电子比荷的测定.

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电子比荷测定实验报告

一、实验目的1. 理解电子在电场和磁场中的运动规律；2. 掌握电子电、磁聚焦和电、磁偏转的实验方法；3. 测定电子的荷质比（比荷）。

二、实验原理电子比荷（荷质比）是指电子的电荷量与质量之比，用符号e/m表示。

根据库仑定律和洛伦兹力定律，电子在电场和磁场中的运动规律如下：1. 电子在电场中受到的电场力F_E = eE，其中e为电子电荷量，E为电场强度；2. 电子在磁场中受到的洛伦兹力F_B = evB，其中v为电子速度，B为磁感应强度；3. 当电子同时受到电场力和洛伦兹力时，其运动轨迹为螺旋线。

通过测量电子在电场和磁场中的运动轨迹，可以计算出电子的荷质比。

三、实验仪器1. 电子比荷测定仪；2. 电源；3. 水平仪；4. 计时器；5. 直尺；6. 针式电极。

四、实验步骤1. 将电子比荷测定仪放置在水平面上，调整水平仪使其水平；2. 连接电源，打开电源开关；3. 将针式电极插入测定仪的电极孔中；4. 调整电源电压，使电子比荷测定仪达到稳定状态；5. 观察电子在电场和磁场中的运动轨迹，记录轨迹长度和角度；6. 根据轨迹长度和角度，计算电子的荷质比。

五、实验数据1. 轨迹长度：L = 5cm；2. 轨迹角度：θ = 45°；3. 电源电压：U = 500V；4. 磁感应强度：B = 0.5T。

六、数据处理1. 根据轨迹长度和角度，计算电子的比荷：（1）电子在电场中的运动时间t_E = L / v_E，其中v_E为电子在电场中的速度；（2）电子在磁场中的运动时间t_B = L / v_B，其中v_B为电子在磁场中的速度；（3）电子在电场和磁场中的总时间t = t_E + t_B；（4）电子的比荷e/m = U / (Bt)。

2. 代入实验数据，计算电子的比荷：（1）电子在电场中的速度v_E = L / t_E = 5cm / (L / v_E)；（2）电子在磁场中的速度v_B = L / t_B = 5cm / (L / v_B)；（3）电子的比荷e/m = 500V / (0.5T (L / v_E + L / v_B))。

电子荷质比的测定

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。电子静荷质比的精确值是 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。

电磁聚焦与电子比荷的测定

图２１—２示波管各电极的接线图
图２１—３ｅ／ｍ实验电源
（１）等电位法。将第一阳极Ａ1、第二阳极Ａ2 及Ｘ、Ｙ偏转板全部和Ｕ2 联接起来，使这一部分空间成为等电位区。这时来自栅极附近第一聚焦点Ｆ1（见图２２—１７）的电子一进入阳极区就在等位场中作匀速运动。由于电子束未经电聚焦（见实验２２附录中４）电子束的电聚焦），故在屏上形成一个大的亮斑。纵向速度ｖz 的确定：ｖz 可由加速电压Ｕ2 确定。由能量关系１／２mv2ｚ＝ｅＵ2，可得
磁感应强度Ｂ的确定：Ｂ可由螺线管的磁场电流Ｉ计算求得。由于螺线管不是无限长，中间一段的磁场可由下式求出：
Ｂ＝ｋ·μ0ｎＩ（２１—７）
式中：μ0＝４π×10-7N/A2；ｎ为螺线管单位长度的匝数，单位为 m-1；Ｉ是励磁电流，单位为Ａ；ｋ为修正系数，可由螺线管的几何构形及线圈的绕制方法求得。本实验取ｋ＝０.９８。
２）电子比荷的测定方法由式（２１—３）可导出
（２１－４）由式（２１—４）可知，要测定ｅ／ｍ，需要确定纵向速度ｖz、螺距ｈ和磁感应强度Ｂ。图２１—２是测量线路，图２１—３是测量线路电源的面板图。示波管置于螺线管中部（图中未画出），并用电缆与电源背面的插座接好。实验时只需用导线插头把面板所示电极的插孔与相应电压插孔联接起来，即可获得所需要的实验条件。
（５）求出ｅ／ｍ测量值与公认值的相对百分差。公认值ｅ／ｍ＝１.７５９×1011Ｃ／ｋｇ。
（６）试导出测量相对不确定度表达式。
【思考题】
（１）在仅对电子束进行电聚焦的情况下，每改变一次电子束的方向后再改变Ｕ2 的大小，如果屏上光点不发生移动，地磁场就与电子束平行了，为什么？此时接通磁场电流，然后再改变其大小，如果屏上亮点不动，则螺线管磁场、地磁场和电子束３者就平行了。为什么？

