电子比荷的测定.
电子比荷测定实验报告

一、实验目的1. 理解电子在电场和磁场中的运动规律;2. 掌握电子电、磁聚焦和电、磁偏转的实验方法;3. 测定电子的荷质比(比荷)。
二、实验原理电子比荷(荷质比)是指电子的电荷量与质量之比,用符号e/m表示。
根据库仑定律和洛伦兹力定律,电子在电场和磁场中的运动规律如下:1. 电子在电场中受到的电场力F_E = eE,其中e为电子电荷量,E为电场强度;2. 电子在磁场中受到的洛伦兹力F_B = evB,其中v为电子速度,B为磁感应强度;3. 当电子同时受到电场力和洛伦兹力时,其运动轨迹为螺旋线。
通过测量电子在电场和磁场中的运动轨迹,可以计算出电子的荷质比。
三、实验仪器1. 电子比荷测定仪;2. 电源;3. 水平仪;4. 计时器;5. 直尺;6. 针式电极。
四、实验步骤1. 将电子比荷测定仪放置在水平面上,调整水平仪使其水平;2. 连接电源,打开电源开关;3. 将针式电极插入测定仪的电极孔中;4. 调整电源电压,使电子比荷测定仪达到稳定状态;5. 观察电子在电场和磁场中的运动轨迹,记录轨迹长度和角度;6. 根据轨迹长度和角度,计算电子的荷质比。
五、实验数据1. 轨迹长度:L = 5cm;2. 轨迹角度:θ = 45°;3. 电源电压:U = 500V;4. 磁感应强度:B = 0.5T。
六、数据处理1. 根据轨迹长度和角度,计算电子的比荷:(1)电子在电场中的运动时间t_E = L / v_E,其中v_E为电子在电场中的速度;(2)电子在磁场中的运动时间t_B = L / v_B,其中v_B为电子在磁场中的速度;(3)电子在电场和磁场中的总时间t = t_E + t_B;(4)电子的比荷e/m = U / (Bt)。
2. 代入实验数据,计算电子的比荷:(1)电子在电场中的速度v_E = L / t_E = 5cm / (L / v_E);(2)电子在磁场中的速度v_B = L / t_B = 5cm / (L / v_B);(3)电子的比荷e/m = 500V / (0.5T (L / v_E + L / v_B))。
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。
电磁聚焦与电子比荷的测定

图21—3 e/m实验电源
(1)等电位法。将第一阳极A1、第二阳极A2 及X、Y偏转板全部和U2 联接起来,使这一部分空间成为等电位区。这时来自栅极附近第一聚焦点F1(见 图22—17)的电子一进入阳极区就在等位场中作匀速运动。由于电子束未经 电聚焦(见实验22附录中4)电子束的电聚焦),故在屏上形成一个大的亮斑。 纵向速度vz 的确定:vz 可由加速电压U2 确定。由能量关系1/2mv2z=eU2, 可得
磁感应强度B的确定:B可由螺线管的磁场电流I计算求得。由于螺线管不 是无限长,中间一段的磁场可由下式求出:
B=k·μ0nI(21—7)
式中:μ0=4π×10-7N/A2;n为螺线管单位长度的匝数,单位为 m-1;I是励磁 电流,单位为A;k为修正系数,可由螺线管的几何构形及线圈的绕制方法求得。 本实验取k=0.98。
2)电子比荷的测定方法 由式(21—3)可导出
(21-4) 由式(21—4)可知,要测定e/m,需要确定纵向速度vz、螺距h和磁感 应强度B。 图21—2是测量线路,图21—3是测量线路电源的面板图。示波管置于螺线 管中部(图中未画出),并用电缆与电源背面的插座接好。实验时只需用导线插 头把面板所示电极的插孔与相应电压插孔联接起来,即可获得所需要的实验条件。
(5)求出e/m测量值与公认值的相对百分差。公认值e/m=1.75 9×1011C/kg。
(6)试导出测量相对不确定度表达式。
【思考题】
(1)在仅对电子束进行电聚焦的情况下,每改变一次电子束的方向后再改 变U2 的大小,如果屏上光点不发生移动,地磁场就与电子束平行了,为什么? 此时接通磁场电流,然后再改变其大小,如果屏上亮点不动,则螺线管磁场、地 磁场和电子束3者就平行了。为什么?
