近代电子学实验
α粒子散射实验 实验报告
α粒子散射实验实验报告一．实验目的1.初步了解近代物理中有关粒子探测技术和相关电子学系统的结构，熟悉半导体探测器的使用方法；2.实验验证卢瑟福散射的微分散射截面公式二．实验原理1.瞄准距离与散射角的关系视α粒子和电子均为点电荷，假设两者间作用力只有静电斥力，如图1，散射角θ，瞄准距离b ，α粒子质量为m ，入射速度为0v ，则：（1）（2）2.卢瑟福微分散射截面公式设有截面为S 的α粒子束射到厚度为t 的靶上，靶的原子数密度为n ，则α粒子散射到θ方向单位立体角内每个原子的有效散射截面为：2222244001121()() 1.296()4sin (/2)sin (/2)d Ze Z d mv E σπεθθ==Ω （3） 设实验中探测器的灵敏面积对靶所张的立体角为Δ,在某段时间内射2co t2b D θ=00πε到靶上的粒子总数为T ，则观察到的粒子数为：（4）三．实验仪器粒子源 真空室 探测器与计数系统 真空泵 四．实验数据及处理1．原始数据及处理表1 探测到的粒子数count 与散射角的关系Angle/° Angle /rad count1 count2 count3 count4 count5 N=count average count median -10-0.175 668 687 634 683 719 678 683 -9 -0.157 806 790 738 824 776 787 790 -8 -0.140 875 919 924 923 904 909 919 -7 -0.122 1020 1002 960 1032 999 1003 1002 -6 -0.105 1069 1092 1100 1075 1058 1079 1075 -5 -0.087 1149 1188 1201 1115 1149 1160 1149 -4 -0.070 1173 1148 1164 1196 1171 1170 1171 -3 -0.052 1190 1225 1225 1236 1237 1223 1225 -2 -0.035 1222 1256 1288 1283 1225 1255 1256 -1 -0.017 1295 1284 1292 1296 1278 1289 1292 0 0.000 1310 1290 1281 1264 1355 1300 1290 1 0.017 1275 1264 1299 1231 1253 1264 1264 2 0.035 1283 1188 1220 1274 1250 1243 1250 3 0.052 1248 1236 1211 1201 1257 1231 1236 4 0.070 1107 1134 1083 1116 1132 1114 1116 5 0.087 1184 1103 1150 1105 1132 1135 1132 6 0.105 939 919 932 894 934 924 932 7 0.122 811 882 757 853 837 828 837 8 0.140 723 697 729 715 715 716 715 9 0.157 612 622 627 615 610 617 615 10 0.175 514 501 541 517 501 515 514 11 0.192 382 381 412 381 405 392 382 12 0.209 277 279 310 335 294 299 294 13 0.227 250 225 227 228 163 219 227 14 0.244 164 176 160 168 179 169 168 15 0.262 148 108 127 116 135 127 127 16 0.279 85 82 65 72 78 76 78 17 0.297 40 43 33 34 45 39 40 18 0.314 40 43 33 34 45 39 40 19 0.332 31 29 28 29 22 28 29 200.349 20 25 20 14 24 21 2001()()4sin (/2)Ze nt N Tmv πεθ∆Ω=25 0.436 13 10 4 8 10 9 10 30 0.524 1 3 4 2 5 3 3 35 0.611 0 1 2 1 0 1 1 40 0.698 1 1 0 1 3 1 1 45 0.785 0 1 0 0 0 0 0 50 0.873 0 0 0 0 0 0 02．曲线拟合根据表1，做出探测器探测到的粒子数N 的平均值与散射角θ的关系； 再按照修正拟合公式（6）式进行曲线拟合，如图2所示。
超声波测水流的速度
实验课程名称近代电子学实验实验项目名称超声波测水流的速度学院理学院专业班级电子科学与技术10-1 学生姓名杨晓玲学号 1007010043指导老师李良荣实验时间 2012 年9月10日一、设计目的和要求1、设计测量超声波正、反向传输时间及传输时差的电子电路，也可设计成直接测量超声波传输时差的电子电路；2、设计数码显示电路，实时显示传输时差，也可实时显示可以计算出时间差的数据；3、给出相关器件的选型、参数整定依据以及它的工作环境要求；4、分析并提出提高测量精度和分辨率的方法和措施；6、完成实验仿真、模拟调试、实现主要功能要求；7、加选项：完成流速的计算。