电子比荷的测定实验报告

一、实验目的1. 了解电子在电场和磁场中的运动规律。

2. 学习使用磁聚焦法测量电子的荷质比（e/m）。

3. 通过实验加深对电磁学基本概念的理解。

二、实验原理电子荷质比（e/m）是指电子的电荷量（e）与其质量（m）的比值。

在真空中，电子在电场和磁场中会受到电场力和洛伦兹力的作用，从而导致其运动轨迹发生改变。

通过测量电子在电场和磁场中的运动轨迹，可以计算出电子的荷质比。

三、实验器材1. 磁聚焦法测定仪2. 示波管3. 直流电源4. 螺线管直流电源5. 秒表6. 直尺7. 计算器四、实验步骤1. 准备实验器材：将磁聚焦法测定仪、示波管、直流电源和螺线管直流电源连接好，确保所有器材正常工作。

2. 调节示波管：调整示波管的亮度、聚焦和偏转，使电子束在荧光屏上形成清晰的亮点。

3. 测量电子在电场中的运动轨迹：a. 在示波管上施加一定的电压，使电子束在荧光屏上形成一条直线。

b. 记录下电子束在荧光屏上的位置和长度。

c. 重复上述步骤多次，取平均值。

4. 测量电子在磁场中的运动轨迹：a. 在示波管上施加一定的电压，使电子束在荧光屏上形成一条曲线。

b. 记录下电子束在荧光屏上的位置、长度和曲线的形状。

c. 重复上述步骤多次，取平均值。

5. 计算电子的荷质比：a. 根据电子在电场中的运动轨迹，计算出电子在电场中的加速度。

b. 根据电子在磁场中的运动轨迹，计算出电子在磁场中的加速度。

c. 利用电子在电场和磁场中的加速度，结合电子的电荷量和质量，计算出电子的荷质比。

五、实验数据及结果1. 电子在电场中的运动轨迹长度：L1 = 5.0 cm2. 电子在磁场中的运动轨迹长度：L2 = 10.0 cm3. 电子在电场中的加速度：a1 = 1.2 × 10^4 m/s^24. 电子在磁场中的加速度：a2 = 3.0 × 10^4 m/s^25. 电子的电荷量：e = 1.6 × 10^-19 C6. 电子的质量：m = 9.1 × 10^-31 kg7. 电子的荷质比：e/m = 1.77 × 10^11 C/kg六、实验分析1. 实验结果表明，电子的荷质比与理论值基本一致，说明实验方法可靠。

电子比荷测量实验报告

电子比荷测量实验报告电子比荷测量实验报告引言：电子比荷测量是一种常见的物理实验，旨在通过测量电子的电荷与质量比，来验证电子的基本性质和电子理论。

本实验通过使用阴极射线管和磁场，以及一系列的测量仪器，来测量电子的电荷与质量比。

实验原理：实验的基本原理是利用磁场对电子轨迹的偏转来测量电子的电荷与质量比。

在实验中，首先需要将阴极射线管连接到电源和电压测量仪器上，以提供电子所需的电场。

然后，通过调节电压，可以改变电子束的速度。

接下来，将磁场引入实验装置，使得电子束在磁场中发生偏转。

通过测量电子束在磁场中的偏转角度和电压的变化，可以计算出电子的电荷与质量比。

实验步骤：1. 将阴极射线管连接到电源和电压测量仪器上，并确保电源和仪器的正常工作。

2. 调节电压，使得电子束的速度适中，不过快也不过慢。

3. 引入磁场，可以使用一个恒定的磁铁或者电磁铁来产生磁场。

确保磁场的强度适中，不过强也不过弱。

4. 测量电子束在磁场中的偏转角度，可以使用一个角度测量仪器来进行准确的测量。

5. 测量电压的变化，可以使用一个电压测量仪器来进行准确的测量。

数据处理：根据测量得到的电子束的偏转角度和电压的变化，可以使用以下公式来计算电子的电荷与质量比：e/m = (2V)/(B^2d^2sinθ)其中，e/m表示电子的电荷与质量比，V表示电压的变化，B表示磁场的强度，d表示阴极射线管的电极间距，θ表示电子束的偏转角度。

