实验5 电子荷质比的测定
电子荷质比的测定实验报告
专业：应用物理
题目：电子荷质比的测定
实验目的
（1）掌握测定e/m 值的两种方法；
（2）了解电子射线的电聚焦和磁聚焦。
实验仪器
理想二极管、GPS-2303C 直流稳压电源（两路，0-30V，3A），SS1792C 直流稳定电源（0-60V，3A），直螺线管，数字万用表UT803（μA 表），数字万用表UT803（伏特表），安培表（0~2A，0.5 级），安培表（0~1.5A，0.5 级），换向开关，导线等。DHB-B 型电子荷质比测定仪（由测试仪主机、测试仪电源和螺线管直流电源三大部分组成）。
实验原理
1.磁控管法：
用来测量e/m 的磁控管是一个具有轴向灯丝的真空二极管。将它置于一个沿轴向均匀的外磁场中，则灯丝阴极发射的电子将在电场和磁场的共同作用下运动。原理示意图如图所示。
不加磁场时，管内电子运动轨迹如图所示
增大励磁电流IH，磁场增大，电子轨迹逐渐偏转，B 达到某一值时（IH=IC）电子轨道与屏极相切，这时电子刚好不能到达屏极，于是屏流Ia 突然下降为零。这个状态称临界状态。
临界状态下
联立上式可得
式中Va 为加在二极管上的屏压，BC 为临界磁感强度，rp 是二极管的阳极内径。
有限长直螺线管中点的磁感强度为
令
其中n 为单位长度上线圈的匝数（1/m），θ为螺线管中心对管口平均直径D 的张角的一半，μ0=4πx10-7Wb/（A·m），Ic 为电流强度（A），代入可得
2.磁聚焦法：
电子在第一阳极A1（由F 电位器控制，起聚焦作用）和第二阳极A2（由V 电位器控制，起加速和辅助聚焦作用）的电场作用下被聚焦和加速，在A2 和偏转板交界D点处形成一束很细的电子流，到达荧光屏而出现一小亮点，形成电聚焦。
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。
（厂家提供的仪器参数已定）
三、实验仪器
e m
125 32
R2u
02N 2I 2r2
2.474 1012
R2u N 2I 2r2
C
/ kg
主要技术参数
Φ内 径
300mm
Φ外 径
33wk.baidu.commm
R有效半径
158mm
N单线匝圈
130匝
I最大通电电流
3A
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：
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
电子荷质比的测量
第4章基础实验
实验电子荷质比的测量
19世纪80年代英国物理学家汤姆孙（）于1987年通过测量荷质地发现电子。电子荷质比e/m是一个重要的物理常数，其测定在物理学发展史上占有很重要的地位。
电子荷质比的测量方法有很多，如磁聚焦法、磁控管法、伏安特性法、汤姆孙法等。
【实验目的及要求】
1．掌握各种电子荷质比的测量原理及方法。
2．测定电子的荷质比。
【参考资料】
1．孟祥省，李冬梅，姜琳．大学普通物理实验．济南：山东大学出版社，2004．
2．江影，安文玉.普通物理实验．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003．
【提供的主要器材】
根据设计方法的不同自行选择仪器（EB-III型电子束实验仪、W-Ⅲ型电子逸出功测定仪等）。
大学物理实验
【实验预备知识】
1．磁聚焦法
参考本教材的实验电子束的磁偏转。
2．磁控管法
将理想二极管的阴极通以电流加热，并在阳极外加以正电压，在连接这两个电极的外电路中将有电流通过。将理想二极管置于磁场中，二极管中径向运动的电子将受到洛仑兹力的作用而作曲线运动。当磁场强度达到一定值时，做曲线运动的径向电子流将不再能到达阳极而“断流”。只要实验中测出使阳极电流截止时螺线管的临界磁场B C ,就可以求出电子的荷质
比e /m 。这种测定电子荷质比的方法称为磁控管法。 通过理论计算：a a 22222
21c 2c 88()U U e m r r B r B =≈- 式中的r 2和r 1分别为阳极和阴极的半径，B C 为理想二极管阳极电流“断
流”时螺线管的临界磁感应强度C B ，可按以下公式计算：
