积所需的时间来计算电子荷质比。
该方法需要将电子注入一个磁场中，并在磁场中加入一个电场，使得电子在磁场中运动形成动量分散。
通过测量电子从注入点到沉积点所需的时间，可以计算出电子荷质比。
4. 沉积夹角法沉积夹角法是通过测量电子在磁场中沉积的夹角来计算电子荷质比。
该方法需要将电子注入一个磁场中，并在磁场中加入一个电场，使得电子在磁场中运动形成动量分散。
通过测量沉积点的位置和电子注入点的位置，可以计算出沉积夹角。
根据电子的动量守恒定律和力的大小来计算电子荷质比。
此外，还有其他一些方法用于测量电子荷质比，如密云法、汤姆逊法等。
总的来说，测量电子荷质比是物理领域中的重要实验，通过运用不同的原理和技术手段，可以得出电子荷质比的准确值。
这对于理解原子结构和电子行为有着重要的意义，也为现代电子学和计算机技术的发展做出了重要贡献。
电子荷质比的测定
电子荷质比的测定一、实验目的1.观察电子束在电场作用下的偏转。
2.加深理解电子在磁场中的运动规律，拓展其应用。
3.学习用磁偏转法测量电子的荷质比。
二、实验仪器第一部分主体结构有：1．亥姆霍兹线圈；2．电子束发射威尔尼氏管；3．记量电子束半径的滑动标尺；4．反射镜（用于电子束光圈半径测量的辅助工具）第二部分是整个仪器的工作电源，加速电压0~200V，聚焦电压0~15V都有各自得控制调节旋钮。
电源还备有可以提供最大3A电流的恒流电源，通入亥姆霍兹线圈产生磁场。
因为本实验要求在光线较暗的环境中，所以电源还提供一组照明电压，方便读取滑动标尺上的刻度。
祥见仪器说明书。
三、实验原理众所周知当一个电子以速度v垂直进入均匀磁场时，电子要受到洛仑兹力的作用，它的大小可由公式：（3-4-20-1）所决定，由于力的方向是垂直于速度的方向，则电子的运动轨迹就是一个圆，力的方向指向圆心，完全符合圆周运动的规律，所以作用力与速度又有：（3-4-20-2）其中r是电子运动圆周的半径，由于洛仑兹力就是使电子做圆周运动的向心力，因此可将（3-4-20-1)、(3-4-20-2)式联立：（3-4-20-3）由（3-4-20-3)式可得：（3-4-20-4）实验装置是用一电子枪，在加速电压u的驱使下，射出电子流，因此eu全部转变成电子的输出动能：（3-4-20-5）将（3-4-20-4）与（3-4-20-5)式联立可得：（3-4-20-6）实验中可采取固定加速电压u，通过改变不同的偏转电流，产生出不同的磁场，进而测量出电子束的圆轨迹半径r，就能测定电子的荷质比——e/m。
按本实验的要求，必须仔细地调整管子的电子枪，使电子流与磁场严格保持垂直，产生完全封闭的圆形电子轨迹。
按照亥姆霍兹线圈产生磁场的原理:(3-4-20-7)其中K为磁电变换系数，可表达为：（3-4 -20-8）式中是真空导磁率，它的值，R为亥姆霍兹线圈的平均半径，N为单个线圈的匝数，由厂家提供的参数可知R=158mm，N=130匝，因此公式（3-4-20-6）可以改写成：（3-4-20-9）四、实验步骤1．接好线路；2．开启电源，使加速电压定于120V,耐心等待，直到电子枪射出翠绿色的电子束后，将加速电压定于100V。
电子荷质比的测定
双电容法测电子荷质比的实验步骤