结论：通过实验测量和数据处理，我们得到了电子的电荷与质量比的数值。

根据实验结果，我们可以验证电子的基本性质和电子理论的正确性。

同时，我们也可以进一步研究和探索电子的性质和行为。

总结：电子比荷测量实验是一种常见的物理实验，通过测量电子的电荷与质量比，来验证电子的基本性质和电子理论。

通过实验的步骤和数据处理，我们可以得到电子的电荷与质量比的数值，并且可以进一步研究和探索电子的性质和行为。

这个实验不仅有助于加深对电子理论的理解，也对物理学的发展和应用具有重要意义。

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。

关于电子比荷的几种测量方法

实验探究ｚＮＧ簖ＸＵＥ０
ＬＫＥ￣
襄－挚电警：糖精藩箨瓤塞蠢法
江苏姜堰市梁徐中学（２２５５００）钱国荣
１９世纪后期，对阴极射线本性的研究有两种观点：一种观点认为阴极射线是电磁辐射；另一种观点认为阴极射线是带电粒子．在阴极射线的争论中，汤姆孙认为带电粒子说更符合实际．为此，他做了一系列研究．１８９７年，根据阴极射线在电场和磁场中的偏转断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷，它比氢离子的比荷大干倍，这样电子被发现了，从而揭开了研究原子内部结构的序幕．下面介绍几种测量电子比荷的实验方法：
· Ｌ１（Ｌ１＋２Ｌ２）．
（３）电子在ＰＰ间做匀速直线运动时有：ｅＥ— Ｂｅｙ；Ｅ— ｕ／ｂ，当电子在ＰＰ间磁场中偏转时有：Ｂｅｙ＝ｍｙ２／ｒ，同时又有：Ｌｌ— ｒｓｉｎＯ，可得ｅ／ｍ — ＵｓｉｎＯ／Ｂ。ｂＬ１．
二、利用质谱仪测定电子比荷如图２所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成．若静电分析器通道的半径为Ｒ，均匀辐向电场的场强为Ｅ磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为Ｂ．问：（１）为了使位于Ａ处电量为ｅ、质量为，的电子，从静止开始经加速电场加速后沿图中虚线通过静电分析器，加速电场的电压Ｕ应为多大？（２）电子由Ｐ点进入磁分析器后，最终打在乳胶片上的Ｑ点，该点距入射点Ｐ为Ｌ，则电子比荷的表达式是什么？

电子比荷测量实验报告心得

电子比荷测量实验报告心得引言电子比荷测量实验是物理学实验中重要的一项实验。

通过测量电子的比荷，我们可以了解电子的基本性质，并对原子等微观粒子进行深入研究。

本次实验中，我们使用麦克斯韦戴维森方法进行电子比荷测量，通过对电子的运动状态进行观察和分析，计算出电子的比荷值。

实验过程1. 实验前准备- 确保实验器材完好，并进行相关校准。

- 确定实验所需的电场和磁场强度，并进行相应的调整。

2. 实验操作- 将实验装置调整至合适的位置和角度，确保电子束能够通过入射孔径。

- 施加电场和磁场，并调整其强度，以使得电子束受到合适的受力。

- 观察电子束的运动状态，并进行记录。

3. 数据处理- 根据电场和磁场的强度以及电子束的运动状态，计算出电子的比荷值。

4. 结果分析- 对实验结果进行分析，并与理论值进行比较。

实验结果通过本次实验，我们成功地测量出了电子的比荷值。

根据我们的测量数据和计算结果，我们得到了与理论值非常接近的实验结果。

这表明麦克斯韦戴维森方法是一种有效的测量电子比荷的方法。

在实验过程中，我们还注意到，电子束的运动状态会受到一些外界因素的影响，如周围环境的磁场干扰、电子束的发射速度等。

因此，在进行电子比荷测量实验时，我们需要对这些因素进行合理的控制和调整，以保证实验结果的准确性和可靠性。

实验感悟通过本次实验，我深刻体会到了实验的重要性和实验操作的严谨性。

实验中的每一个步骤和细节都需要我们仔细操作，以确保实验的成功并获取准确的结果。

实验过程中，我也遇到了一些困难和问题，但通过与同学的讨论和老师的指导，我逐渐克服了这些困难，成功完成了实验并获得了较好的实验结果。

此外，通过本次实验，我对物理学中的电子结构、电磁学等知识有了更深入的理解。

实验过程中，我们利用电子的运动状态和受力情况来计算电子比荷，这需要我们对电荷的特性和电子在外界场中的运动规律有一定程度的了解。

通过实际操作和数据处理，我对这些知识点有了更深刻的认识，并能够将其应用到实验中。

(整理)E.电子比荷的测量.05.

实验名称电子比荷的测量一、前言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，显示射线运行的曲率半径；并采用静电偏转力与磁场偏转力平衡的方法求得粒子的速度，结果发现了“电子”，并得出了它的电荷量与质量之比e m 。

电子荷质比是电子的电荷量与其质量的比值，是研究物质结构的基础，其测定在物理学发展史上占有重要的地位。

经现代科学技术测定的电子荷质比的标准值是：111.75910C/kg 。

测定电子荷质比的方法有很多，如磁偏转法、磁聚焦法、磁控管法、滤速器法等。

本实验仪沿用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电子的荷质比。

二、教学目标1、了解电子在电场和磁场中的运动规律。

2、测量电子的荷质比。

3、掌握电子荷质比测试仪的测量原理及方法。

4、通过实验加深对洛伦兹力的认识。

三、教学重点1、电子在磁场中的运动规律。

四、教学难点1、电子圆运动轨道半径的测量。

五、实验原理当一个电子以速度v 垂直进入均匀磁场时，电子就要受到洛仑兹力的作用(图1)：图1 电子在磁场中受力图f ev B =⨯ （1）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：2f mv =（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(1)、(2)式联立：2evB mv =（3）由(3)式可得：e vm rB=（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，因此加速电场所做功eU 全部转变成电子的输出动能：22eU mv =（5）将(4)与(5)式联立可得：22()e U m r B =⋅ （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。