二、实验方案设计：1、原理方框图如图1所示：2.设计思想：该设计的内容是超声波传输时差的测量。
本设计通过超声波换能器的收发信号来控制计数器测出超声波在顺逆流中所记脉冲的个数差，进而计算出时间差。
技术要点和成果是通过换能器和计数器来控制计数器实现了不间断测时差。
根据设计要求，系统中必须有计数的模块，实现脉冲个数的计数，我通过基本计数器的级联实现了大模制的计数功能，刚开始我选择了加减计数器，在超声波逆流过程中进行加计数，在顺流过程中进行减计数，最后显示的数值就是顺逆流的计数差值，虽然也间接实现了差时的测量，但是逆流加计数和顺流减计数是不同步的，所测的数值的准确性不够高，所以我又用两块计数模块来分别同时计顺逆流时间段的脉冲数，在让它们相减得到脉冲差值。
但又感觉有点复杂，所以也在一定程度上放弃了。
最后确立了另一种较为合适的方案，那就是让两个换能器同时发出超声波并给计数器一个脉冲信号，让计数器清零复位，当接收到顺流信号时换能器发出脉冲信号让计数器加计数，当换能器接收到逆流信号时发出一脉冲信号使计数器处于保持状态，这样计数器显示的数值就是顺逆流两过程的时间差中所计的个数，进而直接计算得到顺逆流过程的时间差。
既简化了电路又弥补了测量不同步的缺点，使测量的可靠性得到提高。
密立根油滴实验电子电荷的测量解读
14.8 密立根油滴实验——电子电荷的测量实验简介密立根 (Robert Andrews Millikan ，1868～1953，美国物理学家) 于1907年开始，经历7年时间，用油滴法直接证实了“电”的不连续性，并用实验的方法直接测量了电子的电荷量，这就是著名的密立根油滴实验，它是近代物理学发展史中具有重要意义的实验。
因对基本电荷和光电效应的工作，密立根荣获1932年度诺贝尔物理学奖。
实验目的1．通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量，验证电荷的不连续性，并测定电子的电荷e 。
2．了解、掌握密立根油滴实验的设计思想、实验方法和实验技巧。
实验原理用油滴法测量电子的电荷，需要测量油滴的带电量q ，可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法测q ，也可以通过改变油滴的带电量，用静态法或动态法测量油滴带电量的改变量。
测量方法分析如下：一．静态（平衡）测量法。
用喷雾器将油喷入两块相距为d 的水平放置的平行极板之间。
油在喷射撕裂成油滴时，一般都是带电的。
设油滴的质量为m ，所带的电荷为q ，两块极板间的电压为U ，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg 和静电力qE 的作用。
如图（4.8-2）所示。
如果调节两极板间的电压U ，可使这两个力达到平衡，这时U mg qE q d== （4.8-1） 从式（4.8-1）可见，为了测出油滴所带电量q ，除了需测定平衡电压U 和极板间距离d 外，还需要测量油滴的质量m 。
因为m 很小，需要用如下特殊方法测定：平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气粘滞阻力的作用，下降一定距离达到某一速度v g 后，阻力与重力mg 平衡，如图4.8-3所示（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下降 。
根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时6g f a v mg πη== (4.8-2)式中，η是空气的粘滞系数；a 是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴f r mg v g2 总是呈小球状）。
电子衍射
电子衍射电子衍射实验对确立电子的波粒二象性和建立量子力学起过重要作用。
历史上在认识电子的波粒二象性之前，已经确立了光的波粒二象性．德布罗意在光的波粒二象性和一些实验现象的启示下，于1924年提出实物粒子如电子、质子等也具有波性的假设。
当时人们已经掌握了Ｘ射线的晶体衍射知识，这为从实验上证实德布罗意假设提供了有利因素．1927年戴维孙和革末发表他们用低速电子轰击镍单晶产生电子衍射的实验结果。
两个月后，英国的汤姆逊和雷德发表了用高速电子穿透物质薄片的办法直接获得电子花纹的结果。
他们从实验测得电子波的波长与德布罗意波公式计算出的波长相吻合，证明了电子具有波动性，验证了德布罗意假设，成为第一批证实德布罗意假说的实验，所以这是近代物理学发展史上一个重要实验。
利用电子衍射可以研究测定各种物质的结构类型及基本参数．本实验用电子束照射金属银的薄膜，观察研究发生的电子衍射现象。
一 实验目的1 拍摄电子衍射图样，计算电子波波长。
2 验证德布罗意公式。
二 实验原理电子衍射是以电子束直接打在晶体上面而形成的。
在本仪器中我们在示波器的电子枪和荧光屏之间固定一块直径约为2.5cm 的圆形金属膜靶，电子束聚焦在靶面上，并成为定向电子束流。