在真空管中由阴极K发出的电子，其初速度为零此电子被 真空管中由阴极K 阴极K 阳极A间电场加速后穿过屏障D1上的小孔，然后 阴极K和阳极A间电场加速后穿过屏障D1上的小孔，然后 按顺序穿过电容器C1、屏障D2上小孔和第二个电容器C2 按顺序穿过电容器C1、屏障D2上小孔和第二个电容器C2 而射到荧光屏F上，阳极和阴极间的电压为U 而射到荧光屏F上，阳极和阴极间的电压为U。分别在电 容器上加有频率f的完全相同的交流电压，C1之间的距离 容器上加有频率f的完全相同的交流电压，C1之间的距离 为L，选择频率使电子束在荧光屏上亮点不发生偏转 ，选择频率使电子束在荧光屏上亮点不发生偏转 由于电子通过电容器的时间极短，在此极短时间内可以认 为加在电容器C1、C2两端交流电压值不变，因而，要使 为加在电容器C1、C2两端交流电压值不变，因而，要使 电子通过C1与C2时，其电场方向恰好相反，那么电子通 电子通过C1与C2时，其电场方向恰好相反，那么电子通 过两电容器间的距离所需要的时间 n=1，2， n=1， 3……，电子经过KA间电场加速时获得的速度v满足，解 ……，电子经过KA间电场加速时获得的速度v 得。
电子荷质比的测 定
测 定 的 方 法
比
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带电体的电荷量和质量的比值，叫做比荷，又称荷质比。 电子电量e和电子静质量m的比值（e 电子电量e和电子静质量m的比值（e／m）是电子的基 本常数之一，又称电子比荷。1897年J.J.汤姆孙通过电磁 本常数之一，又称电子比荷。1897年J.J.汤姆孙通过电磁 偏转的方法测量了阴极射线粒子的荷质比，它比电解中的 单价氢离子的荷质比约大2000倍，从而发现了比氢原子 单价氢离子的荷质比约大2000倍，从而发现了比氢原子 更小的组成原子的物质单元，定名为电子。精确测量电子 更小的组成原子的物质单元，定名为电子。精确测量电子 荷质比的值为－1.75881962×10^11库仑／千克，根 荷质比的值为－1.75881962×10^11库仑／千克，根 据测定电子的电荷，可确定电子的质量。 20世纪初W.考夫曼用电磁偏转法测量β射线（快速运动 20世纪初W.考夫曼用电磁偏转法测量β 的电子束）的荷质比，发现e 的电子束）的荷质比，发现e／m随速度增大而减小。这 是电荷不变质量随速度增加而增大的表现，与狭义相对论 质速关系一致，是狭义相对论实验基础之一。
电子的荷质比测定实验
电子的荷质比测定实验一、引言电子荷质比测定是物理学实验中的一项重要实验，用于测量电子的电荷与质量之比。
本实验基于汤姆孙的光阴极射线实验装置，利用电场和磁场对电子进行精确的操控和测量，从而得到电子的荷质比。
该实验是量子力学的奠基实验之一，对于研究微观粒子的性质和结构起到了重要作用。
二、实验原理在实验中，我们通过以下原理来测定电子的荷质比：1. 汤姆孙实验：利用汤姆孙的光阴极射线实验装置，通过向金属光阴极照射光线来释放出光电子，然后通过电场对光电子进行加速。
2. 高速电子受力：当加速的光电子进入磁场区域时，会受到洛伦兹力的作用，其受力方向垂直于速度方向和磁场方向。
3. 荷质比计算：通过调整电场和磁场的强度，测量光电子在磁场中偏转的半径和电场下沉降的距离，可以计算出它们的电荷和质量之比。
三、实验步骤1. 准备实验装置：搭建汤姆孙实验装置，包括光源、光阴极、电场装置、磁场装置和测量仪器等。
2. 光电效应测定：通过调节光源的强度和频率，测量不同条件下光电流的变化，并记录下光电流达到饱和时的光强和光电流值。
3. 电场测定：使用电场装置对光电子进行加速，并测量在不同电场强度下，光电子通过一定距离所用的时间。
4. 磁场测定：使用磁场装置对加速后的光电子进行偏转，并测量光电子在磁场中偏转的半径。
5. 数据处理：根据实验数据计算得到电子的荷质比，并进行误差分析。
四、实验注意事项1. 实验操作需小心谨慎，避免引起意外事故。
2. 实验中涉及到高压电源和磁场装置，需要注意安全操作。
3. 在实验过程中，需要精确测量各项数据，尽量减小误差。
4. 实验装置的搭建和调试需要一定的时间和经验，要保持耐心和细致。