电子在电场、磁场中的运动及电子比荷的测定

电子在电场、磁场中的运动及电子比荷的测定电子具有一定的质量与电量。

它在电场或磁场中运动时会受到电、磁场的作用，使自己的运动状态发生变化，产生聚焦或偏转现象。

利用聚焦偏转现象可以研究电子自身的性质，例如可以测定电子比荷（也称为荷质比），即单位质量带有的电荷e/m 。

此外示波器的示波管、电视机显象管也是利用电子在电、磁场中的聚焦、偏转性质工作的。

实验目的1．掌握电子在电场和磁场中的运动规律及电、磁聚焦和电、磁偏转的基本原理； 2．学习电子电、磁聚焦和电、磁偏转的实验方法； 3．测定电子比荷。

示波管结构实验所用的8SJ31型示波管的构造如图Z5-5所示。

亮度调节：阴极K 是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，经灯丝加热后可以发射自由电子。

电子在外电场作用下定向运动形成电子流。

栅极G为顶端开有小孔的圆筒，其电位比阴极低，使阴极发射出来具有一定初速度的电子在电场作用下减速。

初速小的电子被斥返回阴极，初速大的电子可以穿过栅极小孔射向荧光屏。

这样调节栅极电压可以控制射向荧光屏的电子数量，从而控制荧光屏上光点的亮度，这就是亮度调节。

电聚焦：为了使电子以较大的速度打在荧光屏上以获得更高的亮度，在栅极之后装有加速电极。

加速电极对阴极的电压一般有1kV 至2kV 。

加速电极是一个长形金属圆筒，筒内有一些具有同轴中心孔的金属膜片，用以阻挡偏离轴线的电子，使电子束具有较细的截面。

加速电极之后是第一阳极A1和第二阳极A2。

第第一阳极A1 图Z5-5 示波管构造G等位面加速电极道图Z 5-6 电子束的会聚二阳极一般与加速电极相连，而第一阳极对阴极电压一般为几百伏特。

加速阳极产生的电场经过栅极小孔到达阴极表面，如图Z5-6。

在该电场作用下，阴极电子会聚于栅极小孔前的F 1处，该点就是第一焦点。

由加速电极、第一阳极和第二阳极组成的电子聚焦系统把F 1成象在荧光屏上，呈现为直径足够小的光点F 2（第二焦点），如图Z5-7所示。

这与凸透镜对光的会聚作用相似，成为电子透镜。

测量电子荷质比的方法

测量电子荷质比的方法电子荷质比（e/m）是指电子的电荷与质量之比。

测量电子荷质比的方法主要有三种：磁场法、电场法和回旋加速器法。

磁场法是通过将电子束引入垂直于磁场的区域内，利用洛伦兹力的原理来测量电子荷质比。

在垂直于磁场方向上存在洛伦兹力F=evB，其中e是电子的电荷，v 是电子的速度，B是磁感应强度。

当电子束经过磁场时，受到洛伦兹力的作用，使其在垂直方向上产生偏转。

根据洛伦兹力的原理以及偏转半径的测量，可以计算出电子荷质比。

这种方法的优点是测量结果精确，但需要较强的磁场和精确的仪器，同时也要保证电子束的速度和方向稳定。

电场法是通过将电子束引入电场区域内，利用电场力和重力平衡的原理来测量电子荷质比。

当电子束进入电场区域后，受到电场力Fe=eE的作用，其中E是电场强度。

电子束在垂直于电场方向上受到电场力和重力的平衡，使其产生偏转。

通过测量偏转角度和电场强度，可以计算出电子荷质比。

这种方法的优点是操作简便，但需要保证电场强度和重力平衡，同时也要注意电子束的速度和方向。

回旋加速器法是通过利用磁场和电场共同作用的原理来测量电子荷质比。

回旋加速器是一种能够使带电粒子在高速旋转的环形轨道上运动的装置。

回旋加速器主要包括两个主要部分：磁铁和电极。

磁铁产生强磁场，使带电粒子进入环形轨道运动；电极产生强电场，使带电粒子加速。

通过改变磁场和电场的强度，可以调节带电粒子的速度和轨道半径，进而测量电子荷质比。

这种方法的优点是可以精确控制粒子的速度和方向，提高测量的精确度，但需要较复杂的装置和精确的控制技术。

除了这三种方法，还有一些其他辅助方法，如均匀磁场法、密度法等。

在实际测量中，需要根据具体实验条件选择合适的方法，并注意控制误差，提高测量的准确性和可靠性。

总结起来，测量电子荷质比的方法包括磁场法、电场法和回旋加速器法。

这些方法在操作方式和测量精度上有所不同，但都能有效地测量出电子荷质比。

在实际应用中，需要根据具体需求和条件选择合适的方法，并注意保证实验的精确性和可重复性。

电子比荷的测定实验报告

电子比荷的测定实验报告电子比荷的测定实验报告引言：电子比荷（e/m）是描述电子质量与电荷比值的物理量，它的测定对于研究电子的性质和物理学的发展具有重要意义。

本实验旨在通过磁场对带电粒子的偏转实验，测定电子的比荷值，并探讨实验中的误差来源和改进方法。

实验装置与原理：本实验主要使用了汤姆逊实验管、磁场调节器、电压源、毫安计等实验仪器。

汤姆逊实验管是一个带有阴极和阳极的真空玻璃管，通过在实验管内产生电场和磁场，可以对带电粒子进行偏转实验。

根据洛伦兹力的原理，带电粒子在磁场中受到的力与其电荷量和速度有关。

实验步骤：1. 将实验管与磁场调节器连接，调节磁场强度和方向。

2. 接通电源，调节电压使阳极电压保持恒定。

3. 观察实验管内放射线的偏转情况，并记录相应的电压和毫安计示数。

4. 重复上述步骤，改变电压和磁场强度，以获得更多的数据。

数据处理与分析：根据实验记录的电压和毫安计示数，可以计算出带电粒子的速度和磁场的强度。

根据洛伦兹力的公式F = qvB，其中F为粒子受到的力，q为粒子的电荷量，v为粒子的速度，B为磁场的强度。

由于磁场的方向垂直于粒子的速度方向，所以粒子在磁场中受到的力会使其偏转。

通过测量粒子的偏转半径和磁场的强度，可以计算出电子的比荷值。

实验结果与讨论：根据实验数据的处理与分析，我们得到了电子的比荷值为e/m = 1.76×10^11C/kg。

与理论值进行比较，我们发现实验值与理论值非常接近，这说明实验结果的可靠性较高。

然而，在实验过程中，仍然存在一些误差来源。

首先，实验中的电压和磁场的测量误差会影响最终结果的准确性。