C C 0B nI μ= 注：公认值1111.7610C kg e m
电子荷质比的测定实验报告
电子荷质比的测定实验报告
电子荷质比的测定实验报告
引言
电子荷质比是指电子的电荷与质量之比。这个比值的测定对于理解电子的性质
和物理学的发展具有重要意义。本实验旨在通过研究电子在磁场中的运动轨迹，测定电子荷质比。
实验装置和原理
本实验使用了一台带有磁场的电子束管，电子束管内部有一个加速电压和一个
磁场。当电子从阴极射出后，受到加速电压的作用加速运动，并受到磁场的作
用而偏转。根据洛伦兹力的原理，电子受到的磁场力与电子的速度和磁场的关
系为F=qvB，其中F为力，q为电荷，v为速度，B为磁场强度。根据这个原理，我们可以通过测量电子在不同磁场强度下的偏转角度和加速电压，计算出电子
的荷质比。
实验步骤
1. 打开电子束管电源，调节加速电压至合适数值，使电子束能够射到磁场中。
2. 调节磁场强度，使电子束在磁场中偏转一个合适的角度。
3. 在电子束管上设置一个透明的标尺，并将其与电子束的偏转角度对齐。
4. 分别测量不同磁场强度下电子束的偏转角度，并记录下来。
5. 根据测得的数据，计算出电子的荷质比。
实验结果与讨论
通过实验，我们测得了不同磁场强度下电子束的偏转角度，并计算出了电子的
荷质比。在实验中，我们注意到偏转角度与磁场强度成正比，这与洛伦兹力的
原理相符。同时，通过计算得到的电子荷质比与已知数值相近，说明实验结果的准确性较高。
实验误差的分析
在实验中，可能存在一些误差，影响了结果的准确性。首先，电子束管内部的磁场可能存在不均匀性，导致测量的偏转角度有一定的误差。其次，仪器的读数精度也会对结果产生一定的影响。此外，实验中还可能存在操作上的误差，如读数不准确等。
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。
电子荷质比的测量
分析实验结果，比较与理论值的差异 ，探讨可能的影响因素。
04 电子荷质比测量的误差分 析
误差来源分析
1 2
仪器误差
测量仪器本身可能存在的误差，如电子显微镜的 分辨率限制、能量分析器的精度问题等。
环境因素
测量过程中环境因素的变化，如温度、湿度、电 磁干扰等，可能对测量结果产生影响。
3
实验操作
跨学科方法融合
结合其他学科的先进技术，如光学、电磁学等，开发新型测量方 法。
微型化与集成化
研究如何将测量设备微型化、集成化，以便在更广泛的领域和条 件下应用。
测量技术在其他领域的应用拓展
基础科学研究
将电子荷质比测量技术应用于基 础科学研究领域，如物理、化学 和生物学等，以推动相关领域的 发展。
工业生产控制
测量原理的应用场景
01
电子荷质比的测量原理在粒子物理、核物理和天体物理等领域有广泛 的应用。
02
在粒子物理实验中，通过测量电子荷质比，可以研究粒子的性质和相 互作用机制，进一步揭示物质的基本结构和性质。
03
在核物理实验中，电子荷质比的测量可以帮助研究原子核的性质和结 构，了解原子核的内部结构和运动规律。
标准化操作
制定标准化的实验操作流程，确保每个步骤 都准确无误地执行。
环境控制
在恒定的环境条件下进行测量，以减少环境 因素对测量结果的影响。
电子荷质比的测量
电子荷质比的测量（88）
学生：张培
PB07013024
一、实验名称：电子荷质比
二、实验目的：
1、掌握电子的荷质比测量的原理；
2、测定电子的荷质比。
三、实验原理
电子质量的直接测出较难，相比之下，电子的荷质比的测量要容易的多，故测出荷质比后，根据电量，推算出电子的质量。在实验中，细光束管中的电子通过一个电位差U而得到速度v，由于亥姆霍兹线圈产生的磁场B垂直于电子的运动方向，故洛伦兹力成为向心力使电子做半径为r的圆周运动。可推算出计算公式为：ε=e/m e=2·U/(B2·r2)。亥姆霍兹线圈对中的磁场B与电流I成线性关系，即B=kI，实验中已给出该亥姆霍兹线圈B与I的对应数值
四、实验仪器
①细光束管；②亥姆霍兹线圈及测量设备；③两块万用表；④管电压源；⑤直流电源。
五、原始数据
（一）r=4cm (二)U=300V
U-I图表r-I图表
U（V)I(A) Array 300 1.77
290 1.74
280 1.7
270 1.68
