电子荷质比的测量
物理实验电子荷质比
即可求出荷质比。
06
04
四、数 据 处 理
由U----I2 的数据作出坐标图，根据图形得出斜率代入公式 4 得：
求出荷质比，并将实验值与标准值 1.761011 C/Kg 比较，求出误差。
电子荷质比的测试
电磁学系列 8
¿
19世纪90年代，英国物理学家 J·J 汤姆孙经过一系列的实验及研究，发现了一种粒子，并断定这种粒子必定是所有物质的共同组成成份。汤姆孙命名它为“电子”，并测定了它的荷质比。这在物理学史上是有划时代意义的。
电子荷质比 e/m 是一常用的物理常数，它的定义是电子的电荷量与其质量的比值，经现代科学技术的测定，电子荷质比的标准值是： 1.759*1011C/Kg
五、注 意 事 项
03
04
7、用测试装置测出圆环直径（8cm），并固定之，测量示意图如下 Biblioteka eye镜电子束
象
在整个实验过程中，必须保持电子圆的大
01
小不变，这可以配合调节加速电压与
02
Helmholtz 线圈中的电流共同达到。由公式
03
可见 u 和 I2 成线性关系。实验中只要测出
04
u----I2 的对应值，作出直线求其斜率 ，
02
二 、实 验 装 置
1、荷质比测试仪
2、电子束发射管（威尔尼氏管）
r
电子枪
3仪器连接示意图
﹣ ﹢
﹣ ﹢
0.00A
加速聚焦电源
直流稳压稳流电源
磁场线圈
玻璃球炮
电子发光圈
电子发射枪
u:电子管加速电压 r:电子圈半径 K：磁场线圈的磁转换系数 I：线圈中的通电电流 N：线圈匝数 R：线圈半径
电子荷质比的测量.
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
)
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。
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。
磁聚焦法测电子荷质比
电子荷质比的测量胡洋洋电子荷质比的测量———实验简介带电粒子的电荷量与质量的比值;称为荷质比..荷质比是带电粒子的基本参量之一;是研究物质结构的基础..目前测得的电子荷质比的数值为..带电粒子在磁场中受电场力的作用;在磁场中受磁场力的作用;带电粒子的运动状态将发生变化..这种现象的发现;为科学实验及工程技术带来了极大的应用价值..受电场力或磁场力的作用;带电粒子可以聚焦;形成细束流;这是示波管和显像管的工作基础..利用带电粒子在磁场和电场中的受力聚焦而形成的电透镜或磁透镜;是构成电子显微镜的基层本组件..带电粒子受力加速或改变运动方向;这又是直线加速器或回旋加速器的工作原理..此类电磁元件和仪器设备极大地丰富了科学研究和工程技术的方法和手段;推动了科学技术的发展..实验原理磁聚焦法测定电子荷质比1．带电粒子在均匀磁场中的运动：a．设电子e在均匀磁场中以匀速V运动..当时;则在洛仑兹力f作用下作圆周运动;运动半径为R;由1得2如果条件不变;电子将周而复始地作圆周运动..可得出电子在这时的运动周期T：3由此可见：T只与磁场B相关而与速度V无关..这个结论说明：当若干电子在均匀磁场中各以不同速度同时从某处出发时;只要这些速度都是与磁场B垂直;那么在经历了不同圆周运动;会同时在原出发地相聚..不同的只是圆周的大小不同;速度大的电子运动半径大;速度小的电子运动半径小图1..图1 v垂直于B 图2 v与B成角b．若电子的速度V与磁场B成任一角度：我们可以把V分解为平行于磁场B的分量和垂直于B的分量；这时电子的真实运动是这两种运动的合成：电子以作垂直于磁场B的圆周运动的同时;以作沿磁场方向的匀速直线运动..从图2可看出这时电子在一条螺旋线上运动..可以计算这条螺旋线的螺距：由式3得4由此可见;只要电子速度分量大小相等则其运动的螺距就相同..