其次，实验管内的真空度也会对实验结果产生一定的影响。

此外，实验过程中的环境因素如温度和湿度变化也可能对实验结果产生一定的影响。

为了减小误差并提高实验结果的准确性，我们可以采取以下改进方法。

首先，使用更精确的电压源和毫安计来进行测量，以提高测量的准确性。

其次，在实验过程中，保持实验管内的真空度稳定，并定期检查和维护实验装置。

电子比荷的测量

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。
e 2u 2 m ( r B)
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）。
00.00 00.00
1.25
1.30 1.35
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）。
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。
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： 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。
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 125 R u Ru 12 C / kg 2 2 2 2 2.474 10 2 2 2 m 32 0 N I r N I r

测定电子的比荷

193实验21 测定电子的比荷电子所带电量的绝对值与电子质量的比称为电子的比荷（又称荷质比）. 电子的比荷最早由英国物理学家J.J.Thomson 于1897年测出,为此,他于1906年获诺贝尔物理学奖. 测定电子的比荷有多种方法, 本实验安排了磁偏转法和磁聚焦法.实验21.1 用磁偏转法测定电子的比荷[目的]1.加深电子在电场和磁场中运动规律的理解．2.根据电子在亥姆霍兹线圈产生磁场中的偏转，测定电子的比荷．3.用计算机处理数据． [原理](一)亥姆霍兹线圈亥姆霍兹线圈（Helmholtz coil ）是一对彼此平行串联的共轴圆形线圈，每一线圈匝数为N ．两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈之间距离d 正好等于圆形线圈的半径R ，如图21.1-1所示．这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生近似均匀磁场区，如图21.1-2所示．亥姆霍兹线圈轴线上离中心O 距离为x 处一点的磁感应强度，由毕奥－萨伐尔定律和磁场叠加原理得到：⎪⎭⎪⎬⎫⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++=--23222322202221x R R x R R N I R B μ (21.1-1) 由此可求得：在两线圈圆心处)R x 2±=（的磁感应强度R /NI .B O O 0216770μ=，；在两线圈轴线上中点)x 0=（磁感应强度R /NI .B O 01670μ＝；在中点O 两侧4R ±处的磁感应强度R /NI .B /R 041270μ=．图21.1-1 亥姆霍兹线圈图21.1-2 亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布12194在线圈轴线上O 1 O 2之间各点，磁感应强度的量值B 在R /NI .06770μ～R /NI .06170μ范围内变动．尤其在O 点附近轴线上的磁场基本是均匀的．由磁感应线的特点可推知，通过O 点与线圈平面平行的竖直面上，O 点附近的磁场是均匀磁场，近似认为与O 点磁感应强度相同，即RNI .R NIB 0023167058μμ≈=(21.1-2) 令 RN.k 07160μ= (21.1-3)当亥姆霍兹线圈的匝数N ，半径R 一定时， k 为定值．由（21.1-2）式得磁感应强度kI B = (21.1-4)即B 与I 成正比．(二)用磁偏转法测定电子比荷比荷管灯丝加热出现电子逸出，逸出的电子经电压U 加速后，速率为meUv 2=(21.1-5) 当电子垂直射入由亥姆霍兹线圈产生的基本均匀磁场中，在洛仑兹力作用下电子运动发生偏转，作圆周运动，如图21.1-3所示．洛仑兹力作为向心力，有 rv m evB f n 2== (21.1-6)eBmvr =(21.1-7) 将（21.1-4）式和（21.1-5）式代入（21.1-7）式得emUkIm eU ekIm r 212==（21.1-8）可以看到，电子运动半径随加速电压的增大而变大，随亥姆霍兹线圈所加的电流增大而减小．同时，当在一定的加速电压U 和亥姆霍兹线圈通过一定电流I 时，如果测出此时的电子圆周运动半径r ，就可利用下式计算出电子比荷22)kIr (U m e ＝ (21.1-9) [装置介绍]本实验采用的PASCO SE-9638电子比荷测试实验仪，由亥姆霍兹线圈、电子比荷管、控制仪三部分构成．另配有PASCO SF-9585高压交/直流电源和PASCO SF-9584低图21.1-3 电子在均匀磁场195压交/直流电源,如图21.1-4所示．该套实验仪器可以进行电子比荷测试和偏转电场两种实验，通过控制面板上开关上下拨动进行切换．电子比荷管在亥姆霍兹线圈中部,电子被约束在比荷管内半径2/R r ≤区域运动，亥姆霍兹线圈在此区域的磁场基本为均匀磁场．当进行电子比荷实验时，偏转电场电压为零，电子束可水平射入均匀磁场的垂直平面内，在洛仑兹力的作用下，电子束发生偏转，当励磁电流或加速电压调节为适当数值时，电子束就会在比荷管内作圆周运动，通过测量电子束运动半径，就可计算出e /m ．(一) 亥姆霍兹线圈本实验的线圈R =15cm ，每个线圈匝数N =130匝。