5. 实验完成后，注意整理和清理实验装置，确保实验室环境的整洁和安全。
五、实验结果与讨论根据实验所得的数据和计算结果，我们可以得到电子的荷质比的近似值。
通常情况下，测定结果与理论值相比会存在一定的差异，这可能是由于实验误差、仪器误差或实验条件的影响所导致的。
4-5电子荷质比的测量
第4章 基础实验 25实验4.5 电子荷质比的测量19世纪80年代英国物理学家J.J 汤姆孙（J.J.Thomson ）于1987年通过测量荷质地发现电子。
电子荷质比e /m 是一个重要的物理常数，其测定在物理学发展史上占有很重要的地位。
电子荷质比的测量方法有很多，如磁聚焦法、磁控管法、伏安特性法、汤姆孙法等。
【实验目的及要求】1．掌握各种电子荷质比的测量原理及方法。
2．测定电子的荷质比。
【参考资料】1．孟祥省，李冬梅，姜琳．大学普通物理实验．济南：山东大学出版社，2004．2．江影，安文玉.普通物理实验．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003．【提供的主要器材】根据设计方法的不同自行选择仪器（EB-III 型电子束实验仪、W-Ⅲ型电子逸出功测定仪等）。
【实验预备知识】1．磁聚焦法参考本教材的实验3.6电子束的磁偏转。
2．磁控管法将理想二极管的阴极通以电流加热，并在阳极外加以正电压，在连接这两个电极的外电路中将有电流通过。
将理想二极管置于磁场中，二极管中径向运动的电子将受到洛仑兹力的作用而作曲线运动。
当磁场强度达到一定值时，做曲线运动的径向电子流将不再能到达阳极而“断流”。
只要实验中测出使阳极电流截止时螺线管的临界磁场B C ,就可以求出电子的荷质比e /m 。
这种测定电子荷质比的方法称为磁控管法。
通过理论计算：a a 2222221c 2c 88()U U e m r r B r B =≈- 式中的r 2和r 1分别为阳极和阴极的半径，B C 为理想二极管阳极电流“断流”时螺线管的临界磁感应强度C B ，可按以下公式计算：C C 0B nI μ= 注：公认值1111.7610C kg e m-=⨯26大学物理实验3．正交电磁场法（汤姆孙法）测定电子荷质比正交电磁场法测定电子荷质比，即英国物理学家J.J.汤姆孙（J.J.Thomson，1856－1940）于1897年在英国卡文迪许实验室测定电子荷质比的实验方法（因为此项工作，汤姆孙于1906年获诺贝尔物理学奖）。
电子荷质比的测定
电子荷质比的测定电子荷质比是一个重要的物理量，它是用来描述电子的性质的。
在现代物理学研究中，电子荷质比的测定是非常重要的。
在本文中，我们将介绍电子荷质比的测定方法。
一、实验原理电子荷质比的测定利用了磁场对带电粒子的作用，即洛伦兹力公式：F=qvBsinθ其中，F是洛伦兹力，q是带电粒子的电荷量，v是其速度，B是磁场的大小，θ是带电粒子与磁场方向之间的夹角。
因为电子的电荷量是已知的，所以可以通过测量其在磁场中受到的力和运动速度来求出其质量。
用电子动量定理可以得到：mv=qBR(1/V)其中，m是电子的质量，R是磁场半径，V是电子的速度。
e/m=(2V)/(B^2R^2)二、实验装置电源、电子束发生器、电子注射管、真空室、磁铁、双输能谱仪、测量仪器等。
三、实验步骤1、将电源接入电子束发生器和电子注射管中，调节电源的电压。
2、调节电子注射管中的孔径，使电子束尽可能聚焦。
3、在真空室中设置磁场，使用双输能谱仪测量电子在磁场中的轨迹。
4、测量电子在磁场中的半径，通过测量双谱仪的读数得到电子的速度和轨迹半径。
5、根据实验公式计算出电子的荷质比。