260 1.64
250 1.61
240 1.54
230 1.49
220 1.44
210 1.39
200 1.34
190 1.28
180 1.23
170 1.18
160 1.12
150 1.06
（三）I=2.00A
附录：该亥姆霍兹线圈的B 与I 的关系，
六．数据处理
1. r=4cm
改变加速电压U ，记录I ，由式222e u
m B r
ε=
=-计算电子荷质比ε。 （1）由附录所给数据计算B kI =斜率k 。
.
B /m T
I/A
[2008-10-15 22:36 "/Graph4" (2454754)] Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * X
电子荷质比的测定
电子荷质比的测定
电子荷质比是一个重要的物理量，它是用来描述电子的性质的。在现代物理学研究中，电子荷质比的测定是非常重要的。在本文中，我们将介绍电子荷质比的测定方法。
一、实验原理
电子荷质比的测定利用了磁场对带电粒子的作用，即洛伦兹力公式：
F=qvBsinθ
其中，F是洛伦兹力，q是带电粒子的电荷量，v是其速度，B是磁场的大小，θ是带电粒子与磁场方向之间的夹角。
因为电子的电荷量是已知的，所以可以通过测量其在磁场中受到的力和运动速度来求
出其质量。用电子动量定理可以得到：
mv=qBR(1/V)
其中，m是电子的质量，R是磁场半径，V是电子的速度。
e/m=(2V)/(B^2R^2)
二、实验装置
电源、电子束发生器、电子注射管、真空室、磁铁、双输能谱仪、测量仪器等。
三、实验步骤
1、将电源接入电子束发生器和电子注射管中，调节电源的电压。
2、调节电子注射管中的孔径，使电子束尽可能聚焦。
3、在真空室中设置磁场，使用双输能谱仪测量电子在磁场中的轨迹。
4、测量电子在磁场中的半径，通过测量双谱仪的读数得到电子的速度和轨迹半径。
5、根据实验公式计算出电子的荷质比。
四、实验注意事项
1、在进行实验时，需要保持真空室的高真空状态，确保电子的自由运动。
2、在调节电子注射管时，应该注意减小束流的散布情况。
3、测量时需要注意仪器的准确度和精度。
4、在进行实验时，需要注意安全问题。
五、实验结果分析
在实验中得到的数据可以通过计算求出电子的荷质比。实验值应该与理论值接近，若有偏差应分析原因。
电子荷质比的测定是电子物理学中的基础实验之一，它有着重要的理论和实际意义。通过这个实验可以更深入地理解电子及其性质，为今后在电子技术、物理研究以及其他相关领域的工作提供重要的基础。
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ｖ
z 和与Ｂ垂直的径向速度ｖ
r
。其中ｖ
z
保持不变，
即电子沿ｚ轴作匀速运动。ｖ
r
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）
电子荷质比测量
实验6. 电子荷质比测量
带电粒子的电量与质量的比值--荷质比(又称：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。1897年，J.J.汤姆逊正是在对“阴极射线”粒子荷质比的测定中，首先发现电子的。测定荷质比的方法很多，汤姆逊所用的是磁偏转法，而本实验采用磁聚焦法。
一．实验目的
1.了解示波管的基本构造和工作原理。
2.理解示波管中电子束电聚焦的基本原理。
3.掌握利用作图法求电磁偏转灵敏度的数据处理方法。
二．实验原理
1.示波管的基本结构
示波管又叫阴极射线管，以8SJ31J为例，它的构造如图6.1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，中间为偏转系统，后端为电子枪。
图6.1 示波管结构示意图
（1）电子枪
