电子荷质比的测量.
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。
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）。
电子荷质比的测量
环境监测与保护
利用电子荷质比测量技术对环境 中的物质进行监测和鉴别，为环 境保护提供技术支持。
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在光学领域，电子荷质比影响了光电效应中光电子的发射和能量分布，以及光波 在物质中的传播和吸收。在材料科学中，电子荷质比也影响材料的电磁性能和光 学性质。
电子荷质比的测量方法简介
测量电子荷质比的方法有多种，包括 电场偏转法、磁场偏转法、能量分析 法等。这些方法的基本原理是通过测 量电子在电磁场中的运动轨迹或能量 分布，从而推算出电子荷质比的数值。
04
在天体物理中，通过观测宇宙射线中的电子，可以推算出其源星体的 性质和演化状态，有助于深入了解宇宙的起源和演化过程。
03 电子荷质比的测量实验
实验设备与材料
电子显微镜
用于观察和追踪电子的运动轨 迹。
粒子加速器
用于加速电子，使其获得足够 的能量。
真空室
提供高真空环境，减少空气阻 力对电子运动的影响。
实验操作过程中的人为误差，如样品放置位置、 测量角度等，也可能导致测量结果的不准确。
误差传递与影响
误差传递
测量过程中的误差会随着测量步骤的进行而累积，最终影响测量结果的准确性。
误差影响
误差的存在可能掩盖实验数据的真实变化趋势，导致对实验结果的分析出现偏 差。
误差的减小与控制方法
仪器校准
定期对测量仪器进行校准和维护，确保仪器 处于良好的工作状态。
电子荷质比的意义在于它决定了电子在电磁场中的运动轨迹 和能量损失。不同的物质具有不同的电子荷质比，这影响了 它们在电磁波和粒子束作用下的响应和性质。
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。
电子荷质比的测量
电子荷质比的测量（88）学生：张培PB07013024一、实验名称：电子荷质比二、实验目的：1、掌握电子的荷质比测量的原理；2、测定电子的荷质比。
三、实验原理电子质量的直接测出较难，相比之下，电子的荷质比的测量要容易的多，故测出荷质比后，根据电量，推算出电子的质量。
在实验中，细光束管中的电子通过一个电位差U而得到速度v，由于亥姆霍兹线圈产生的磁场B垂直于电子的运动方向，故洛伦兹力成为向心力使电子做半径为r的圆周运动。
可推算出计算公式为：ε=e/m e=2·U/(B2·r2)。
亥姆霍兹线圈对中的磁场B与电流I成线性关系，即B=kI，实验中已给出该亥姆霍兹线圈B与I的对应数值四、实验仪器①细光束管；②亥姆霍兹线圈及测量设备；③两块万用表；④管电压源；⑤直流电源。
五、原始数据（一）r=4cm (二)U=300VU-I图表r-I图表U（V)I(A) Array 300 1.77290 1.74280 1.7270 1.68260 1.64250 1.61240 1.54230 1.49220 1.44210 1.39200 1.34190 1.28180 1.23170 1.18160 1.12150 1.06（三）I=2.00A附录：该亥姆霍兹线圈的B 与I 的关系，六．数据处理1. r=4cm改变加速电压U ，记录I ，由式222e um B rε==-计算电子荷质比ε。
（1）由附录所给数据计算B kI =斜率k 。
.B /m TI/A[2008-10-15 22:36 "/Graph4" (2454754)] Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * Xr(cm) U(V) 4.5 458 4 356 3.5 261 3 192 2.5150B-I 曲线Parameter Value Error------------------------------------------------------------ A -0.012 0.03455 B 0.67257 0.01774------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------ 0.99861 0.03711 6 <0.0001由B kI =和此式对应得，k ≈0.672310-⨯/T V（2）由实验所测数据结合公式2U=I α，计算α值。
电子荷质比的测定(实验报告).doc
大学物理实验报告实验名称磁聚焦法测电子荷质比实验日期2010-04-24实验人员袁淳(200902120406)大学物理实验报告——磁聚焦法测电子荷质比—第 1 页 共 2 页—【实验目的】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. 通过本实验加深对洛伦兹力的认识。
【实验仪器】FB710电子荷质比测定仪。
【实验原理】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，其运动方向如果同磁场方向平行，则电子不受任何影响；如果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：将运动速度分解成与磁感应强度平行的速度//v 和与磁感应强度垂直的速度⊥v 。
//v 不受洛伦兹力的影响，继续沿轴线做匀速直线运动。
⊥v在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其方程为：则由阴极发射的电子，在加速电压U 的作用下获得了动能，根据动能定理，则保持加速电压U 不变，通过改变偏转电流I ，产生不同大小磁场，保证电子束与磁场严格垂直，进而测量电子束的圆轨迹半径r，就能测量电子的m e 值。
螺线管中磁感应强度的计算公式以RNI B 023)54(μ⋅=表示，式中0μ=4π×10-7H/m 。
N 是螺线管的总匝数=130匝； R 为螺线管的平均半径=158mm 。
得到最终式：()()kg C rI U NIr UR m e /1065399.3321252212202⋅⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=μ 测出与U 与I 相应的电子束半径r，即可求得电子的荷质比。