这个重要结论说明如果在一个均匀磁场中有一个电子源不断地向外提供电子;那么不论这些电子具有怎样的初始速度方向;他们都沿磁场方向作不同的螺旋线运动;而只要保持它们沿磁场方向的速度分量相等;它们就具有相同的由式4决定的螺距..这就是说;在沿磁场方向上和电子源相距处;电子要聚集在一起;这就是电子的旋进磁聚焦现象..至于时;则磁场对电子的运动和聚焦均不产生影响..2．利用示波管测定电子的荷质比把示波管的轴线方向沿均匀磁场B的方向放置;在阴极K和阳极之间加以电压;使阴极发出的电子加速..设热电子脱离阴极K后沿磁场方向的速度为零..经阴极K与阳极之间的电场加速后;速度为..这时电子动能增量为..由能量守恒定律可知;电子动能的增加应等于电场力对它做的功..如果第一阳极与阴极K间的电位差为和接在一起;则此功应为：;有5只要电压确定;电子沿磁场的速度分量是确定的..而且电子经过第一阳极后;由于第二阳极和两对偏转都与同电位;因此电子将不再受电场力的作用;电子沿磁场方向的速度分量将不再改变..把5式代入4式有6可以看到是B和的函数..调节和B的大小;可以使电子束在磁场的方向上任意位置聚焦..当正好等于示波管阳极和荧光屏之间的距离d时;可以在荧光屏上看到一个很小的亮点..若B值增大到2倍或3倍时;会使或;相应地在荧光屏上将看到第二次、第三次聚焦..当不等于这些值时;只能看到较大的不等的光斑而不会聚焦..由式6有7将和B之值代入上式可得电子的荷质比..对于SJ-SS-I型电子束实验仪来说;B是螺线管中磁场的平均值;与电流I的关系可表示为：8K为每台仪器常数;由一起给定..对于SJ-SS-II型电子束实验来说;B可取螺线管中部的磁场值..当位于螺线管中心时;令;可得9令;则10代入7式得出11式中D是螺线管的直径;L是螺线管的长度;N是螺线管的匝数;d是示波管的阳极到荧光屏之间的距离..实验目的1.研究磁场几乎平行于电子束情况下电子的运动..2.用磁聚焦法测定电子荷质比..实验仪器电子荷质比的测量———实验仪器电子束实验仪电子束实验仪显示屏电流表、电压表实验内容用电子实验仪测荷质比1按图9所示方法连接导线;则机内示波管电路如图10所示..此时第一阳极、第二阳极、水平偏转板和垂直偏转板均连接在一起;它们的电位均为..励磁电源提供磁聚焦线圈所需的励磁电流;产生与示波管轴线平行的磁场;使电子作螺旋线运动..图9 正向聚焦面板接线图2将仪器面板上“功能选择”开关旋至“磁聚”处;此时仪器工作在磁聚焦状态..3接通总电源;预热几分钟后;荧光屏上出现亮斑;亮斑辉度不够时;可调节辉度旋钮或加大..4在接通励磁电源开关前;先将“励磁电流”旋钮旋至最小逆时针方向..5取为800V;调节励磁电流;使光斑聚焦;记下三次聚焦时励磁电流的读数..6取为1000V;1200V;重复步骤6..7关闭总电源几分钟;改接线方式为图11所示;此时仪器工作于反向聚焦状态;重复步骤6、7..8按表1记录实验数据;并处理结果;将所得结果与标准值进行比较..图10正向聚焦时机内电路连接图图11反向聚焦接线图数据记录d= 0.193m;N=4141;D=0.0915m;L=0.296mV2VI1mA I2mA I3mA800正 18.0 36.2 54.0 1000正 20.0 41.6 61.8 1200正 22.8 45.2 68.0 800反 17.8 36.2 53.8 1000反 20.0 41.4 62.0 1200反22.6 45.2 68.0数据处理标准e/m=1.76×1011d= 0.193m;N=4141;D=0.0915m;L=0.296mV 2/V励磁电流/mA I=321321++++I I I/mA/C/kg误差%I1I2I3800正 18.0 36.2 54.0 18.0 1.86×10115.7 1000正 20.0 41.6 61.8 20.6 1.77×10110.6 1200正 22.8 45.2 68.0 22.7 1.75×10110.6 800反 17.8 36.2 53.8 18.0 1.86×10115.7 1000反20.0 41.4 62.020.61.77×10110.61200反 22.6 45.2 68.0 22.61.77×10110.6小结：实验测得电子荷质比:m e /均=1.80×1011C/kgE=76.1|76.180.1|-×100%=2.3%仿真实验比实体实验的误差小;更接近于理论值..