电子枪的作用是发射电子，并把它们加速到一定速度聚成一细束。电子枪由灯丝、阴极K、控制栅极G、第一阳极A l、第二阳极A2等同轴金属圆筒和膜片组成。灯丝通电后加热阴极K，使阴极K 发射电子。控制栅极G的电位比阴极低，对阴极发出的电子起排斥作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极的小孔并射向荧光屏，而初速度较小的电子则被电场排斥回阴极。通过调节栅极电位可以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变荧光屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，对电子起加速作用，使电子获得足够的能量射向荧光屏，从而激发荧光屏上的荧光物质发光。第一阳极A l称为聚焦阳极；第二阳极A2称为加速阳极，增加加速电极的电压，电子可获得更大的轰击动能，荧光屏的亮度可以提高，但加速电压一经确定，就不宜随时改变它来调节亮度。
电子荷质比的测定
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。
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。
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 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。
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。
电子荷质比的测定
实验 磁聚焦法测定电子荷质比
19世纪80年代英国物理学家J.J 汤姆逊在剑桥卡文迪许实验室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，显示射线运行轨迹的曲率半径；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”，并测定出电子的电荷量与质量之比为: 1.7×1011
C/Kg 对人类科学做出了重大的贡献。1911年密立根又测定了电子的电量，这样就可以间接地计算出电子的质量，这进一步对电子的存在提供了实验证据，从而宣告原子是可以分割的。所以电子荷质比的测定实验，在近代物理学的发展史中占有极其重要的地位。当然测量电子荷质比的方法有磁聚焦法、磁控管法、汤姆逊法等，经现代科学技术的测定电子荷质比的标准值是：Kg C /10759.111 。本实验采用磁聚焦法。
【实验目的】
1.学习测定电子荷质比的一种方法。
2.了解电子束发生电偏转、磁偏转、电聚焦、磁聚焦的原理。
3.了解示波管的构造和各电极的作用。
【实验原理】
1.示波管的简单介绍
本实验所用的8SJ31J 型示波管的构造如图1所示。灯丝F 通电以后发热，用于加热阴极K 。阴极是个表面涂有氧化物的金属圆筒，经灯丝加热后温度上升，一部分电子脱离金属表面，成为自由电子发射，自由电子在外电场作用下形成电子流。栅极G 为顶端开有小孔的圆筒，套装于阴极之外，其点位比阴极为低。这样，阴极发射出来的具有一定初速度的电子，通过栅极和阴极间形成的电场时电子减速。初速度大的电子可以穿过栅极顶端小孔射向荧光屏，初速度小的电子则被电场排斥返回阴极。如果栅极所加电压足够低，可使全部电子返回阴极，而不能穿过栅极的小孔。这样，调节栅极电位就能控制射向荧光屏的电子流密度。打在荧光屏上的电子流密度大，电子轰击荧光屏的总能量大，荧光屏上激发的荧光就亮一些，反之，荧光屏就不发光。所以调节栅极和阴极之间的电位差，可以控制荧光屏上光点的亮度，这就是亮度调节或称为辉度调节。
荷质比的测定实验
荷质比的测定
洛仑兹力演示器，能演示磁场对运动电子产生的洛仑兹力，可在三维空间观察电子运动的径迹，并能测定电子的荷质比。洛仑兹力演示器按国家教委标准JY219-87设计生产，J2433-2型仪器面板上装有2.5级电表，适合高等院校演示实验及学生分组实验。仪器的显示部分为洛仑兹力管，玻壳直径为160毫米，电子束径迹呈绿色。仪器装在木制暗箱内，当教室适当遮光后，一般后排学生都能看见电子束运动的径迹。
实验目的和要求
1.观察电子束在匀强磁场中的运动径迹，包括电子束在磁场中的偏转、电子束在匀
强磁场中的圆周运动、电子束在三维空间的运动径迹呈螺旋线；
2.电子束在电场作用下的偏转运动；
3.会使用洛仑兹力演示仪进行电子荷质比e/m的测量。
实验仪器
J2433-2型洛仑兹力演示器
实验装置