四、实验注意事项1、在进行实验时，需要保持真空室的高真空状态，确保电子的自由运动。
2、在调节电子注射管时，应该注意减小束流的散布情况。
3、测量时需要注意仪器的准确度和精度。
4、在进行实验时，需要注意安全问题。
五、实验结果分析在实验中得到的数据可以通过计算求出电子的荷质比。
实验值应该与理论值接近，若有偏差应分析原因。
电子荷质比的测定是电子物理学中的基础实验之一，它有着重要的理论和实际意义。
通过这个实验可以更深入地理解电子及其性质，为今后在电子技术、物理研究以及其他相关领域的工作提供重要的基础。
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实验报告
【实验名称】：电子荷质比测定
【实验目的】：
1、了解利用电子在磁场中偏转的方法来测定电子荷质比。
2、通过实验加深对洛伦兹力的认识。
【实验仪器】:
FB710型电子荷质比测定仪
【实验原理】：
当一个电荷以速度v垂直进入磁场时，电子要受到洛伦兹力的作用，它的大小可由公式
f=ev*B (1) 所决定，由于力的方向是垂直于速度的方向，则电子的运动的轨迹是一个圆，力的方向指向圆心，完全符合圆周运动的规律，所以作用力与速度的关系为
f=mv^2/r (2) 其中r时电子运动圆周的半径，由于洛伦兹力就是使电子做圆周运动的向心力，因此 evB=mv^2/r (3) 由公式转换可得
e/m=v/rB (4) 实验装置是用一电子枪，在加速电压U的驱使下，射出电子流，因此eU全部转变成电子的输出动能，因此又有
eU=mv^2/2 (5) 由公式（4）、（5）可得
e/m=2U/(r*B)^2 (6) 实验中可采取固定加速电压U，通过改变偏转点了，产生不同的磁场，进而测量出电子束的圆轨迹半径，就能测定电荷的荷质比。
亥姆赫兹线圈产生磁场的原理，
B=K*I （7）其中K为磁电变换系数，可表达为
K=μ0（4/5）∧（3/2）*N/R （8）其中μ0是真空导磁率，等于4T*m/A或H/m,R为亥姆赫兹线圈的平均半径，N为单个线圈的匝数，其他参数
R=158mm,N=130匝，因此公式（6）可以改写为
e/m=[125/32]R∧2U/μ0∧2N∧2I∧2r∧2=2.474×10∧12 R∧2U/N∧2I∧2r∧2(C/kg) (9)
【实验内容】：
1、正确完成仪器的连接。
2、开启电源，使加速电压文档于120V。
3、调节偏转电流，使电子束的运行轨迹形成封闭的圆，细心调节聚焦电压，使电子束明亮，缓缓改变亥姆兹线圈中的电流，观察电子束大小、偏转的变化。
4、测量步骤：
（1）调节仪器后线圈上的反射镜的位置，以方便观察。
（2）移动测量机构上的滑动标尺，用黑白分界的中心刻度线，对准电子枪口与反射镜中的像，采用三点一线的方法测出电子圆的右端点，从游标上读出刻度数，并记录。
（3）再次移动滑动标尺到电子圆的左端点，采用同样的方法读出刻度数，并记录，同时记录对应的电流值。
（4）用公式r=(S1-S0)/2求出电子圆的半径
（5）记录实验环境条件，整理好实验仪器。
【数据处理】
【误差分析】
1、系统误差
（1）实验理论和实验方法不完善带来的误差，例如理论公式的近似性或实验条件达不到理论要求。
（2）实验仪器不准确或使用不当造成的误差，例如，仪器本身存在某些缺陷，或没有在规定条件下使用仪器。
（3）环境条件有规律地变化所引起的误差，例如，温度、气流、电压的变化对测量结果带来一定影响。
（4）实验者的某些不足也会产生系统误差，例如，由于生理或心理的特点，有人估计读书时总是偏大或偏小。
2、随机误差
（1）实验周围环境或操作条件的微笑波动。
（2）观测者本人在判断和估计读数上的变动性。
（3）测量仪器指示数值的变动性。