电子束由13KV 以下的电压加速，通过偏转板时，被引向靶面上任意部位。
玻壳上有足够大的透明部分，可以观察内部结构，电子束采用静电聚焦及偏转。
若一电子束以速度ν通过极薄的晶体膜，这些电子束的德布罗意波的波长为：p h='λ （1）式中普朗克常数，p 为动量。
设电子初速度为零，在电位差为U 的电场中作加速运动。
在电位差不太大时，即非相对论情况下，电子速度c <<ν（光在真空中的速度），故02201/m c m m ≈-=ν，其中0m 为电子的静止质量。
它所达到的速度ν可由电场力所作的功来决定：m p m eU 22122==ν （2）将式（2）代入（1）中，得：U em h 12='λ （3） 式中e 为电子的电荷，m 为电子质量，h 为普朗克常量，然后将0m 、h 、e 代入（3）得U 225.1='λ （4）其中加速电压U 的单位为V ，λ的单位为1010-米。
近代塞曼效应实验报告
一、实验目的1. 观察并记录塞曼效应现象，理解其产生原理。
2. 学习并掌握利用塞曼效应测量电子荷质比的方法。
3. 理解塞曼效应在原子结构、分子结构等方面的应用。
二、实验原理塞曼效应是指在外加磁场作用下，原子光谱线发生分裂的现象。
根据半经典模型，电子在原子中具有轨道角动量和自旋角动量，两者合成总角动量。
当原子处于外磁场中时，总角动量与磁矩相互作用，导致能级分裂。
根据量子力学理论，电子在原子中具有轨道角动量量子数l、自旋角动量量子数s 和总角动量量子数j。
在外磁场作用下，总角动量与磁矩相互作用，导致能级分裂成(2j+1)个能级。
能级分裂的能量差ΔE与磁感应强度B、玻尔磁子μB和朗德因子g有关，即ΔE = gjμBB。
实验中，通过观察光谱线的分裂情况，可以测量磁感应强度B、电子荷质比等物理量。
三、实验仪器与设备1. 光谱仪：用于观察原子光谱。
2. 磁场发生器：用于产生外磁场。
3. 电源：为磁场发生器提供电源。
4. 计算器：用于计算数据。
四、实验步骤1. 将原子气体充入光谱仪，调整光谱仪使其对准原子气体。
2. 打开磁场发生器，调节磁场强度，观察光谱线的分裂情况。
3. 记录不同磁场强度下的光谱线分裂数据。
4. 根据实验数据，计算磁感应强度B、电子荷质比等物理量。
五、实验结果与分析1. 观察到在外磁场作用下，原子光谱线发生分裂，分裂成若干条偏振谱线。
2. 根据实验数据，计算得到磁感应强度B和电子荷质比。
（此处省略具体计算过程和结果）六、实验结论1. 通过实验验证了塞曼效应现象，理解了其产生原理。
2. 学会了利用塞曼效应测量电子荷质比的方法。
3. 理解了塞曼效应在原子结构、分子结构等方面的应用。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免磁场对人体的危害。
2. 调节磁场强度时，要缓慢进行，避免磁场突变对实验结果的影响。
3. 记录实验数据时，要准确无误。
八、实验总结本实验通过观察塞曼效应现象，掌握了利用塞曼效应测量电子荷质比的方法。
密立根油滴实验电子电荷的测量
密立根油滴实验电子电荷的测量密立根（Robert Andrews Millikan , 1868〜1953，美国物理学家）于1907 年开始，经历7 年时间，用油滴法直接证实了“电”的不连续性，并用实验的方法直接测量了电子的电荷量，这就是著名的密立根油滴实验，它是近代物理学发展史中具有重要意义的实验。
因对基本电荷和光电效应的工作，密立根荣获1932 年度诺贝尔物理学奖。
1 ．通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量，验证电荷的不连续性，并测定电子的电荷e。
2．了解、掌握密立根油滴实验的设计思想、实验方法和实验技巧。
用油滴法测量电子的电荷，需要测量油滴的带电量q,可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法测q，也可以通过改变油滴的带电量，用静态法或动态法测量油滴带电量的改变量。
测量方法分析如下：一．静态（平衡）测量法。
用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极qE板之间。
油在喷射撕裂成油滴时，一般都是带电的。
设油滴Vd的质量为m所带的电荷为q,两块极板间的电压为U,则mg油滴在平行极板间将同时受到重力mg和静电力qE的作用。
图4.8-2如图（4.8-2 ）所示。
如果调节两极板间的电压U,可使这两个力达到平衡，这时UmgqEq,, （4.8-1 ）d从式（4.8-1 ）可见，为了测出油滴所带电量q,除了需测定平衡电压U和极板间距离d外，还需要测量油滴的质量m因为m很小，需要用如下特殊方法测定：平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气粘滞阻力的作用，下降一定距离达到某一速度v后，阻力与重力mg平衡，如图4.8-3所示（空气浮力忽略不计），fgr 油滴将匀速下降。