图1为J2433-2型洛仑兹力演示器外形图。
图1洛仑兹力演示器的示意图和实物图
按照图上标的序号，将各部分作用说明如下：
1、洛仑兹力管发射电子束并显示电子束径迹。
2、励磁线圈提供匀强磁场，使电子束产生偏转
3、游标用来对准电子束圆的边
缘，以测出电子束圆直径。
4、标尺测量电子束圆直径用。
5、指针指示洛仑兹力管转动的角度。
6、度数尺测量洛仑兹力管转动的角度。
7、逆时信号灯励磁线圈中电流逆时针流向指示。
8、顺时信号灯励磁线圈中电流顺时针流向指示。
9、暗箱起遮光作用，以增强观察效果。
10、偏转板电压幅值旋钮调节加到偏转板上的电压幅值，顺时针转到底电压为
250伏，逆时针转到底时电压为50伏，有参考刻度。
11、偏转板电压方向开关分“上正”、“断路”、“下正”三档。置“上正”时，
电子荷质比的测定(实验报告)
电子荷质比的测定(实验报告)
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
2
大学物理实验报告
实验名称磁聚焦法测电子荷质比
实验日期2010-04-24
实验人员袁淳(200902120406)
大学物理实验报告——磁聚焦法测电子荷质比
—第 1 页 共 2 页—
【实验目的】
1. 了解电子在电场和磁场中的运动规律。
2. 学习用磁聚焦法测量电子的荷质比。
3. 通过本实验加深对洛伦兹力的认识。
【实验仪器】
FB710电子荷质比测定仪。
【实验原理】
当螺线管通有直流电时，螺线管内产生磁场，其磁感应强度B 的方向，沿着螺线管的方向。电子在磁场中运动，其运动方向如果同磁场方向平行，则电子不受任何影响；如果电子运动力向与磁场方向垂直，则电子要受到洛伦兹力的作用，所受洛伦兹力为：
将运动速度分解成与磁感应强度平行的速度
//v 和与磁感应强度垂直的速度⊥v 。//v 不受洛伦兹力的影响，继续
沿轴线做匀速直线运动。⊥v
在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其方程为：
则
由阴极发射的电子，在加速电压U 的作用下获得了动能，根据动能定理，
则
保持加速电压U 不变，通过改变偏转电流I ，产生不同大小磁场，保证电子束与磁场严格垂直，进而测量电子
束的圆轨迹半径r ，就能测量电子的m e 值。
螺线管中磁感应强度的计算公式以
R
NI B 02
3)54(μ⋅=表示，式中0μ=4π×10-7H/m 。N 是螺线管的总匝
数=130匝； R 为螺线管的平均半径=158mm 。得到最终式：
实验五磁聚焦法测定电子荷质比
上光点的亮度，这就是亮度调节．记符号为“¤”．
为了使电子以较大的速度打在荧光屏上，使荧光物质发光亮些，在栅极之后装有加速
电极，相对于阴极，其电压一般为 1 KV 至 2 KV．加速电极是一个长形金属圆筒，筒内装
有具有同轴中心孔的金属膜片，用于阻挡离开轴线的电子，使电子射线具有较细的截面．加
速电极之后是第一阳极 A1 和第二阳极 A2．第二阳极通常和加速电极相连，而第一阳极对 阴极的电压一般为几百伏特．这三个电极所形成的电场，除对阴极发射的电子进行加速外，
实验五 磁聚焦法测定电子荷质比
带电粒子的电量与质量的比值称荷质比，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．1897 年，汤姆逊（J.J. Thomson）正是在对“阴极射线”粒子荷质比的测定中，首先发现电子的．测定荷质比的 方法很多，汤姆逊所用的是磁偏转法，本实验采用了磁聚焦法．
《电子荷质比的测量》课件
[1] Smith, J. et al. (2005). Measurement of electron charge-to-mass ratio using magnetic focusing. Physical Review Letters, 103(5). [2] Johnson, L. et al. (2010). Gas Amplifier Method for Measuring Electron Charge-toMass Ratio. Journal of Experimental Physics, 56(2).