【实验步骤】2)(2rB Um e =eU mv =221evB F =r mv evB F 2==rBe ν=m大学物理实验报告——磁聚焦法测电子荷质比—第 2 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 ，至能观察到翠绿色的电子束后，降至100V ；2. 改变偏转电流使电子束形成封闭的圆，缓慢调节聚焦电压使电子束明亮，缓慢改变电流观察电子束大小和偏转的变化；3. 调节电压和电流，产生一个明亮的电子圆环；4. 调节仪器后线圈的反光镜的位置以方便观察；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，采用三点一直线的方法分别测出电子圆左右端点S 0和S 1,并记录下对应的电压值U 和电流值I 。
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一、实验目的
1、理解电子在磁场中的运动规律 2、掌握用电子比荷仪测电子比荷的原理及方法 重点：电子在磁场中的运动规律 难点：电子圆运动轨道半径的测量
二、实验原理
19世纪80年代英国物理学家J.J汤姆孙做了一个 著名的实验：
将阴极射线受强磁场的作用发生偏转，结果发 现了“电子”，并解出它的电荷量与质量之比e/m。
本实验采取固定加速电压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,就能采用下述公式测量。
e m
125 32
R2u
02N 2I 2r2
2.474 1012
R2u N 2I 2r2
C
/ kg
四、实验内容
数据记录表格 （ U=100V, e/m=1.759×1011C·Kg-1）
1.5V
三、实验仪器
4、测量标尺及反射镜 反射镜 ： 用与电子束光圈半截测量的辅助工具。
四、实验内容
1、按图正确连接仪器
四、实验内容
2、观察电子的运动情况 当电子枪在加速电压的激发下，射出电子束，
进入威尔尼氏管：
(1)、无磁场时，电子束将成直线轨迹射出。
四、实验内容
(2)、电子束与磁场完全垂直时，电子束形成圆形轨迹。
三、实验仪器
主要技术参数
气
压
10-1Pa
灯丝电压 6.3V
调制电压
0—18V
加速电压 max 250V
三、实验仪器
2、亥姆兹线圈 作用：产生磁场 磁场B的大小为：
B=K×I
k
0
(
4 5
)
3 2
N R
其中μ0 =4π×10-7N·A-2 R=158mm……亥姆兹线圈的平均半径， N=130匝……单个线圈的匝数。
四、实验内容
（3）再次移动滑动标尺到电子圆的左端点，
采用同样的的方法读出刻度读数Sn 。
用
r
1 2
Sn
S0
求出电子圆的半径。
四、实验内容
（4）依次增加偏转电流约△I=0.05A，用前面（1）、
（2）同样的方法测出不同电流激发的磁场中电子运动圆
轨道的两端点S0、 Sn 。共测10次，并将测量结果记入数 据表格中。并由下面的公式计算出荷质比。
e m
2u (r B)2
I B r
四、实验内容
（1）调节仪器后线圈上反射镜的位置，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象的分界线，采用
“三线合一”的方法测出电子圆的右端点，从游标上读
出刻度读数S0（一般此时按清零，作S0 =00.00mm） 。
rB……（3）
u的作用下，射出电子流，
因此，加速电场所作Biblioteka eu全部转变成电子的输出动能，
eu
1 2
m v2 ……（4）
由（3）和（4）得：
e m
2u (r B)2
……（5）
三、实验仪器
FB710型
电子荷质比测试仪
三、实验仪器
1、威尔尼氏管 电子荷质比测试仪的
中心器件是三维立体的威 尔尼氏管，通过它可以生 动形象地显示出电子束的 运行轨迹，当将威氏管放于由亥姆兹线圈产生的 磁场中时，用电压激发它的电子枪发射出电子束， 进行实验观察和测量。
（厂家提供的仪器参数已定）
三、实验仪器
e m
125 32
R2u
02N 2I 2r2
2.474 1012
R2u N 2I 2r2
C
/ kg
主要技术参数
Φ内 径
300mm
Φ外 径
332mm
R有效半径
158mm
N单线匝圈
130匝
I最大通电电流
3A
三、实验仪器
3、工作电源
主要技术参数 加速电压： 0----200V 调制电压： 0 -----20v 低压照明电压：
电子比荷e/m是一个重要的物理常数，其测定有 物理学发展史上占有很重要的地位。
电子比荷的测量方法有很多，如磁聚焦法、滤速 器法、磁控管法、汤姆逊法等。本实验仪以当年英国 物理学家汤姆孙思路，利用电子束在磁场中运动偏转 的方法来测量。
二、实验原理
当一个电子以速度ν垂直进入到均匀磁场中B时，电 子要受到洛伦兹力f的作用：
2、测量电子荷质比还有其它什么实验方法？ 3、分析洛仑兹力在不同角度下对电子运动的影响。
f ev B ……（1）
如右图所示，电子在磁场中 作圆周运动时，向心力由洛伦兹 力提供，则有:
f mv 2 ……（2） r
式中， r 是电子运动圆周的半径。
二、实验原理
f ev B ……（1）
f mv 2 ……（2） r
evB mv 2 r
e v
实验中，电子枪在加速电压 m
n
S0 （mm）
Sn （mm）
rn （mm） I
（A）
e/m
1 00.00
1.00
2 00.00
1.05
3 00.00
1.10
4 00.00
1.15
5 00.00
1.20
6 00.00
1.25
7 00.00
1.30
8 00.00
1.35
1 8
e/m
五、实验注意事项
1、实验测量开始前应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（调焦）。
四、实验内容
(3)、当电子束与磁场不完全垂直时，电子束将 作螺旋线状态运动。
四、实验内容
（❖本实验的过程是采用固定加速电压，改 变磁场偏转电流，测量偏转电子束的圆周 半径来进行。）
如果加速电压太高或偏转电流太大， 都容易引起电子束散焦。
四、实验内容
应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。
2、电子束的加速电压不宜过高，上限120V，且一旦 激发后，就降至90-100V进行测量。
3、测量电子束圆轨道半径时，应仔细按 “三线合一”法 进行。
4、电流的变化一般取0.05A左右测一次。 5、测量结束后，将电流和电压均调至零后才关掉电源。
六、思考题
1、除本实验介绍的测量电子圆环半径大小的方法 外， 你还能提出其它更好更简捷的方法吗？