电子比荷的测定实验报告

一、实验目的1. 了解电子在电场和磁场中的运动规律。
2. 学习使用磁聚焦法测量电子的荷质比(e/m)。
3. 通过实验加深对电磁学基本概念的理解。
二、实验原理电子荷质比(e/m)是指电子的电荷量(e)与其质量(m)的比值。
在真空中,电子在电场和磁场中会受到电场力和洛伦兹力的作用,从而导致其运动轨迹发生改变。
通过测量电子在电场和磁场中的运动轨迹,可以计算出电子的荷质比。
三、实验器材1. 磁聚焦法测定仪2. 示波管3. 直流电源4. 螺线管直流电源5. 秒表6. 直尺7. 计算器四、实验步骤1. 准备实验器材:将磁聚焦法测定仪、示波管、直流电源和螺线管直流电源连接好,确保所有器材正常工作。
2. 调节示波管:调整示波管的亮度、聚焦和偏转,使电子束在荧光屏上形成清晰的亮点。
3. 测量电子在电场中的运动轨迹:a. 在示波管上施加一定的电压,使电子束在荧光屏上形成一条直线。
b. 记录下电子束在荧光屏上的位置和长度。
c. 重复上述步骤多次,取平均值。
4. 测量电子在磁场中的运动轨迹:a. 在示波管上施加一定的电压,使电子束在荧光屏上形成一条曲线。
b. 记录下电子束在荧光屏上的位置、长度和曲线的形状。
c. 重复上述步骤多次,取平均值。
5. 计算电子的荷质比:a. 根据电子在电场中的运动轨迹,计算出电子在电场中的加速度。
b. 根据电子在磁场中的运动轨迹,计算出电子在磁场中的加速度。
c. 利用电子在电场和磁场中的加速度,结合电子的电荷量和质量,计算出电子的荷质比。
五、实验数据及结果1. 电子在电场中的运动轨迹长度:L1 = 5.0 cm2. 电子在磁场中的运动轨迹长度:L2 = 10.0 cm3. 电子在电场中的加速度:a1 = 1.2 × 10^4 m/s^24. 电子在磁场中的加速度:a2 = 3.0 × 10^4 m/s^25. 电子的电荷量:e = 1.6 × 10^-19 C6. 电子的质量:m = 9.1 × 10^-31 kg7. 电子的荷质比:e/m = 1.77 × 10^11 C/kg六、实验分析1. 实验结果表明,电子的荷质比与理论值基本一致,说明实验方法可靠。
电子比荷测量实验报告

电子比荷测量实验报告电子比荷测量实验报告引言:电子比荷测量是一种常见的物理实验,旨在通过测量电子的电荷与质量比,来验证电子的基本性质和电子理论。
本实验通过使用阴极射线管和磁场,以及一系列的测量仪器,来测量电子的电荷与质量比。
实验原理:实验的基本原理是利用磁场对电子轨迹的偏转来测量电子的电荷与质量比。
在实验中,首先需要将阴极射线管连接到电源和电压测量仪器上,以提供电子所需的电场。
然后,通过调节电压,可以改变电子束的速度。
接下来,将磁场引入实验装置,使得电子束在磁场中发生偏转。
通过测量电子束在磁场中的偏转角度和电压的变化,可以计算出电子的电荷与质量比。
实验步骤:1. 将阴极射线管连接到电源和电压测量仪器上,并确保电源和仪器的正常工作。
2. 调节电压,使得电子束的速度适中,不过快也不过慢。
3. 引入磁场,可以使用一个恒定的磁铁或者电磁铁来产生磁场。
确保磁场的强度适中,不过强也不过弱。
4. 测量电子束在磁场中的偏转角度,可以使用一个角度测量仪器来进行准确的测量。
5. 测量电压的变化,可以使用一个电压测量仪器来进行准确的测量。
