实验2 电子荷质比的测量(303)
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 2222221c 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-=⨯ 3．正交电磁场法（汤姆孙法）测定电子荷质比正交电磁场法测定电子荷质比，即英国物理学家.汤姆孙（，1856－1940）于1897年在英国卡文迪许实验室测定电子荷质比的实验方法（因为此项工作，汤姆孙于1906年获诺贝尔物理学奖）。
原理提示：在电偏转实验的基础上，在与电场正交的方向加上磁场，如图4-15所示。
[精编]电子荷质比实验报告
![[精编]电子荷质比实验报告](https://img.taocdn.com/s3/m/ec9f74506fdb6f1aff00bed5b9f3f90f76c64dbe.png)
[精编]电子荷质比实验报告一、实验目的本实验旨在通过测量电子的荷质比，了解电子的基本性质，并验证电动力学的基本理论。
荷质比是电子的重要物理量之一，它反映了电子所带电荷与其质量之间的关系。
通过本实验，希望能够更好地理解电子的基本性质，为后续的物理学习和研究打下基础。
二、实验原理荷质比定义为粒子所带电荷与其质量的比值，通常表示为e/m。
在实验中，我们通常通过测量电子在磁场中的轨道半径来计算其荷质比。
根据电动力学理论，电子在磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径r与磁感应强度B、电子能量E和荷质比e/m有关，具体关系为：r = (mv/eB)1/2 = (E/c2)(mv/eB)1/2。
由于电子的能量E 可以通过加速器测量得到，因此只需要测量电子在磁场中的轨道半径r，即可计算出荷质比e/m。
三、实验步骤1.准备实验器材：电子加速器、磁场装置、荧光屏、电压表、电流表等。
2.将电子加速器调整到预定能量，并将磁场装置调整到所需磁感应强度B。
3.将荧光屏放置在电子出口处，调整荧光屏位置使其与电子轨道相切。
4.观察电子在荧光屏上的轨迹，测量其轨道半径r。
5.根据测量结果计算荷质比e/m。
四、实验结果与分析实验数据如下表所示：在可接受范围内。
这说明我们的实验操作和计算方法是正确的。
此外，我们还可以看出，随着磁感应强度的增加，电子的轨道半径减小，荷质比增大。
这是由于磁场对电子的洛伦兹力增大，使得电子在磁场中做圆周运动的轨道半径减小。
同时，由于电子能量一定，轨道半径的减小意味着电子速度增大，因此荷质比增大。
五、结论本实验通过测量电子在磁场中的轨道半径，成功地计算出了电子的荷质比。
实验结果与理论值相符，验证了电动力学的基本理论。
通过本实验，我们深入了解了电子的基本性质，为后续的物理学习和研究打下了基础。
同时，实验过程中我们也锻炼了动手能力和科学素养，为未来的学习和工作打下了良好的基础。
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。
实验改进方案为了减小误差，可以采取以下改进措施。
首先，可以使用更精确的仪器来测量偏转角度和磁场强度，以提高测量的准确性。
其次，可以进行多次测量，并取平均值，以减小随机误差的影响。
此外，还可以对实验装置进行进一步改进，以提高磁场的均匀性。
结论通过本实验，我们成功测定了电子的荷质比，并验证了洛伦兹力的原理。
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。
电子荷质比的测量
环境监测与保护
利用电子荷质比测量技术对环境 中的物质进行监测和鉴别，为环 境保护提供技术支持。
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感谢您的观看
在光学领域，电子荷质比影响了光电效应中光电子的发射和能量分布，以及光波 在物质中的传播和吸收。在材料科学中，电子荷质比也影响材料的电磁性能和光 学性质。
电子荷质比的测量方法简介
测量电子荷质比的方法有多种，包括 电场偏转法、磁场偏转法、能量分析 法等。这些方法的基本原理是通过测 量电子在电磁场中的运动轨迹或能量 分布，从而推算出电子荷质比的数值。
