实验16附录实验电子的电荷与质量比实验仪目的：利用电子的电荷与.DOC

實驗16 附錄實驗 電子的電荷與質量比實驗儀 目的：利用電子的電荷與質量比實驗儀，觀察電子在磁場中的運動，測量電子的荷質比。並與實驗16所測得之荷質比作比較，比較各別優劣。 原理：實驗16湯姆生實驗[2]，可測得荷質比，不過此實驗法是1906年，CRT剛問市的實驗，方法老舊，要先知CRT的偏折x板，偏折y板長度，及偏折板間距，及偏折板至螢幕長度，參數眾多，方法繁覆，誤差大。 新法實驗用電荷與質量比實驗儀，如圖1，使用簡單的元件荷姆茲線圈，製造大範圍的磁場，使電子從陰極射線管( CRT)射出後，作圓周運動，可直接觀察到電子受電場和磁場作用所產生的偏折軌跡，如圖2。比較實驗16湯姆生實驗[2] (課本16-1頁)，所作出的螺線圈產生之小範圍磁場，電子產生小偏折，然後直射至CRT銀幕，差別甚大，用偏折後取直射螢幕得Sm及Se 之銀幕偏移距離，其誤差會較大，因其參數多，如L〈偏折板長度〉，D 〈偏折板至螢幕長度〉，d 〈偏折板間距〉， B〈螺管線圈〉，E〈電場〉，而且小螺管線圈所產生的磁場是使用螺管線圈之磁場公式〈課本16-2頁式4〉，其誤差應大於荷姆茲線圈之磁場數據；學生把小螺管線圈位置沒放至X板正確位置，均會影響實驗值。 　　圖一　電荷與質量比實驗儀 當一電荷q以初速v射入垂直磁場B中，會有一向心力F，參考[1]，如圖2 假設電子質量m，電子吸引力等於圓周運動向心力 　　　　　　　　　　 　電子槍射出之電子能量 　 　經上述式子代換後得[1]　　　　　　 圖二　q以初速v射入垂直磁場B 本實驗電荷與質量比實驗儀，使用荷姆茲線圈(Helmhotzs Coil)，兩線圈距離是R(14cm)，線圈的砸數是140，中心點的磁場是[1] 　　 　　　 　結合上式，可得[1] R是兩線圈距離14cm，V是加速電壓， 是磁性係數 4 Weber/amp.m，N是 線圈的砸數是140，i是實驗測得通過線圈之電流，r是電子束迴轉半徑。 儀器： 電荷與質量比實驗儀 步驟：1.偏向電壓 (deflecting voltage)調至 OFF 狀態，陰極射線管對準紅色標誌，旋至 ，表尺紅色標示對準10cm，向左向右可測量電子束迴轉半徑，加速電壓(accelerating voltage)設於0V，磁場電流(magneting current)設為0 Amp，方向為順時針，打開電源。 　　2. 經5分鐘加熱後，觀看電源供應器顯示板，調加速電壓(accelerating voltage)，使之顯示130V，磁場電流(magneting current)從0 Amp 開始增加，以能維持電子束迴轉圓形為原則，記錄3種不同磁場電流(magneting current)，所對應的電子束迴轉半徑，計錄下來，並代入原理所述之公式，求得e/m比。改變磁場電流逆時針，有何現象。　　　　　 　　3.固定某個磁場電流，調整加速電壓至150V，或至100V或更低，觀察有何現象。 4.調整陰極射線管對準紅色標誌，旋至 ，調整加速電壓至130V，磁場電流2 Amp，觀看電子束迴轉的方向，能用電磁學原理解釋？ 偏向電壓(deflecting voltage)調為ON，加大電壓，觀看電子束的運動，同理用電磁學原理解釋？ 　　　5. 加速電壓，磁場電流，偏向電壓全部調為零，關掉電源。 實驗結果：共測三組數據 加速電壓130V，磁場電流1.95 Amp，迴轉半徑0.015m 計算得e/m=3.76 加速電壓130V，磁場電流1.5 Amp，迴轉半徑0.02m 計算得e/m=3.57 加速電壓130V，磁場電流1.2 Amp，迴轉半徑0.03m 計算得e/m=2.48　　 理論值　e/m=1.758　 問題： 如何把地磁因數，考慮至這個實驗中，如何能避開地磁因數，使實驗更精準？ 比較本實驗的實驗數據，與實驗16湯姆生實驗所得之數據，跟理論值作比較，何者差異較大，並比較引起誤差之原因？ 比較本實驗的實驗系統，與實驗16湯姆生實驗之系統，並比較彼此的優劣點？ 比較本實驗的實驗結果，為何迴轉半徑越大，e/m值越接近理論值？ 本實驗陰極射線管，電子束迴轉半徑軌跡呈現綠光，陰極射線管是否充有某氣體？抑或真空？ 參考文獻： 　　　[1] 電子質荷比(Charge-to-mass ration of the electron) 　　　[2]普物實驗課本　　　　　　　　　黃勝良，吳秀錦