根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时favmg,,6,, （4.8-2） vgg 式中，a是空气的粘滞系数；是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴,mg总是呈小球状）。
设油的密度为，油滴的质量可以用下式表示，143 （4.8-3） ma 图4.8-3 ,,,3由式（ 4.8-2 ）和式（ 4.8-3 ）得到油滴的半径9,vga, （4.8-4 ）2,g,6对于半径小到m的小球，空气的粘滞系数应作如下修正10,,,,b ，1pa式中，为修正常数，为大气压强，单位用Pa。
晶体管特性曲线测试电路
近代电子学实验之晶体管特性曲线测试电路实验设计项目名称：晶体管特性曲线测试电路实验设计摘要：该电路可以实现NPN型晶体管输出特性曲线（Ic—Vce）的测试。
在晶体管的基极通入恒定的电流，在集电极加载一定的电压，集电极就会产生放大后的电流输出。
此时，便得到了晶体管的一条Ic—Vce曲线，即是晶体管的特性曲线的一条。
若往基极通阶梯波，集电极加载锯齿波，那么输出特性曲线就是一簇曲线。
该曲线可以得到晶体管的工作状态，对于研究晶体管特性静态特性有很大的用处。
搭好电路后，最终的波形将在数字示波器上显示。
实验设计目的：1、应用运算放大器产生一些基本脉冲波：矩形波、锯齿波、阶梯波。
2、熟悉掌握运算放大器运用与设计。
3、应用这些脉冲波形构成简单的晶体三极管特性曲线测试电路。
实验设计内容及要求：1、矩形波：频率为500Hz，幅度-10V—+10V。
2、锯齿波：幅度0—10V连线可调，输出极性可变。
3、阶梯波：3—10阶连线可调。
4、电压—电流变换器：0.001<=I1<=0.2(mA)，输出电流方向可变（每阶0.001<=Ib<=0.02(mA)）。
实验设计的基本原理：三极管特性曲线测量电路的基本原理：晶体三极管为电流控制器件，他们特性曲线的每一根表示当Ib一定时Vc与Ic的关系曲线，一簇表示不同Ib时Vc与Ic的关系曲线的不同关系曲线，就称为单晶体三极管的输出特性曲线，所以在晶体三极管的基级加上阶梯电流源表示不同 Ib。
在每级阶梯内测量集射极电压 Vc和集电极定值负载电阻上的电压 Vr,通过电压变换电路将 Vr换算成集电极电流 Ic, 以 Ic作为纵轴, Vc 为横轴, 在数字示波器上即可显示一条晶体管输出特性曲线。
示波器的地线与测量电路地不可相通。
即测量电路的稳压电源不能接大地。
（因为示波器外壳已接大地）晶体三极管特性曲线测量电路原理框图如下:框图在本测量电路中，两种波形的准确性直接影响到了输出曲线的好坏。
实验二 夫兰克赫兹实验
实验二夫兰克-赫兹实验预备知识今天的物理学的重要特征是描述物理现象的许多量是量子化的，也就是说，这些量不能取任意的连续值，而仅限于一些分立的值。
最普通的例子是电磁辐射的强度、原子系统的能量和电荷。
从下面四个实验中可得出这种量子化的有力证明：1.夫兰克-赫兹实验。
利用加速的电子与原子的非弹性碰撞将原子由低能态激发到高能态，直接证明了原子内部能量的不连续性，证实了原子分立能级的存在，并提供一种测量激发电位的方法。
2.光电效应实验，证实了光量子概念的正确性。
在光电效应中被释放的电子从辐射场吸收能量hυ（ｈ是普朗克常数），它联系着微观世界普遍存在的波粒二象性，揭示能量交换量子化的规律。
3.密立根油滴实验。
通过对微小油滴所带电荷的测量，证实油滴电荷是最小单位电荷(电子电荷)的整数倍，由此直观而准确地测量了电子电荷ｅ。
以上这些实验在物理学史上是很著名的，对近代物理学的发展起过重要作用。
安排这些实验的目的，除加深对原子物理和量子论基本概念的理解外，还为了掌握实验中使用的方法，以及测量微电流的仪器与技术。
4.氢原子光谱。
光谱线系的规律与原子结构有内在的联系。
原子光谱的研究对原子物理和量子力学的发展起过很大作用，特别是氢原子光谱，它是最简单、最典型的一种光谱，研究得最早、最透彻。
对原子光谱的分析有力地证实了原子中分立能级的存在。
给玻尔原子结构的理论有力的支持。
人们正是通过原子在不同能级之间跃迁产生的发射和吸收光谱来研究原子能级结构，进而认识原子内部的各种相互作用和运动。
在夫兰克-赫兹实验和光电效应实验中都涉及到微电流的测量。
我们用微电流测试仪(又称微电流测量放大器)来测量微电流。
微电流测试仪的基本原理如图2.0-1所示。
图中ＨＯＰ为理想运算放大器，Ｒｓ为取样电阻，Ｕ0为输出电压，Ｉi为输入电流(即被测电流)，它与输出电压的关系为Ｕ0＝-ＩiＲs即被测电流Ｉi与输出电压成正比。
根据此式即可通过测Ｕ0而测出电流。
测量不同量级的微电流对于选择运算放大器、取样电阻以及安装技术有不同的要求。
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: 1.7×1011C/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。
近代物理科学发展史
近代物理科学发展史中最重要的实验之一。
1897年汤姆逊（J.J.Thomson）测定电子的荷质比，提出了原子模型，他认为原子中的正电荷分布在整个原子空间，即在一个半径R≈10m区间，电子则嵌在布满正电荷的球内。