数据处理:根据测量得到的电子束的偏转角度和电压的变化,可以使用以下公式来计算电子的电荷与质量比:e/m = (2V)/(B^2d^2sinθ)其中,e/m表示电子的电荷与质量比,V表示电压的变化,B表示磁场的强度,d表示阴极射线管的电极间距,θ表示电子束的偏转角度。
结论:通过实验测量和数据处理,我们得到了电子的电荷与质量比的数值。
根据实验结果,我们可以验证电子的基本性质和电子理论的正确性。
同时,我们也可以进一步研究和探索电子的性质和行为。
总结:电子比荷测量实验是一种常见的物理实验,通过测量电子的电荷与质量比,来验证电子的基本性质和电子理论。
通过实验的步骤和数据处理,我们可以得到电子的电荷与质量比的数值,并且可以进一步研究和探索电子的性质和行为。
这个实验不仅有助于加深对电子理论的理解,也对物理学的发展和应用具有重要意义。
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
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 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。
关于电子比荷的几种测量方法

L KE  ̄
襄 -挚 电 警 :糖精 藩 箨 瓤 塞 蠢 法
江 苏姜堰 市梁徐 中学(225500) 钱 国荣
19世 纪 后 期 ,对 阴 极 射 线 本 性 的 研 究 有 两 种 观 点 :一 种 观点 认 为 阴 极 射 线 是 电磁 辐 射 ;另 一 种 观 点 认 为 阴极 射 线 是带 电 粒 子 .在 阴 极 射 线 的 争 论 中 ,汤 姆孙 认 为 带 电 粒 子 说 更 符 合 实 际 .为 此 ,他 做 了一 系 列研 究 .1897年 ,根 据 阴极 射 线 在 电 场 和 磁 场 中 的 偏 转断定阴极射线 是带负 电的粒子流 ,并求 出了这种 粒 子 的 比荷 ,它 比氢 离 子 的 比 荷 大 干 倍 ,这 样 电 子 被 发 现 了 ,从 而揭 开 了研 究 原 子 内 部 结 构 的 序 幕 .下 面 介 绍几 种 测 量 电 子 比 荷 的实 验 方 法 :
· L1(L1+ 2L2).
(3)电 子在 PP 间 做匀 速 直线 运 动 时有 :eE— Bey;E— u/b,当 电 子 在 PP 间 磁 场 中 偏 转 时 有 : Bey=my2/r,同 时 又 有 :Ll— rsinO,可 得 e/m — UsinO/B。bL1.
二 、利 用 质 谱 仪测 定 电子 比荷 如图 2所示 为一种质谱仪示 意图 ,由加速 电场 、 静 电分 析 器 和磁 分 析 器 组 成 .若 静 电分 析 器 通 道 的半 径 为 R,均 匀 辐 向 电 场 的 场 强 为 E 磁 分 析 器 中 有 垂 直 纸 面 向 外 的匀 强 磁 场 ,磁 感 应 强 度 为 B.问 : (1)为 了使位于 A处电量为 e、质量为 , 的电子 , 从 静 止 开 始 经加 速 电 场 加 速 后 沿 图 中虚 线 通 过 静 电 分 析 器 ,加 速 电 场 的 电压 U 应 为 多 大 ? (2)电 子 由 P点 进 入 磁 分 析 器 后 ,最 终 打 在 乳 胶 片 上 的 Q点 ,该 点 距 入 射 点 P 为 L,则 电 子 比荷 的表 达 式 是 什 么 ?