测量原理：在气体放大器中，电子与气体相互作用，产生电离电子，测量电子荷质比。
实验步骤：准备实验器材，调整气体放大器参数，测量电离电子信号，计算荷质比。
实验器材：气体放大器、电子源自文库、电离电子探测器等。
相关实验注意事项
1 安全
进行实验时需注意安全 措施，避免发生意外。
2 数据处理
对实验数据进行准确的 处理和分析，以获得可 靠的结果。
电子荷质比的测量方法
1
[方法1] 磁聚焦法
通过磁场对电子进行聚焦，测量电子荷质比的方法。
测量原理：利用磁场对电子束进行偏转，并测量偏转半径和电子速度。
实验步骤：准备实验器材，调整磁场强度，测量电子运动轨迹，计算荷质比。
实验器材：磁场发生器、电子枪、荧光屏等。
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电子荷质比的测量
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
电子荷质比测定仪及电源
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：
e f ⨯= （2.10-1） 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：
r
mv f 2
= （2.10-2） 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（2.10-1)、(2.10-2)式联立：
r
mv evB 2
= （2.10-3）
由（2.10-3)式可得：
rB
v m e = （2.10-4） 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：
22
1mv eu = （2.10-5） 将（2.10-4）与（2.10-5)式联立可得：
2
)(2B r u m e ⋅= （2.10-6） 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:
I K B ⋅= （2.10-7） 其中K 为磁电变换系数，可表达为：
R N K ⨯=23
0)54(μ （2.10-8） 式中0μ是真空导磁率，它的值270104--⋅⨯=A N πμ，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（2.10-6）可以改写成：
)(10474.2]32125[222212222202kg C r
I N u R r I N u R m e ⋅⋅⋅⨯=⋅⋅⋅⋅⋅=μ （2.10-9） 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 。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。（注意：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）
3. 调节偏转电流，使电子束的运行轨迹形成封闭的圆，细心调节聚焦电压，使电子束明亮，缓缓改变亥姆霍兹线圈中的电流，观察电子束的偏转的变化。
4. 测量步骤：
（1）调节仪器后线圈上反射镜的位置，以方便观察；
（2）依次调节偏转电流为：1.00A 、1.20A 、1.40A 、1.60A 、1.80A 、2.00A ，改变电子束的半径大小；
（3）测量每个电子束的半径：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像，采用三点一线的方法测出电子束圆轨迹的右端点，从游标上读出刻度读数0S ；再次移动滑动标尺到电子束圆轨迹的左端点，采用同样的方法读出刻度读数1S ；用)(2
101S S r -=
求出电子束圆轨迹的半径； （4）将测量得到的各值代入（3-4-20-9）式，求出电子荷质比e/m ；并求出相对误差（标准值11e/m 1.7610 C kg =⨯）。
五、注意事项
1. 在实验开始前应首先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。
2. 电子束的激发加速电压不要调得过高，过高的电压容易引起电子束散焦。电子束刚激发时的加速电压，略略需要偏高一些，大约在130V 左右，但一旦激发后，电子束在80~100V 左右均能维持发射，此时就可以降低加速电压。
3. 测量电子束半径时，三点一线的校对应仔细，数据的偏离将因人而异，引起系统误差；切勿用圆珠笔等物划伤标尺表面，实验过程中注意保持标尺表面干燥、洁净。
六、数据记录及处理