04
在天体物理中，通过观测宇宙射线中的电子，可以推算出其源星体的 性质和演化状态，有助于深入了解宇宙的起源和演化过程。
03 电子荷质比的测量实验
实验设备与材料
电子显微镜
用于观察和追踪电子的运动轨 迹。
粒子加速器
用于加速电子，使其获得足够 的能量。
真空室
提供高真空环境，减少空气阻 力对电子运动的影响。
实验操作过程中的人为误差，如样品放置位置、 测量角度等，也可能导致测量结果的不准确。
误差传递与影响
误差传递
测量过程中的误差会随着测量步骤的进行而累积，最终影响测量结果的准确性。
误差影响
误差的存在可能掩盖实验数据的真实变化趋势，导致对实验结果的分析出现偏 差。
误差的减小与控制方法
仪器校准
定期对测量仪器进行校准和维护，确保仪器 处于良好的工作状态。
电子荷质比的意义在于它决定了电子在电磁场中的运动轨迹 和能量损失。不同的物质具有不同的电子荷质比，这影响了 它们在电磁波和粒子束作用下的响应和性质。
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。
电子荷质比实验报告（参考）
电子荷质比实验报告电子荷质比实验报告1、实验电路（1）阅读仪器的使用说明。
（2）按正向聚焦接线图插入导联线。
（3）将仪器面板“功能选择”开关旋至“磁聚”处，此时仪器处于磁聚焦工作状态。
2、测量（1）接通总电源，预热数分钟，荧光屏上出现亮斑。
亮斑辉度不够可调节辉度旋钮或增大V2。
（2）接通励磁开关前，先将“励磁电流”旋钮（或调压器旋钮）逆时针方向旋至最小。
（3）取V2为800V，调节励磁电流，使光斑聚焦，记下此时仪器三次聚焦时的励磁电流读数。
（4）取V2为1000V、1200V重复步骤（3）。
（ 5）关闭总电源约数分钟，改为反向聚焦接线，重复步骤（3）、（4）。
3、记录数据和处理结果。
【数据处理】螺线管的长度L=296mm 螺线管直径D=91.5mm 线圈匝数N=4141 示波管阳极到荧光屏的距离d=193.0mm3.数据处理将各数据代入公式平均值为1.765×1011C／kg 算出标准差为0.013×1011C／kg 得出电子的荷质比所以电子的荷质比为（1.765?0.01 3）×1011C／kg ? 【实验结论】实验测得的电子的荷质比为：（1.765?0.013）×1011C／kg ? 【误差分析】1. 电子束与磁场没有严格垂直导致误差；电子束具有一定宽度，导致测量误差；3. 测量者利用点一线法测半径时没有完全对齐导致随机误差；4.实验仪器精确度不够导致测量误差； 5. 实验理论的不完善导致误差。
篇三：实验报告-磁聚焦法测定电子荷质比实验报告姓名：班级：学号：实验成绩：同组姓名：实验日期：201X0331 指导老师：批阅日期：------------------------------------------------- 磁聚焦法测定电子荷质比【实验目的】1、学习测量电子荷质比的方法。
电子荷质比的测定(实验报告)
电子荷质比的测定(实验报告)实验目的：通过测量电子经过磁场运动的偏转半径，从而得出电子荷质比的大小。
实验原理：电子荷质比的测定原理是利用磁场对电子的作用力可以使电子偏转的情况下，依据洛伦兹力公式计算电子荷质比。
在磁场中，电子受到的作用力为 F，方向垂直于磁场方向和电子运动方向且指向轴线方向，它可以由洛伦兹力公式表示: F=qVB。
其中，q为电荷， V 为电子速率，B为磁场在此处的磁通量密度。
当电子运动出磁场时，电子所受到的离心力F等于背心力qVB，其偏转半径 R 为：R= mv/qB，其中 m为电子的质量，v为电子的速率，B为磁场的磁感应强度。
实验器材：磁场，电子枪，靶标，放大器，示波器，测量卡尺。
实验步骤：1、将电子枪与靶标固定在测量卡尺的两侧，用磁场并排置放于两侧。
2、调节电子枪和放大器的参数，使得靶标上的电子成束的发射。
调整电子发射的速率和磁场的强度，以使得电子在磁场中的运动轨迹呈现弯曲现象。
3、测量电子轨迹的半径，记录三次数据取平均值。
4、将实验数据代入公式计算电子荷质比的值。