实验一电子荷质比的测定(Measurementoftheelectric

實驗一電子荷質比的測定(Measurement of the electriccharge to mass ratio)利用電子(electron)在均勻磁場(uniform magnetic field)中作等速率圓周運動(constant speed circular motion)，測定電子的荷質比(charge to mass ratio)。

實驗二光電效應－蒲朗克常數的測定(Photoelectric effect－Measurement of the Planck Constant)觀察光電效應(photoelectric effect)的各種現象，並利用其測定蒲朗克常數(Planck constant)。

實驗三電子儀器量側(Oscilloscope and function generator)認識示波器(oscilloscope)及函數信號產生器(function generator)，並學習兩種儀器之使用。

實驗四密立根油滴實驗(Millikan oil drop experiment)1.測量基本電荷量e值（electric charge）。

2.證明電荷的量子性（quantization）。

實驗五太陽能電池特性曲線(Characteristic curves of a solar cell)1.認識太陽能電池及其發電原理，並繪製太陽能電池的特徵曲線（characteristic curve of a solar cell）。

2.證明照明強度（irradiance）與距離（distance）成反比（inverse proportion）。

3.探討光線以不同角度（different incident angle）照射太陽能電池時，其照度與功率的變化情形。

4.觀察在不同溫度（different working temperature）的情況下，太陽能電池的工作情形。

實驗六電學法拉第實驗(Faraday’s law of electromagnetic induction)1.利用兩種偵測線圈（Detector coil）來探測場線圈（Field coil）的磁場（magnetic field）變化，並藉由感應電動勢（induced electromotive force）的量測與理論值的比較來驗證法拉第感應定律（Faraday’s Law）。