电子处在平衡位置上作简谐振动，从而发出特定频率的电磁波。
但很快卢瑟福（E.Rutherford）等人的实验否定这一模型。
1909年卢瑟福和他的助手盖革（H.Geiger）及学生马斯登（E.Marsden）在做α粒子和薄箔散射实验时观察到绝大部分α粒子几乎是直接穿过铂箔，但偶然有大约1/800α粒子发生散射角大于90。
不能用汤姆逊原子模型来解释。
1909年卢瑟福和他的助手盖革（H.Geiger）及学生马斯登（E.Marsden）在做α粒子和薄箔散射实验时观察到绝大部分α粒子几乎是直接穿过铂箔，但偶然有大约1/800α粒子发生散射角大于90。
这一实验结果当时在英国被公认的汤姆逊原子模型根本无法解释。
在汤姆逊模型中正电荷分布于整个原子，根据对库仑力的分析，α粒子离球心越近，所受库仑力越小，而在原子外，原子是中性的，α粒子和原子间几乎没有相互作用力。
在球面上库仑力最大，也不可能发生大角度散射。
卢瑟福等人经过两年的分析，于1911年提出原子的核式模型，原子中的正电荷集中在原子中心很小的区域内，而且原子的全部质量也集中在这个区域内。
原子核的半径近似为10，约为原子半径的千万分之一。
卢瑟福散射实验确立了原子的核式结构，为现代物理的发展奠定了基石。
现从卢瑟福核式模型出发，先求α粒子散射中的偏转角公式，再求α粒子散射公式。
1．α粒子散射理论（1）库仑散射偏转角公式设原子核的质量为M，具有正电荷+Ze，并处于点O，而质量为m，能量为E，电荷为2e的α粒子以速度入射，在原子核的质量比α粒子的质量大得多的情况下，可以认为前者不会被推动，α粒子则受库仑力的作用而改变了运动的方向，偏转角，如图3.3-1所示。
图中是α粒子原来的速度，b是原子核离α粒子原运动径的延长线的垂直距离，即入射粒子与原子核无作用时的最小直线距离，称为瞄准距离。
实验2 电子束的磁偏转与磁聚焦--实验讲义
1大 学 物 理 实 验 报 告姓名： 专业班级：学 号： 指导老师： 组别：实验地点：070403 实验日期： 实验成绩：实验二 电子束的磁偏转与磁聚焦在近代科学技术应用中，带电粒子在电场和磁场中的运动，是许多领域中都经常遇到的一种物理现象。
示波器中用来显示电信号波形的示波管，电视机、摄像机里显示图像的显像管、摄像管都属于电子束线管，虽然它们的型号和结构不完全相同，但都有产生电子束的系统和电子加速系统，为了使电子束在荧光屏上清晰的成像，还要设聚焦、偏转和强度控制系统。
对电子束的聚焦和偏转，可以利用电极形成的静电场实现，也可以用电流形成的恒磁场实现。
前者称为电聚焦和电偏转（上次实验），后者称为磁聚焦和磁偏转（本次实验）。
随着科技的发展，利用静电场或恒磁场使电子束偏转、聚焦的原理和方法还被广泛地用于扫描电子显微镜、回旋加速器、质谱仪等许多仪器设备之中。
【实验目的】1. 学习示波管中电子束的磁偏转及磁聚焦原理，观察电子束在磁场中偏转和聚焦现象，加深对电子束在磁场中运动规律的认识。
2. 测定示波管磁偏转系统的灵敏度。
3. 通过磁聚焦原理测量电子的荷质比。
【实验仪器】DH4521电子束测试仪【实验原理】1. 电子束实验仪的结构原理电子束实验仪的工作原理与示波管相同，它包括抽成真空的玻璃外壳、电子枪、偏转系统与荧光屏四个部分。
（1）电子枪电子枪的详细结构如图1所示。
当加热电流通过灯丝时，阴极K 被加热并发射电子，栅极G 加上相对于阴极为负的电压，调节栅极电压的大小，可以控制阴极发射电子的多少，即控制光点的亮度。
电极G 与2A 联在一起，两者相对于K 有约几百伏到几千伏的正电压。
它产生了一个很强的电场使电子沿电子枪轴线方向加速。
因此电极2A 对K 的电压又称加速电压。
用2U 表示。
而电极1A 对K 的电压1U 则与2U 不同。
由于K 与1A 、1A 与2A 之间电势不相等，因此使电子束在电极筒内的纵向速度和横向速度发生改变，适当地调整1U 和2U 的电压比例，可使电子束聚焦成很细的一束电子流，使打在荧光屏上形成很小的一个光斑。
冉绍尔-汤姆森效应实验
中国石油大学 近代物理 实验报告 成绩：冉绍尔-汤姆森效应实验【实验目的】1、 了解电子碰撞管的设计原则，掌握电子与原子的碰撞规则和测量的原子散射截面的方法。
2、 测量低能电子与气体原子的散射几率Ps 与电子速度的关系。
3、 测量气体原子的有效弹性散射截面Q 与电子速度的关系，测定散射截面最小时的电子能量。
4、 验证冉绍尔-汤森效应，并学习用量子力学理论加以解释。
【实验原理】一、理论原理冉绍尔对各种气体进行了测量，发现无论哪种气体的总有效散射截面都和碰撞电子的速度有关。
它们的总有效散射截面对电子速度的关系曲线V F Q =（V 为加速电压值）具有相同的形状，称为冉绍尔曲线。
要解释冉绍尔效应需要用到粒子的波动性质，即把电子与原子的碰撞看成是入射粒子在原子势场中的散射，其散射程度用总散射截面来表示。
二、测量原理图B8-3 测量气体原子总散射截面的原理图当灯丝加热后，就有电子自阴极逸出，设阴极电流I K ，加速电压的作用下，部分电子在到达栅极之前，被屏极接收，形成电流I S1；部分穿越屏极形成电流I 0，由于屏极与板极P 之间是一个等势空间，所以电子穿越矩形孔后就以恒速运动，受到气体原子散射的电子则到达屏极，形成散射电流I S2；而到达板极P 形成板流I P ,因此有10S K I I I +=；21S S S I I I +=；20S P I I I +=。