实验数据：电子质量m = 9.11 × 10^-31kg磁场的磁感应强度B = 0.6T第一次圆周运动半径R1 = 3.2cm平均圆周运动半径 = （R1 + R2 + R3）÷ 3 = 3.1cm电子荷质比e/m = (2V / B^2)× R^2代入数据计算得：e/m = (2×40V)/(0.6T)^2 × (0.031m)^2 = 1.82 × 10^11C/kg实验结论：通过实验测量得到电子荷质比e/m的值为1.82 × 10^11 C/kg。
这个值与标准值基本相符，即1.76×10^11 C/kg。
误差可能来自于实验中的测量精度和实验条件的差异。
这次实验表明，通过磁场对电子的作用力可以测量得到电子荷质比。
电子荷质比的测定(实验报告)
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)【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RNI B 023)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：()()kg C rI U NIr UR m e /1065399.3321252212202⋅⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=μ 测出与U 与I 相应的电子束半径r，即可求得电子的荷质比。
【实验步骤】1. 接通电子荷质比测定仪的电源，使加速电压定于120V ，至能观察到翠绿色的电子束后，降至100V ；2)(2rB Um e =eU mv =221evB F =r mv evB F 2==rBe ν=m2. 改变偏转电流使电子束形成封闭的圆，缓慢调节聚焦电压使电子束明亮，缓慢改变电流观察电子束大小和偏转的变化；3. 调节电压和电流，产生一个明亮的电子圆环；4. 调节仪器后线圈的反光镜的位置以方便观察；5. 移动滑动标尺，使黑白分界的中心刻度线对准电子枪口与反射镜中的像，采用三点一直线的方法分别测出电子圆左右端点S 0和S 1,并记录下对应的电压值U 和电流值I 。
电子荷质比的测定
23. 電子荷質比的測定【目 的】觀察電子在電場與磁場中的三維運動，並測定電子的荷質比(e/m)。
【方 法】一個填充低壓氦氣的球形電子束管，內有燈絲、一對加速電板和一對偏轉電板；外有亥姆霍茲雙線圈。
燈絲與加速電板可以產生電子束，調控偏轉電板的電壓可以改變電子束所受電力的大小與方向，調控亥姆霍茲雙線圈的電流可以改變電子束所受羅倫茲力的大小與方向。
當電子束形成之後，與氦氣分子碰撞，會使氣體發出綠光，就能夠在電子所經過的路徑上看到清晰的光跡。
若是垂直射入均勻磁場中，因為受到磁力而彎成圓形軌跡。
量測圓形軌跡的半徑，即可計算出電子的荷質比。
【原 理】一、電子束的形成與觀察陰極的燈絲經過加熱，會因高溫使其表面原子的電子具有足夠的能量而脫離原子的束縛，離開燈絲之後並會加速奔向陽極，形成電子束。
產生電子束的器材稱為電子槍或電子束管，若想要觀察電子軌跡，則應在真空管的內壁塗上螢光物質或是填充低壓惰性氣體。
威爾尼特電子管內含有低壓氦氣，非常適合觀察電子在三維空間的運動。
當電子碰到稀薄的氣體分子而有能量的交換，氣體分子被激發至高能階後再回至低能階，同時釋出光子，部份為可見光，因此發光所在即為電子的位置。
如圖1所示，若無偏轉電場與外部磁場，電子束的軌跡應為直線。
圖1 威爾尼特電子管(Wehnelt tube) 圖2 電子荷質比的簡單實驗裝置二、電子在均勻電場中的運動電子在離開電子槍時的速度為υ，動能為a eV m =22υ，為加速電壓，隨後進入一個均勻的電場中。
該電場是由一對偏轉電板所產生，兩板的電壓為 (上正、下負)，偏轉電板的長度為a V d V L ，間距為。
如圖3所示。
因為電子只有在垂直方向受到電力的作用，做等加速度運動；而在水平方向並沒有受到電力的作用，保持等速運動。
因此，電子在偏轉電板中的軌跡為拋物線，向上偏轉。
離開偏轉電板之後，電子則做等速直線運動，偏轉角為d φ。
圖3 電子在偏轉電板中的運動軌跡電子在進入偏轉電板時的垂直初速為零及水平初速為v ；在離開平行電板時的垂直末速為但水平末速仍為v 。
电子荷质比的测量
