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。
电子电量与荷质比测定仪BH电子电量与荷质比测定仪BH-1
本仪器是利用电解水的方法，根据阿佛加德罗定律和荷质 比公式；同时做出①电子电量测定；②电子的荷质比测定 两个物理实验，结构简单、实验操作方便，直观。 在物理实验中，测量电子的电荷e 在物理实验中，测量电子的电荷e常用的方法是用密 立根油滴法。这种方法虽然能够精确地测出电子的电荷， 但比较费时间且难度大，而电子荷质比的测量通常是用示 波管进行，由电子束在电场和磁场的作用下运动聚焦而得 到e/m的值。这种方法直观性差，由于采用的是高压聚焦， e/m的值。这种方法直观性差，由于采用的是高压聚焦， 荧光屏屏易被烧坏。而采用本仪器测电子的电荷和荷质比， 方法简单、容易掌握，直观又节省时间。两个实验合在一 起可在两个小时内完成。 本仪器的电解器电极采用铂金丝电极，实验重复性好、 精度高。
比
荷
荷质比又称比荷、比电荷，是一个带电粒子 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 粒子所带电荷 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。 电子电荷e和电子静止质量 的比值e 电子电荷e和电子静止质量 m的比值e／m（电子比荷）为电子基本常量之一，可通过磁聚焦法、 （电子比荷）为电子基本常量之一，可通过磁聚焦法 磁聚焦法、 磁控管法、汤姆森法及双电容法等进行测定。现代精确测量电子比荷的值为磁控管法、汤姆森法及双电容法等进行测定。现代精确测量电子比荷的值为1.75881962×1011C/kg，质子比荷的值为9.578309×107C/kg，一般计算中取1 1.75881962×1011C/kg，质子比荷的值为9.578309×107C/kg，一般计算中取1×108C/kg. 1897年，约瑟夫 汤姆森通过测定阴极射线 1897年，约瑟夫·汤姆森通过测定阴极射线在磁场和电场的偏转中获得电子的电荷对质量的比值,且 约瑟夫· 阴极射线在磁场和电场的偏转中获得电子的电荷对质量的比值, 电子在带电粒子中具有最大值荷比。 1901年，沃尔特·考夫曼发现β射线（高速电子流）的荷质比 1901年，沃尔特·考夫曼发现β射线（高速电子流）的荷质比 随速度增大而减小，由于电子电荷守恒，因此实验表明电子的质量随速度的增加而增加，成为狭义 随速度增大而减小，由于电子电荷守恒，因此实验表明电子的质量随速度的增加而增加，成为狭义 相对论的实验基础之一。 相对论的实验基础之一。 荷质比的倒数称为质荷比，在质谱分析 荷质比的倒数称为质荷比，在质谱分析中，当加速电压与电场强度恒定时，粒子运行轨迹半径与质 质谱分析中，当加速电压与电场强度恒定时，粒子运行轨迹半径与质 荷比成正比。指电子的电荷e与质量m的比值e/m。1897年汤姆孙实验测得的电子荷质比叫静荷质 荷比成正比。指电子的电荷e与质量m的比值e/m。1897年汤姆孙实验测得的电子荷质比叫静荷质 比，因为实验装置中电子的速度远小于真空光速c 比，因为实验装置中电子的速度远小于真空光速c。电子静荷质比的精确值是 e/me=1.75881962×1011C/kg。 e/me=1.75881962×1011C/kg。 1901年考夫曼（S.G.Kaufmann）对β射线荷质比的测定发现构成β 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=`$(e//m_e)sqrt{1-(v^2//c^2)}$， 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 电子的速度，m 电子速度为v 的质量，me是 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 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。 e/m可小到其静止值e/me的1/2左右。 从考夫曼实验结果中消去电子电荷e，得到$m=$$m_e sqrt{1-(v^2//c^2)}$，这正是相对论 从考夫曼实验结果中消去电子电荷e，得到$m=$$m_e sqrt{1-(v^2//c^2)}$，这正是相对论 中爱因斯坦公式$m=m_0 sqrt{1-(v^2//c^2)}$（m0为物质的静止质量），它表明物质的质 中爱因斯坦公式$m=m_0 sqrt{1-(v^2//c^2)}$（m0为物质的静止质量），它表明物质的质 量随其速度增大而增大，这就是电子荷质比e/m随速度增大而减小的原因。 量随其速度增大而增大，这就是电子荷质比e/m随速度增大而减小的原因。