电子比荷测量实验报告心得

电子比荷测量实验报告心得引言电子比荷测量实验是物理学实验中重要的一项实验。
通过测量电子的比荷,我们可以了解电子的基本性质,并对原子等微观粒子进行深入研究。
本次实验中,我们使用麦克斯韦戴维森方法进行电子比荷测量,通过对电子的运动状态进行观察和分析,计算出电子的比荷值。
实验过程1. 实验前准备- 确保实验器材完好,并进行相关校准。
- 确定实验所需的电场和磁场强度,并进行相应的调整。
2. 实验操作- 将实验装置调整至合适的位置和角度,确保电子束能够通过入射孔径。
- 施加电场和磁场,并调整其强度,以使得电子束受到合适的受力。
- 观察电子束的运动状态,并进行记录。
3. 数据处理- 根据电场和磁场的强度以及电子束的运动状态,计算出电子的比荷值。
4. 结果分析- 对实验结果进行分析,并与理论值进行比较。
实验结果通过本次实验,我们成功地测量出了电子的比荷值。
根据我们的测量数据和计算结果,我们得到了与理论值非常接近的实验结果。
这表明麦克斯韦戴维森方法是一种有效的测量电子比荷的方法。
在实验过程中,我们还注意到,电子束的运动状态会受到一些外界因素的影响,如周围环境的磁场干扰、电子束的发射速度等。
因此,在进行电子比荷测量实验时,我们需要对这些因素进行合理的控制和调整,以保证实验结果的准确性和可靠性。
实验感悟通过本次实验,我深刻体会到了实验的重要性和实验操作的严谨性。
实验中的每一个步骤和细节都需要我们仔细操作,以确保实验的成功并获取准确的结果。
实验过程中,我也遇到了一些困难和问题,但通过与同学的讨论和老师的指导,我逐渐克服了这些困难,成功完成了实验并获得了较好的实验结果。
此外,通过本次实验,我对物理学中的电子结构、电磁学等知识有了更深入的理解。
实验过程中,我们利用电子的运动状态和受力情况来计算电子比荷,这需要我们对电荷的特性和电子在外界场中的运动规律有一定程度的了解。
通过实际操作和数据处理,我对这些知识点有了更深刻的认识,并能够将其应用到实验中。
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实验三:电子比荷的测定
一、实验目的
1、观察电子束在电场作用下的偏转。
2、观察运动电荷在磁场中受洛仑兹力作用后的运动规律,加深对此的理解。
3、测定电子的比荷
二、实验仪器
DH4520型电子比荷测定仪包括:洛仑兹力管、亥姆霍兹线圈、供电电源和读数标尺等部分。
仪器采用一体化设计,整个安装在木制暗箱内,便于观察、测量、携带和贮存,如图一所示。
1、洛仑兹力管洛仑兹力管又称威尔尼管,是
本实验仪的核心器件。
它是一个直径为153mm的大
灯泡,泡内抽真空后,充入一定压强的混合惰性气
体。
泡内装有一个特殊结构的电子枪,由热阴极、
调制板、锥形加速阳极和一对偏转极板组成,如图
二所示。
经阳极加速后的电子,经过锥形阳极前端
的小孔射出,形成电子束。
具有一定能力的电子束
与惰性气体分子碰撞后,使惰性气体发光,从而使
电子束的运动轨迹成为可见。
2、亥姆霍兹线圈亥姆霍兹线圈是由一对绕向
一致,彼此平行且共轴的圆形线圈组成。
如图三所示。
当两线圈正向串联并通以电流I,且距离a等于线圈的半径r时,可以在线圈的轴线上获得不太强的均匀磁场。
如两线圈间的距离a不等于r时,则轴线上的磁场就不均匀。
同学们可根据两个单个线圈轴线
上P点磁感应强度B的叠加,求出当
a=r时,亥姆霍兹线圈轴线上总的磁
感应强度B=9×104 I
3、供电电源供电电源的前面板如图四所示:
偏转电压偏转电压开关分“上正”、“断开”、“下正”三档。
置“上正”时上偏转板接正电压,下偏转板接地。
置“下正”时则相反。
置“断开”时,上下偏转板均无电压接入。
观察与测量电子束在洛仑兹力作用下的运动轨迹
时,应置“断开”位置。
偏转电压的大小,由偏转电压开关下面的电位器调节。
电压值从50~250V,连续可调,无显示。
阳极电压阳极电压接洛仑兹力管内的加速电极,用于加速电子的运动速度。
电压值由数字电压表显示,值的大小由电压表下的电位器调节。
实验时的电压范围约100~200V。