测定电子荷质比的几种实验方法

测定电子荷质比的几种实验方法卢睿(北京交大电子学院通信三班10211073)摘要: 介绍了测定电子荷质比的方法，详细讨论了利用磁偏转法测量电子比荷、利用电场偏转法测量电子比荷、利用法拉第筒测定电子比荷的基本原理.更加深入地了解了测量电子荷质比的实验原理.关键词: 电子荷质比测定带电粒子近代物理学微观粒子一、引言电子的发现，不仅使人类对电现象有了更本质的认识，还打破了原子是不可再分的最小单位的观点．带电粒子的电荷量与质量的比值叫荷质比，简称比荷，是带电微观粒子的基本参量之一，荷质比的测定在近代物理学的发展中具有重大的意义，是研究物质结构的基础．电子的荷质比是由英国的物理学家汤姆生在1897年于英国剑桥大学卡文迪什实验室在对“阴级射线”粒子的荷质比的测定中首先测出的，在当时这一发现对电子的存在提供了最好的实验证据．而就现在看，测定荷质比的方法很多，我们分别进行讨论．二、实验方法原理介绍（1）利用磁偏转法测量电子比荷汤姆孙用来测定电子比荷的实验装置如图1所示，真空管内的阴极K发出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A’中心的小孔沿中心轴O’O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P 间的区域．当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点．加上偏转电压U后，亮点偏离到O’点(O’点与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计)．此时，在P和P’间的区域，再加上一个方向垂直与纸面向里的匀强磁场，调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向的长度为L ，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2(如图1所示)．当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心0点，设电子的速度为v,则evB=Ee，得v=E/B，即v=/Bb．当极板间仅有偏转电场时，电子以速度进入后，在竖直方向上做匀加速运动，加速度为a=eU/mb，电子在水平方向做匀速直线运动，在电场内的运动时间t1=L1/v，这样电子在竖直方向上偏转的距离为d=at^2/2=eL^2U/2mv^2b．离开电场时竖直向上的分速度为Vy=at1= eL U/mvb，电子离开电场后做匀速直线运动，经t2到达荧光屏，有t2=L2/v ，t2时间内向上运动的距离为d2=Vyt2=eUL 1L2/m b，这样电子总偏转距离为d=eUL1(L1+2L2)/2mv^2b，可解得e/m 2=2Ud/B^2bL1(L1+2L2)．电子在PP’间做匀速直线运动时有：eE=Bev；E=u/b，当电子在PP 间磁场中偏转时有：Bev=mv^2/r，同时又有：Ll= rsinθ，可得e/m=Usinθ/B^2bL1．(2)利用电场偏转法测量电子比荷如图3所示，真空玻璃管内，阴极K发出的电子经过阳极A与阴极K之间的高压加速后，形成一细束电子流，以平行于平板电容器极板的速度进人两极板C、D间的区域．若两极板C、D间无电压，电子将打在荧光屏上的0点；若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O点．已知极板的长度为l=5.00cm，C、D间的距离d=1.5cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离L=12．50cm，U=200V，B=0.00063T,P点到0点的距离y=3.0cm．由图4，加有电场和磁场时，二力平衡(速度选择器)：Ee=evB，v=E/B=U/Bd，只有电场时:tanθ=y/L=Vy/V=(eUl/mdv)/v得e/m=yU/B^2dlL=1.61×10^11 C/Kg(3)利用法拉第筒测定电子的比荷如图5所示，让阴极射线通过一条狭缝进入法拉第筒，测算电量和能量，并用磁场使其偏转测算轨道半径，以求得“微粒”的速度和它的比荷．设微粒的质量为m，微粒的速度为v，微粒所带的电量为e，N为一定时间内进入法拉第筒内的微粒数．显然法拉第筒所获得的电量为Q=Ne若进入法拉第筒内的微粒的动能因碰撞转变成热能，则微粒流的动能的大小可由温度计温度变化测算得到，并且其量值应为W=mNv^2/2然后，用磁场使射线偏转，以R表示微粒轨道的曲率半径，则Hev=mv^2/R，由上面的三式得到e/m=2W/H^2R^2Q,汤姆孙用这样的方法测得u=5×10^7m/s,e/m=2×10^7电磁单位/克．三、结语除了上述方法外，还有其他方法。

电子比荷的测定.

实验三：电子比荷的测定一、实验目的1、观察电子束在电场作用下的偏转。

2、观察运动电荷在磁场中受洛仑兹力作用后的运动规律，加深对此的理解。

3、测定电子的比荷二、实验仪器DH4520型电子比荷测定仪包括：洛仑兹力管、亥姆霍兹线圈、供电电源和读数标尺等部分。

仪器采用一体化设计，整个安装在木制暗箱内，便于观察、测量、携带和贮存，如图一所示。

1、洛仑兹力管洛仑兹力管又称威尔尼管，是本实验仪的核心器件。

它是一个直径为153mm的大灯泡，泡内抽真空后，充入一定压强的混合惰性气体。

泡内装有一个特殊结构的电子枪，由热阴极、调制板、锥形加速阳极和一对偏转极板组成，如图二所示。

经阳极加速后的电子，经过锥形阳极前端的小孔射出，形成电子束。

具有一定能力的电子束与惰性气体分子碰撞后，使惰性气体发光，从而使电子束的运动轨迹成为可见。

2、亥姆霍兹线圈亥姆霍兹线圈是由一对绕向一致，彼此平行且共轴的圆形线圈组成。

如图三所示。

当两线圈正向串联并通以电流I，且距离a等于线圈的半径r时，可以在线圈的轴线上获得不太强的均匀磁场。

如两线圈间的距离a不等于r时，则轴线上的磁场就不均匀。

同学们可根据两个单个线圈轴线上P点磁感应强度B的叠加，求出当a=r时，亥姆霍兹线圈轴线上总的磁感应强度B=9×104 I3、供电电源供电电源的前面板如图四所示：偏转电压偏转电压开关分“上正”、“断开”、“下正”三档。

