荷质比-深圳大学物理试验教学示范中心共17页
深圳大学物理化学实验报告--实验一 恒温水浴的组装及其性能测试--赖凯涛、张志诚正式版
For the things that have been done in a certain period, the general inspection of the system is also a specific general analysis to find out the shortcomings and deficiencies 深圳大学物理化学实验报告--实验一恒温水浴的组装及其性能测试--赖凯涛、张志诚正式版深圳大学物理化学实验报告--实验一恒温水浴的组装及其性能测试--赖凯涛、张志诚正式版下载提示：此报告资料适用于某一时期已经做过的事情，进行一次全面系统的总检查、总评价，同时也是一次具体的总分析、总研究,找出成绩、缺点和不足，并找出可提升点和教训记录成文，为以后遇到同类事项提供借鉴的经验。
文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。
深圳大学物理化学实验报告实验者: 赖凯涛、张志诚实验时间: 2000/4/3气温: 21.6 ℃ 大气压: 101.2 kpa实验一恒温水浴的组装及其性能测试目的要求了解恒温水浴的构造及其构造原理，学会恒温水浴的装配技术；测绘恒温水浴的灵敏度曲线；掌握贝克曼温度计的调节技术和正确使用方法。
仪器与试剂 5升大烧杯贝克曼温度计精密温度计加热器水银接触温度计继电器搅拌器调压变压器实验步骤 3.1 实验器材，将水银开关、搅拌器等安装固定。
按电路图接线并检查。
3.2 大烧杯中注入蒸馏水。
调节水银开关至30℃左右，随即旋紧锁定螺丝。
调调压变压器至220v，开动搅拌器（中速），接通继电器电源和加热电源，此时继电器白灯亮，说明烧杯中的水温尚未达到预设的30℃。
一段时间后，白灯熄灭，说明水温已达30℃，继电器自动切断了加热电源。
调节贝克曼温度计，使其在30℃水浴中的读数约为2℃。
安装好贝克曼温度计。
关闭搅拌器。
每1分钟记录一次贝克曼温度计的读数，一共记录12个。
深圳大学物理化学实验报告双液系的气液平衡相图赖凯涛张PPT
在实验过程中加强质量控制，确保每个步 骤都符合规范要求，减少误差的传递和累 积。
05 实验结论与总结
实验结论
通过实验测量，我们得出了双液系的气液平衡相图，验证了理论预测的正确性。
我们发现，随着温度的升高，双液系的蒸汽压也相应增加，呈现出明显的正相关关 系。
在实验过程中，我们还观察到了一些有趣的现象，如沸点升高、共沸现象等，这些 现象都与双液系的气液平衡密切相关。
折射率测量
使用阿贝折射仪测量不同 温度下双液系的折射率， 共测量5次。
组分浓度分析
通过滴定法测定双液系中 两组分的浓度，共进行3 次测定。
数据处理与分析方法
温度校正
根据温度计校正公式对实 验过程中的温度数据进行 校正。
折射率与浓度关系
利用折射率与浓度的线性 关系，计算得到不同温度 下双液系的浓度。
气液平衡数据处理
根据气液平衡相图的绘制 方法，将实验数据整理成 释
实验误差分析
与文献值比较
讨论实验过程中可能产生的误差来源 ，如温度测量误差、折射率测量误差 等，并分析其对实验结果的影响。
将实验结果与文献值进行比较，分析 可能存在的差异及原因。
双液系气液平衡相图解释
高。
06 参考文献与致谢
参考文献
1
《物理化学实验教程》，王XX等编，高等教育出 版社，XXXX年。
2
《物理化学》，韩XX等编，高等教育出版社， XXXX年。
3
《双液系气液平衡相图的测定》，李XX等，大学 学报（自然科学版），XXXX年。
致谢
01
感谢深圳大学化学与化工学院提 供的实验设备和场地支持。
实验中的收获与不足
通过本次实验，我们深入了解了双液系 的气液平衡相图及其相关现象，增强了
电子荷质比实验设计与实现
1 . 76*1011 ) / ( 1 . 76*1011 ) *100 ) )
2 实验设计
原电子荷质比实验仪只是一个演示实验袁是由杭州
博源光电公司生产的设备袁如下图 2 所示袁学生只能通
过人眼看标尺刻度值读取汤姆逊管中电子束园直径大
小袁然后根据所加励磁电流尧加速电压计算出电子荷值