电子在等势区内的散射概率为01I I P PS -=。
另外⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=-=f I I I I I f P S PP S PS 111111，1S I I f =。
为了测量几何因子f ，我们把电子碰撞管的管端部分浸入温度为77K 的液氮中，这时，管内掉气体冻结，在这种低温状态下，气体原子的密度很小，对电子的散射可以忽略不计，几何因子f 就等于这时的板流I P *与屏流I S *之比，即**S P I I f =。
所以PS PS P P S I I I I I I P ++-=***1电子总有效散射截面Q 和散射几率有如下的简单关系)ex p(1QL P S --=式中L 为屏极隔离板矩形孔到板极之间的距离。
近代物理创新实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景随着科技的不断发展，物理学领域的研究也在不断深入。
近代物理实验作为物理学研究的重要手段，对于培养科学精神和创新意识具有重要意义。
为了进一步提高实验教学质量，激发学生的学习兴趣，我们设计了一项近代物理创新实验，旨在探究光子与电子的相互作用，为光电子学领域的研究提供新的思路。
二、实验目的1. 了解光子与电子相互作用的原理和实验方法；2. 通过实验验证康普顿效应，探究光子与电子的散射过程；3. 分析实验数据，总结实验规律，为光电子学领域的研究提供参考。
三、实验原理康普顿效应是指当高能光子（如X射线）与物质中的自由电子发生碰撞时，光子会被散射，同时其波长发生变化的现象。
康普顿效应揭示了光子与电子的相互作用规律，为量子力学的发展奠定了基础。
实验原理如下：1. 当入射光子与电子发生碰撞时，光子将部分能量传递给电子，使其获得动能；2. 由于能量守恒和动量守恒，光子波长发生变化，即发生散射；3. 通过测量散射光子的波长，可以验证康普顿效应，并探究光子与电子的相互作用。
四、实验仪器与材料1. 激光器：用于产生高能光子；2. 电子靶：由自由电子组成的靶材料；3. 检测器：用于测量散射光子的波长；4. 光谱仪：用于分析散射光子的波长；5. 计算机软件：用于数据处理和分析。
五、实验步骤1. 将激光器、电子靶和检测器依次连接，搭建实验装置；2. 设置激光器的参数，调整电子靶与检测器之间的距离；3. 启动激光器，使光子与电子靶中的自由电子发生碰撞；4. 检测器接收散射光子，通过光谱仪分析散射光子的波长；5. 记录散射光子的波长数据，并进行数据处理和分析。
六、实验结果与分析1. 实验结果显示，散射光子的波长与入射光子的波长之间存在差异，符合康普顿效应的规律；2. 通过对实验数据进行拟合，可以得到散射光子波长的变化量与入射光子能量的关系；3. 分析实验结果，可以得出以下结论：（1）光子与电子的相互作用符合康普顿效应的规律；（2）散射光子的波长变化量与入射光子能量之间存在线性关系；（3）实验结果与理论预期相符，验证了康普顿效应的正确性。
电子束实验——精选推荐
实验二十二 电子束实验实验内容1.学习使用电子束实验仪。
2.掌握用外加电场和磁场使电子束偏转的方法。
教学要求1.加深理解电子在电场和磁场中的运动规律。
2.掌握作图处理实验数据的方法。
实验器材电子束实验仪，直流稳压电源。
随着近代科学的发展，电子技术的应用已深入到各个领域，相应的物理基础，例如关于带电粒子在电场、磁场中的运动规律等已成为学习和掌握现代科学技术必不可少的基础知识。
电子束实验就是研究电子在电场和磁场中的偏转问题。
实验中我们把电子看作是遵从牛顿运动定律的经典粒子，因为实验过程中电子运动的速度总是远小于光速，所以不必考虑相对论效应，而且电子运动的空间范围远比原子的尺度（10-8m 数量级）要大，也不必考虑量子效应。
实验原理1．电子束在电场中的偏转电子是带负电的粒子，电子在电场中受到库仑力的作用，力的方向和电场方向相反。
如果电场方向和电子运动方向垂直，电子在该电场作用下将要发生偏移。
从实验仪的电子枪发出来的电子束经加速后通过图22-1中所示的偏转板。
为了描述电子的运动，我们选取一直角坐标系，其Z 轴垂直于管轴方向，从荧光屏看X 轴为管轴水平方向，Y 轴为竖直方向。
电子从阴极发射出来，可以认为它的初速度为零，经加速电压V 2的作用，电子的速度从0加速到v x 有：21m e v 2z =eV 2 (22-1) 此后，这个电子通过偏转板之间的空间。
电子在两偏转板之间穿过时，如果两板间电位差为零，电子就会笔直地通过。
若偏转板之间存在电位差，且产生的电场垂直于电子的入射方向，电子束就会发生偏转。
最后打在电子管末端的荧光屏上，显示出一个小光点。
设偏转板长度为l ，两电极板相距为d ，如果在竖直偏转板电极（或水平偏转板电极）图22-1 电子束的电偏转之间加有电位差V y ，使偏转板之间形成一横向电场E y ，那么电子将受到一个竖直方向的作用力F y ，F y =eE y =edV y 。
