利用电子束在磁场中运动偏转的方法来测量 - 大学物理实验.PPT

* 电子荷质比的测量 大学物理实验 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 难点：电子圆运动轨道半径的测量 重点：电子在磁场中的运动规律 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。 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： 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: 式中， r 是电子运动圆周的半径。 ……（1） ……（2） 二、实验原理 ……（1） ……（2） 实验中，电子枪在加速电压u的作用下，射出电子流，因此，加速电场所作功eu全部转变成电子的输出动能， ……（3） ……（4） 由（3）和（4）得： ……（5） 三、实验仪器 FB710型 电子荷质比测试仪 三、实验仪器 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。 1、威尔尼氏管 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 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。 （厂家提供的仪器参数已定） B=K×I 磁场B的大小为： 2、亥姆兹线圈 作用：产生磁场 三、实验仪器 ? 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 3 A 主要技术参数 三、实验仪器 加速电压： 0----200V 调制电压： 0 -----20v 低压照明电压： 1.5V 主要技术参数 3、工作电源 三、实验仪器 反射镜 ： 用与电子束光圈半截测量的辅助工具。 4、测量标尺及反射镜 四、实验内容 1、按图正确连接仪器 四、实验内容 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： 2、观察电子的运动情况 (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。 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。 *