2 、在作磁聚焦及电子荷质比e/m的测定实验时，时间不宜太 长，控制在3分钟内，应避免长时间施加励磁电流，当励磁电 流较大时，及时记录聚焦电流值，记录完一组数据后，及时将 励磁电流调到0，实验结束后及时关闭励磁电流开关，以免励 磁线圈过热而烧坏。 3．示波管辉度调节适中，以免影响荧光屏的使用寿命。
五、思考题
mv 2 qvB R
mv 电子回旋半径为： R eB 2 R T 电子回旋周期为： eB
电子的回旋周期和磁感应强度大小、荷质比有关，和速度无关
电子离开磁场区域后不再受力的作用作直线运动。由图可知： l leB tan 2 R mv
s L tan
2
L
leB mv
设电子进入磁场前加速电压为VA2， 电子从加速极射出的速度：
2 2 2
测量公式
（1） 0 4 107 N A2 （2）励磁线圈长度（不包括前后挡板厚度）L=215mm。 （3）h=d=180mm。 （4）励磁线圈骨架外直径：D =96mm。
(5)总匝数 标在线圈上
三、实验仪器
示波管各电极结构
灯丝F：加热阴极，加6.3V电压。 阴极K：被加热后能向外发射自由电子，也称发射极。 栅极G：施加适当电压（通常加负压）可控制电子束电流强度， 也称控制栅，栅负压通常在-70～-10V之间。 第二阳极A2：施加纵向高压电场，使加速电子向荧光屏运动，也 称加速极，加速电压通常为1000V以上。 第一阳极A1：为一圆盘结构，介于第二阳极的圆筒和圆盘之间， 施加适当电压能使电子束恰好在荧光屏上聚焦，因此也称聚焦极， 通常加数百伏正向电压。
2 m eB
电子荷质比的测量
mv 电子回旋半径为： R eB 2 R T 电子回旋周期为： eB
电子的回旋周期和磁感应强度大小、荷质比有关，和速度无关
电子离开磁场区域后不再受力的作用作直线运动。由图可知： l leB tan 2 R mv
s L tan
2
L
leB mv
设电子进入磁场前加速电压为VA2， 电子从加速极射出的速度：
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。
一 实验目的
利用纵向磁场聚焦法测定电子荷质比e/m，了解和 掌握利用磁控条件测量电子磁场中的偏转
运动的电子在磁场中要受到洛仑兹力的作用，所受力为：
f qv B
洛仑兹力的方向始终与电子运动的方向垂直，对电子不作 功，但会改变电子的运动方向。为简单起见，设磁场是均 匀的，磁感应强度为B，电子的速度v与磁场B垂直，电子 在洛仑兹力的作用下作圆周运动，洛仑兹力就是向心力：
2eVA2 1 2 mv eVA2 v 2 m B 0 nI
s 0 nIlL
e 2mVA2
位移s与励磁电流I成正比，而与加速电压的平方根成反比
二 实验原理/2.2荷质比的测量
当电子速度v与磁场B有一定夹角进入磁场后，将作螺旋运动 回旋半径为：
R mv eB
回旋周期：
T
深圳大学物理实验教学中心
历史回眸
荷质比（e/m）：带电体的电荷量和质量的比值，叫做荷质 比， 又称“比荷”，电子的基本常数之一。
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1.75881962×1011库仑/千克， 约等于1.76×1011C/kg，根据测定电子的电荷，可确定电子 的质量。
电子荷质比的测量
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。
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3、越是没有本领的就越加自命不凡。 22.3.22 17:14:0 317:14 Mar-22 22-Mar-22
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4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 17:14:0 317:14: 0317:1 4Tuesday, March 22, 2022
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：
三、实验仪器
e m
125 R2u
32 02N 2 I 2r 2
2.474 1012
R2u N 2I 2r2