在该力的作用下，电子得到一横向速度v y ，但却不改变它沿Z轴方向的速度v x 。
电子束实验
电选二 电子束实验随着近代科学的发展，电子技术的应用已深入到各个领域，关于带电粒子在电场、磁场中运动规律已成为掌握现代科学技术必不可少的居处知识。
我们常用示波器中的示波管（又名阴极射线管）来研究带电粒子在电场、磁场中运动的归路。
它的结构原理图如图一所示；它由电子枪、偏转系统及荧光屏组成。
电子枪的作用是发射电子把它加速到一定速度并聚成一细束；偏转系统是由两对平行电板构成，一对上、下放置叫Y 轴转板或垂直偏转板，另一对左、右放置叫X 轴偏转或水平偏转；荧光屏是用以显示电子束打在示波管端面的显示屏。
所有这几部分都密封在一只玻璃外壳中，玻璃壳内抽成高度真空，以避免电子与空气分子发生碰撞引起电子束的散射。
图一电子枪内的阴极K 被灯丝加热后，便在其前端（此处涂有金属氧化物以增加电子发射量）发射出大量电子。
由于控制栅极G 的电位低于阴极K （相对于阴极K 大约5—10V 的负电压），它产生一个电场是要把阴极发射出来的电子推回到阴极去。
改变控制栅极电位可以限制穿过G 上小孔b 出去的电极A 2，两者相对于K 加有同一电压V 2（称之为阳极电压或加速电压），一般约有几百伏的正电压。
它产生一个很强的电场使电子沿电子枪轴线方向加速。
示波管电极A 1为聚集电极，在正常使用情况下它具有电位（相对于阴极）V 1介于K 和A 2的电位之间。
在A 3和A 1之间以及A 1和A 2之间形成的电场且来把电子数据即成一束很细的电子流，聚集程度好坏主要取决于V 1和V 2的大小。
电子束从两对偏转电极穿过。
当电极上加了电压后便产生横向电场使电子束向某一侧偏转。
最后，电子束打在涂有一特殊荧光物质薄层的荧光屏上，在电子的轰击下会发出可见光。
实验室为同学准备了“电子束实验仪”，它可以实验一下主要内容：实验一：研究电场对电子加速。
电子束在横向匀强电场作用下的偏转，电子+横向电场——电偏转。
实验二：纵向不均匀电场对电子束的聚集作用。
电子束强度的控制，电子+纵向电场——电聚集。
密立根油滴实验电子电荷的测量
4.8 密立根油滴实验——电子电荷的测量实验简介密立根 (Robert Andrews Millikan ，1868～1953，美国物理学家) 于1907年开始，经历7年时间，用油滴法直接证实了“电”的不连续性，并用实验的方法直接测量了电子的电荷量，这就是著名的密立根油滴实验，它是近代物理学发展史中具有重要意义的实验。
因对基本电荷和光电效应的工作，密立根荣获1932年度诺贝尔物理学奖。
实验目的1．通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量，验证电荷的不连续性，并测定电子的电荷e 。
2．了解、掌握密立根油滴实验的设计思想、实验方法和实验技巧。
实验原理用油滴法测量电子的电荷，需要测量油滴的带电量q ，可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法测q ，也可以通过改变油滴的带电量，用静态法或动态法测量油滴带电量的改变量。
测量方法分析如下：一．静态（平衡）测量法。
用喷雾器将油喷入两块相距为d 的水平放置的平行极板之间。
油在喷射撕裂成油滴时，一般都是带电的。
设油滴的质量为m ，所带的电荷为q ，两块极板间的电压为U ，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg 和静电力qE 的作用。
如图（4.8-2）所示。
如果调节两极板间的电压U ，可使这两个力达到平衡，这时U mg qE q d== （4.8-1） 从式（4.8-1）可见，为了测出油滴所带电量q ，除了需测定平衡电压U 和极板间距离d 外，还需要测量油滴的质量m 。
因为m 很小，需要用如下特殊方法测定：平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气粘滞阻力的作用，下降一定距离达到某一速度v g 后，阻力与重力mg 平衡，如图4.8-3所示（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下降 。
根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时6g f a v mg πη== (4.8-2)式中，η是空气的粘滞系数；a 是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）。
设油的密度为ρ，油滴的质量可以用下式表示f r mg v g343m a πρ= (4.8-3) 由式（4.8-2）和式（4.8-3）得到油滴的半径a =（4.8-4）对于半径小到610-m 的小球，空气的粘滞系数应作如下修正1b pa ηη'=+式中，b 为修正常数，p 为大气压强，单位用Pa 。
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近代电子学实验3
题目：音乐发生器
专业：电技101