思考题：1． 调节螺线管的励磁电流;改变磁感应强度B 观察三次以上磁聚焦现象;并解释此现象..由于;当B 增加时;周期T 减小;所以当调节电流I 使得B 增加3倍时;周期T 变为原来的三分之一..又;所以一个周期只能运行在原来三分之一的距离;因此便有了三次聚焦.. 2．如何利用上述各电流值计算电子荷质比..由于L;D;N;d 均为已知;所以可以把K ＝dN LD221422**210-+当成常数;那么me＝K IV 22;可以作V I 22-图;那么可得斜率P;便得这样便求得电子荷质比..3. 如何消除地磁场对实验结果的影响..为了消除地磁场对实验结果的影响;可以在实验前调整螺线管的角度;使其间的磁场方向和地磁场在当地的方向相同..。
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
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。
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教师签名
批改日期
深 圳 大 学 实 验 报 告
课程名称：大学物理实验（二）
实验名称：电子荷质比的测量
学院：信息工程学院
指导教师：杨凯郝昕
报告人：田贤浩组号：08
学号**********实验地点科技楼905
实验时间：2014年11月13日
提交时间：
一、实验目的
二、实验原理
三、实验仪器：
四、实验内容：
方向
励磁电流I（A）
(A)
(C/kg)
I1
I2
I3
900V
正
0.54
1.15
1.72
0.568333
反
0.52
1.15
1.74
0.568333
1000V
正
0.59
1.23
1.84
0.61
反
0.53
1.21
1.85
0.598333
1100V
正
பைடு நூலகம்0.61
1.28
1.96
0.641667
反
0.57
1.27
1.92
反
0.57
1.27
1.92
0.626667
1200V
正
0.63
1.34
2.03
0.666667
反
0.6
1.33
2.01
0.656667
教师签名：
日期：
六、数据处理
1.根据公式计算 、 计算出励磁电流I和荷质比
（其中 , L=215 mm, h=180 mm, D=96mm,N=1162）
VA2（V）
0.626667
1200V
正
0.63
1.34
2.03
0.666667
反
0.6
1.33
2.01
0.656667
2.计算荷质比的平均值 ，并与标准值比较求出误差E。（标准值 ）
七、实验结论与心得
八、思考题
1、实验过程中有时会出现找不到光点（光斑）的情况，分析可能的原因和解决的办法。
2、如何发现和消除地磁场对测量电子荷质比的影响？
五、数据记录
组号：08姓名：田贤浩
VA2（V）
方向
励磁电流I（A）
I1
I2
I3
900V
正
0.54
1.15
1.72
0.568333
反
0.52
1.15
1.74
0.568333
1000V
正
0.59
1.23
1.84
0.61
反
0.53
1.21
1.85
0.598333
1100V
正
0.61
1.28
1.96
0.641667
3、用什么方法能使电子束聚焦？电子束聚焦有什么应用？
指导教师批阅意见：
成绩评定：
预习
（20分）
操作及记录
（40分）
数据处理与结果陈述30分
思考题
10分
报告整体
印象
总分