C
/ kg
主要技术参数
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
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：
四、实验内容
用磁聚焦法测定电子荷质比实验报告
用磁聚焦法测定电子荷质比实验报告用磁聚焦法测定电子荷质比实验报告引言：电子荷质比是物理学中的一个重要常数，它描述了电子的电荷与质量之间的比值。
测定电子荷质比的实验方法有很多种，其中一种常用的方法是磁聚焦法。
本实验旨在通过磁聚焦法测定电子荷质比，并探讨实验过程中的一些关键问题。
实验原理：磁聚焦法是通过磁场对电子进行聚焦，从而测定电子荷质比的一种方法。
在磁场中，电子受到洛伦兹力的作用，其运动轨迹会发生偏转。
通过调节磁场强度和电场强度，使得电子在磁场中运动的轨迹与电场的方向相交，从而实现对电子的聚焦。
根据电子的速度和轨道半径的关系，可以计算出电子的荷质比。
实验装置：本实验所使用的装置主要包括电子枪、磁场和电场装置以及荧光屏。
电子枪产生一束高速电子，磁场和电场装置用来调节电子的运动轨迹，荧光屏用来观察电子束的聚焦情况。
实验步骤：1. 将实验装置搭建好，并接通电源。
2. 调节电子枪的电压和电流，使得电子枪能够产生一束稳定的电子束。
3. 调节磁场的强度，使得电子束在磁场中发生偏转。
4. 调节电场的强度，使得电子束在电场中与磁场的方向相交。
5. 观察荧光屏上的电子束图像，调节磁场和电场的强度，使得电子束能够聚焦在一个点上。
6. 记录磁场和电场的强度，以及荧光屏上电子束的聚焦位置。
7. 重复实验多次，取平均值，并计算电子荷质比。
实验结果与讨论：通过多次实验，我们得到了不同磁场和电场强度下的电子束聚焦位置。
根据电子的速度和轨道半径的关系公式，我们可以计算出电子的荷质比。
在实验中，我们发现磁场和电场的强度对电子束的聚焦效果有很大的影响。
当磁场和电场的强度适当时，电子束能够聚焦在一个点上，从而得到准确的电子荷质比值。
然而，在实际操作中，我们也遇到了一些困难和误差。
首先，由于实验装置的精度限制和环境因素的影响，我们无法完全消除系统误差。
其次，电子束的聚焦位置的测量也存在一定的误差，可能会影响到最终结果的准确性。
因此，在实验中我们需要注意这些误差来源，并尽量减小其对结果的影响。
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。
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。
电子荷质比的测量实验报告
电子荷质比的测量实验报告电子荷质比的测量实验报告引言：电子荷质比是物理学中的重要常数之一，它描述了电子的电荷与质量之间的比值。
测量电子荷质比的实验是基础物理实验中的经典实验之一，通过该实验可以验证电子的存在以及揭示微观世界的奥秘。
本文将介绍一种常见的测量电子荷质比的实验方法，并对实验结果进行分析和讨论。
实验原理：电子荷质比的测量实验基于汤姆孙实验原理，即利用电磁场对电子进行偏转，通过测量偏转角度和电磁场参数来计算电子荷质比。
实验中使用的仪器包括电子枪、磁场产生装置、偏转电压控制装置和测量仪器等。
实验步骤：1. 将电子枪对准磁场产生装置，并通过调整电子束的强度和方向使其与磁场垂直。
2. 施加一定的偏转电压，使电子束在磁场中发生偏转。
3. 利用测量仪器测量电子束的偏转角度，并记录所使用的电磁场参数。
4. 重复实验多次，取平均值并计算电子荷质比。
实验结果与分析：通过多次实验测量，得到了一系列的电子荷质比值。
根据实验数据，可以进行如下分析和讨论。
1. 实验结果的精确性：在实验中，我们尽可能减小了误差的影响，例如通过精确调整电子束和磁场的位置、使用高精度的测量仪器等。
然而，由于实验条件的限制和仪器的精度等因素，实验结果仍然存在一定的误差。
为了提高实验结果的精确性，可以进一步优化实验条件和仪器精度。
2. 与理论值的比较：将实验结果与已知的理论值进行比较，可以验证实验的准确性，并评估实验结果的可靠性。
如果实验结果与理论值相符合，说明实验方法和测量过程是可靠的；如果存在较大的偏差，可能需要重新检查实验步骤或改进实验方法。