置“上正”时上偏转板接正电压，下偏转板接地。

置“下正”时则相反。

置“断开”时，上下偏转板均无电压接入。

观察与测量电子束在洛仑兹力作用下的运动轨迹时，应置“断开”位置。

偏转电压的大小，由偏转电压开关下面的电位器调节。

电压值从50~250V，连续可调，无显示。

阳极电压阳极电压接洛仑兹力管内的加速电极，用于加速电子的运动速度。

电压值由数字电压表显示，值的大小由电压表下的电位器调节。

实验时的电压范围约100~200V。

线圈电流线圈电流（励磁电流）方向开关分“顺时”、“断开”、“逆时”三档。

实验电子比荷的测定

实验电子比荷的测定电子的比荷又称荷质比，即电子电荷与其质量之比ｅ/ｍ，是Ｊ．Ｊ．汤姆孙于１８９７年在英国剑桥卡文迪许实验室测得的。

之后，于１９１１年密立根用油滴法测得了电子的电荷。

这样，由电子的荷质比可进而推算出电子的质量。

这两项杰出的成就，不仅证实了电子的客观存在，而且进一步说明原子是具有内在结构的。

因此电子比荷的测定，在近代物理学的发展史上占有重要地位。

此外，在实验方法上为人们探讨微观世界的奥秘提供了一条新的途径：即通过对大量粒子宏观行为的研究确定单个粒子的微观数量关系。

因此，汤姆孙的工作对实验物理学的发展，也具有开创性的意义。

【预习重点】（１）示波管的结构及其各个电极的作用（见实验２２附录）。

（２）带电粒子在电场和磁场中的运动规律。

（３）纵向磁聚焦测定ｅ/ｍ的实验方法。

参考书：《大学物理学》电磁学部分，杨仲耆等编，第五章；《电磁学》上册，赵凯华、陈熙谋著，第四章。

【原理】１）电子束的纵向磁场聚焦纵向磁场是指与示波管轴线平行的磁场。

将示波管插入一通电长直螺线管的中部，可以认为示波管近似处于均匀纵向磁场之中，如图２１—１（ａ）所示。

图２１—１电子束的纵向磁场聚焦设电子束中某电子在磁场Ｂ中运动时，其速度v与磁感应强度Ｂ成α角。

今将v分解为与Ｂ平行的速度ｖz 和与Ｂ垂直的径向速度ｖr。

其中ｖz保持不变，即电子沿ｚ轴作匀速运动。

ｖr使电子在洛仑兹力的作用下绕ｚ轴作圆周运动。

合成运动轨迹是螺旋线，如图２１—１（ｂ）、（ｃ）所示。

螺线的回转半径（２１—１）电子回转一周所需时间（周期）（２１—２）故螺线的螺距（２１—３）无关。

即对于示波管中从同一上两式表明，回转周期Ｔ和螺距ｈ与径向速度ｖr各不相同（因而回转半径各不相同），但绕圆一周所用点出发的电子，虽然ｖr的时间是相同的。

只要它们的ｖ相同，经过一个螺距ｈ后，又会会聚于一点。

z这就是纵向磁聚焦的理论依据。

２）电子比荷的测定方法由式（２１—３）可导出（２１－４）、螺距ｈ和磁感由式（２１—４）可知，要测定ｅ／ｍ，需要确定纵向速度ｖz应强度Ｂ。

电子比荷的测定实验报告

电子比荷的测定实验报告实验名称：电子比荷的测定实验报告实验目的：通过对电子比荷进行测定，了解电子的基本性质，并探究电子运动与磁场之间的关系。

实验器材：1. 平行板电容器2. 直流电源3. 稳流电源4. 电压表5. 比荷计6. 尺子7. 密集焊丝实验原理：根据电子在垂直于磁场的方向上受到的洛伦兹力等于电子自身的离心力，通过测定电子在给定磁场下偏转的半径和电压，即可计算出电子的比荷。

实验步骤：1. 将平行板电容器放置在水平台上，并通过直流电源将其充电至一定电压。

2. 施加一定大小的稳流电源，使得电子束通过电容器的平行板。

3. 在电容器的两侧安装一个磁场，在选定电压的情况下，调整磁场的大小，使电子束受到一定大小的偏转。

4. 测量电子束偏转的半径。

5. 重复步骤3和步骤4，分别在不同的电压和磁场条件下进行测量。

6. 记录实验数据并进行数据处理。

实验数据处理：1. 计算电子束的速度v：利用电压U和电容器中的电场E，通过公式v = E * d，其中d为电容器平行板间的距离。

2. 计算磁场的磁感应强度B：利用已知的稳定电流值和直流电源提供的电压，通过公式B = μ₀ * I / R，其中μ₀为真空中的磁导率，I为电流，R为磁场的半径。

3. 计算电子的比荷e/m：根据洛伦兹力与离心力的平衡关系，通过公式e/m = 2 * U / (B² * r²)，其中e为电荷的电量，m为电子的质量，U为电压，B为磁感应强度，r为电子束的偏转半径。

实验结果与讨论：通过实验测量并计算，我们得到了电子的比荷e/m的值，与理论值进行了对比。

在理想情况下，实验值应接近理论值，但由于实际实验中存在一些误差，如仪器误差、环境干扰等，导致实验值与理论值之间存在一定差异。

不确定度分析：在实验中，我们需要考虑不同因素的不确定度，如电压的测量误差、电子束偏转半径的测量误差、磁场大小的测量误差等。

通过对这些不确定度进行综合分析，可以得到最终的不确定度。