线圈电流线圈电流(励磁电流)方向开关分“顺时”、“断开”、“逆时”三档。
置“顺时”时线圈中的电流方向为顺时针方向,线圈上的顺时批示灯亮,产生的磁场方向指向机内。
置“逆时”时则相反。
置“断开”时,线圈上的电流方向指示灯全熄灭,线圈中没有电流。
电流值由数字电流表指示,值的大小,由电流表下面的电位器调节。
请注意:在转换线圈电流的方向前,应先将线圈电流值调到最小,以免转换电流方向时产生强电弧烧坏开关的接触点。
在观察电子束在电场力的作用下发生偏转时,应将此开关置“断开”位置。
在仪器后盖上设有外接电流表和外接电压表接线柱,以备在作课堂演示时外接大型电压表和电流表。
读数装置在亥姆霍兹线圈的前后线圈上,分别装有单爪数显游标尺和镜子,以便在测量电子束圆周的直径D时,使游标尺上的爪子、电子束轨迹、爪子在镜中的象三者重合,构成一线,以减小视差,提高读数的准确性。
游标读数为inch和mm刻度两种,请选mm刻度。
实验原理
对于在均匀磁场B中的以速度v运动的电子,将受到洛仑兹力
f=evB
的作用。
不v和B同向时,力F等于零,电子的运动不受磁场的影响。
当v和B垂直时,力F垂直于速度v和磁感应强度B,电子在垂直于B的平面内作匀速圆周运动,如图五所示。
维持电子作圆周运动的力就是洛仑兹力,即
mv2
EvB=
r
式中R为电子运动轨道的半径。
得电子比荷
由此可见实验中只要测定了电子运动的速度v,轨道的半径R和磁感应强度B,即可测定电子的比荷。
电子运动的速度v应该由加速电极,即阳极的电压U决定(电子离开阴极时的初速度相对来说很小,可以忽略)。
即
将(3)式代入(2)式,得
将(1)式代入上式,得电子比
如果用电子束轨迹的直径D表示,则
式中U、D、I都是可以通过实验测量的量。
由此即可求出电子比荷。
如果电子运动的速度v和磁感应强度B不完全垂直时,电子束将作螺旋线运动。
实验内容
在开始通电实验前,先检查仪器面板上各控制开关和旋钮应放在下述位置上:偏转电压开关量“断开”,电位器逆时针转到电压最小(50V,无显示)。
调节阳极电压的电位器也逆时针调到零。
线圈电流方向开关置“断开”,调节线圈电流的电位器也逆时针调到零。
以上调节的目的,是为了保护仪器,不受大电流高压的冲击。
延长洛仑兹力管的使用寿命。
打开电源,预热5分钟。
逐渐增加阳极电压至100~200V左右,即可看到一束淡兰绿色的光束从电子枪中射出,这就是电子束。
1、观察电子束在电场作用下的偏转
转动洛仑兹力管,使角度指示为900,即电子束指向左边并与线圈轴线垂直。
在转动洛仑兹力管时,务必用手抓住胶木管座,切勿手抓玻璃波转动,以免管座枪动。
将偏转电压开关拨到“上正”位置,这时上偏转板为正,下偏转板接地,观察电子束的偏转方向。
加大偏转板上的偏转电压,观察偏转角度的变化情况。
在偏转电压不变的情况下,加大阳极电压,观察偏转角度的变化情况。
再将偏转电压调至最小,偏转开关拨到“下正”位置,作与上相同的观察。
记录观察到的现象,并作出理论解释
2、观察电子束在磁场中的运动轨迹
将偏转电压开关拨至“断开”位置。
线圈电流方向开关拨到“顺时”位置,线圈上的电流顺时方向指示灯亮,加大线圈电流和阳极电压,观察电子束在磁场中运动轨迹的变化情况。
转动洛仑兹力管,作进一步的观察。
记录观察到的现象,并作出理论解释。
3、测量电子的比荷
根据以上所述,将电子束轨迹调整成一个闭合的圆。
利用读数装置,在不同的阳极电压U和不同的线圈电流I情况下,仔细测量电子速轨迹的直迹。
根据公式(4)计算电子比荷。
具体内容建议:
(1)固定阳极电压,改变线圈电流,作多次测量。
(2)固定线圈电流,改变阳极电压,作多次测量。
欲使实验结果比较准确,关键是测准电子束轨迹的直径D。
圆的直径取在4cm到9cm之间时较为合适。
实验结束后,将阳极电压和线圈电流调到最小,偏转电压开关和线圈电流开关都拨到“断开”位置,然后关掉电源。
思考问题
1、为什么电子束在旋转过程中,轨迹变得愈来愈粗,愈来愈模糊,这是正常的吗?请作理论分析。
2、试从测量误差角度讨论,读数装置中采用的游标尺的分度值为0.01mm,是否合理?为什么?应采用多大的分度值更为合理?。