3. 实验结果的意义：电子荷质比的测量实验是验证电子存在的重要实验之一，它对于揭示微观世界的结构和性质具有重要意义。
通过测量电子荷质比，可以进一步研究电子的性质和行为，推动物理学的发展。
结论：通过电子荷质比的测量实验，我们得到了一组实验结果，并对其进行了分析和讨论。
实验结果的精确性和与理论值的比较是评估实验的准确性和可靠性的重要指标。
电子荷质比测定
实验报告【实验名称】：电子荷质比测定【实验目的】：1、了解利用电子在磁场中偏转的方法来测定电子荷质比。
2、通过实验加深对洛伦兹力的认识。
【实验仪器】:FB710型电子荷质比测定仪【实验原理】：当一个电荷以速度v垂直进入磁场时，电子要受到洛伦兹力的作用，它的大小可由公式f=ev*B (1) 所决定，由于力的方向是垂直于速度的方向，则电子的运动的轨迹是一个圆，力的方向指向圆心，完全符合圆周运动的规律，所以作用力与速度的关系为f=mv^2/r (2) 其中r时电子运动圆周的半径，由于洛伦兹力就是使电子做圆周运动的向心力，因此evB=mv^2/r (3) 由公式转换可得e/m=v/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eU全部转变成电子的输出动能，因此又有eU=mv^2/2(5)由公式（4）、（5）可得e/m=2U/(r*B)^2 (6) 实验中可采取固定加速电压U，通过改变偏转点了，产生不同的磁场，进而测量出电子束的圆轨迹半径，就能测定电荷的荷质比。
亥姆赫兹线圈产生磁场的原理，B=K*I（7）其中K为磁电变换系数，可表达为K=μ0（4/5）∧（3/2）*N/R （8）其中μ0是真空导磁率，等于4T*m/A或H/m,R为亥姆赫兹线圈的平均半径，N为单个线圈的匝数，其他参数R=158mm,N=130匝，因此公式（6）可以改写为e/m=[125/32]R∧2U/μ0∧2N∧2I∧2r∧2=2.474×10∧12 R∧2U/N∧2I∧2r∧2(C/kg) (9)【实验内容】：1、正确完成仪器的连接。
2、开启电源，使加速电压文档于120V。
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，缓缓改变亥姆兹线圈中的电流，观察电子束大小、偏转的变化。
4、测量步骤：（1）调节仪器后线圈上的反射镜的位置，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像，采用三点一线的方法测出电子圆的右端点，从游标上读出刻度数，并记录。
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实验2 电子荷质比的测量（303）
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：亥姆霍兹线圈；电子束发射威尔尼氏管；记量电子束半径的滑动标尺；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。
图2.10-1 电子荷质比仪器实物图
157
158
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：
2
2
1mv eu =
（2.10-5）
159
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
160
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 、2.20A 和2.40A ，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
1
01S 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
七、思考题
1.除本实验介绍的测量电子圆环半径大小的方法外，你还能提出其它更好更简捷的方法吗？
2.测量电子荷质比还有其它什么实验方法？
3.分析洛仑兹力在不同角度下对电子运动的影响。
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