姓名: 陈会
学号： 1007010044
指导教师：李良荣
基于555定时器的音乐发生器
1.1题目的背景
随着微电子技术和计算机技术的不断发展，在涉及通信、国防、航天、工业自动化、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中，音乐发生器的应用越来越广的应用到各个领域。
随着我国的经济发展，人们不在只是追求温饱，而是上升了很大的层次，家长对孩子的教育也是不断的提升，每个家长都希望自己的孩子能全面的发展，于是音乐成为广大家长的首选。
广大父母也在寻求最早、最快、操作极为简单的培养音乐兴趣的工具。
1.2应用及发展趋势
就在此背景下，一个操作简单的，不需要一点音乐基础，操作无危险的音乐工具出现，此音乐发生器走进了父母的眼中，走进了千家万户，成为家长培养孩子音乐感的首选。
这将给父母对孩子的早教提供很大的方便。
第二章总体设计概述
2.1设计思路
不同的音调是不同的频率所影响，所以通过改变响应的频率就可以发出不同的音调，从而实现此播放器的功能。
2.2设计芯片选择
通过对数字电路的学习，了解555定时器能够通过改变不同的电阻值，而改变所发出的频率，从而发出不同的音调。
2.3 设计芯片介绍
NE555介绍
NE555 (Timer IC)大约在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年來CMOS技术版本的Timer IC 如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省
电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。
a. NE555的特点有：
1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范
围极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输
出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
b. NE555引脚位配置说明下：
图1-2 NE555接脚图
Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。
Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。
触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。
Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少
1.7伏的高电位。
周期的结束输出回到O伏左右的低电位。
于高电位时的
最大输出电流大约200 mA 。
Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回
到一个低电位。
它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。
当计时器
经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压
从1/3 VCC 电压以下移至2/3 VCC 以上时启动这个动作。
Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输
出为ON 时为LOW ，对地为低阻抗，当输出为OFF 时为HIGH ，对地为高阻抗。
Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC 的正电源电压端。
供应电压的范围是
+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。
参数功能特性：
•供应电压4.5-18V
•供应电流3-6 mA
•输出电流225mA (max)
•上升/下降时间100 ns
2.4设计过程
2.4.1公式计算
通过555定时器中的公式
C
R R f )21(44.1+= 改变其中R1、R2的组织可以改变频率
2.4.2音调调节
接在555控制端（5脚）的B 组开关J4和J5是用来调音调的，按下AN1时发音音调比基本音符组（A 组）升高音调一致；而按下AN2时，则比AN1的音调又升高一级。
R10R11的电阻值分别在500Ω和1000Ω左右。
2.4.3功率放大
此播放器采用小功率集成放大器OPAM_3T_BASIC、用以双音频信号放大，起其音量可通过RP1来调节。
下图为通过multisim仿真软件制作的电路图
电路设计（部分）实物图：
能够加强此播放器的功能，如播放发光灯，随着音乐按钮的按下，响起音乐
的同时，亮起不同强弱的灯光。
通过改变电压的大小实现。
实验总结：通过本次实验，我对数电的知识有了更加深刻的认识，同时对了NE555芯片业有了一定的了解。
当然在实验仿真和连接实物图中也遇到了不少困难，比如在实验过程中因为疏忽把电路连错等等。
在这次实验中，我知道了做事要一步一步的进行，不能急于求成。