图 1 电子在磁场中运动情况图
Science & Technology Vision
科技视界
电子荷质比实验设计与实现
罗志高 渊 广 州 中 山 大 学 公 共 实 验 教 学 中 心 袁 广 东 广 州 510006 冤
揖摘 要铱将演示实验电子荷质比只能手动测量荷值比改造为基础物理实验袁不仅能手动测量电子荷值比尧 还能自动测量电子荷值比尧测量电子束在电场中的偏转尧展示示波器功能等内容袁扩展了实验内容袁增加实验 测量的手段袁改进实验教学方法袁培养学生多种分析问题和处理问题的能力遥
31 . 13
40
20 . 27
60
35 . 62
60
22 . 98
80
38 . 24
80
24 . 52
100
40 . 67
100
26 . 20
120
43 . 95
120
27 . 36
140
49 . 30
140
28 . 65
的 参 数 可 知 R = 158mm 袁 N = 130 匝 袁 因 此 求 e / m 公 式 可
以改写成院
蓸 蔀 e =
m
125 32
伊
2
R 窑u
22
2 ( C / kg )
N 窑I 窑r
2
深圳大学实验报告
深圳大学实验报告课程名称: 土木工程材料实验项目名称: 材料基本物理性质试验学院: 土木工程学院专业:实验时间:提交时间:深圳大学教务处制日期年月日实验室温度湿度一、实验目的二、实验仪器设备三、原始数据记录及处理2、体积密度试验3、表观密度测定3. 试验照片四. 问题讨论：1．计算材料的孔隙率。
2．材料的密度、表观密度和体积密度有何关系。
3．用静水力天平测量材料的表观密度，为何要将材料放入水中浸泡24小时后称重？本实验中，由于时间关系，未进行24小时浸泡，对试验结果有何影响？深圳大学实验报告课程名称: 土木工程材料实验项目名称: 水泥技术性能检验学院: 土木工程学院专业:实验时间:提交时间:深圳大学教务处制日期年月日实验室温度湿度一、实验目的二、实验仪器设备三、原始数据记录及处理1．水泥标准稠度用水量测定2．水泥凝结时间测定3．强度测试1）试件准备2）抗折强度测定3）抗压强度测定4）按照标准，水泥强度检验结果评定为。
6. 试验照片四. 问题讨论：1. 水泥的标准稠度用水量有何意义?为何要测量水泥的标准稠度用水量?2. 硅酸盐水泥中的矿物组成如何影响其物理、力学性能？3. 什么是水泥的安定性，产生安定性不良的原因有哪些？分别如何测试？[批阅意见][成绩评定] .指导教师签字：.年月日深圳大学实验报告课程名称: 土木工程材料实验项目名称: 混凝土用砂、石性能检验学院: 土木工程学院专业:实验时间:提交时间:深圳大学教务处制日期年月日实验室温度湿度一、实验目的二、实验仪器设备三、原始数据记录及处理1、砂的堆积密度测定2、砂的表观密度测定3、筛分析实验4、石子表观密度测定试 验 次 数 1 2 备 注烘干石子试样质量G 0 （g ） 12000G G G G -+=ρ*1000石子、玻璃板、瓶和水的总质量G 1 （g ） 水、玻璃板和瓶的总质量G 2 （g ） 表观密度ρ0 （kg/m 3）表观密度平均值 （kg/m 3）3. 试验照片四. 问题讨论：1．计算砂的空隙率。
深圳大学课程教学大纲-大学物理
深圳大学课程教学大纲课程编号: 2218002课程名称: 大学物理A(1)、（2）开课院系:物理科学学院制订人: 大学物理教学部审核人:批准人：2014年8月 25日修订课程名称: 大学物理A(1)、（2）英文名称: University Physics总学时: 144学时学分: 4学分先修课程: 大学数学教材: 物理学（马文蔚）参考教材: 基础物理学教程（陆果）、大学物理（吴百诗）、大学物理学（赵近芳）授课对象：机械电子、自动化等非物理理、工科专业一年级课程性质:专业必修教学目标:（1）学习大学物理基础知识及其实际应用，了解物理学与其他学科以及物理学与技术进步、社会发展的关系。
（2）通过学习大学物理课程，使学生受到物理思维的熏陶，提高物理素质、学习和掌握科学的思想方法和研究问题的方法。
（3）培养学生创新能力，激发探索和创新精神，强化创新意识，加强创新基础，提高学生自己获取知识的能力。
（4）为各相关专业学生学习后续课做好准备。
课程简介:物理学是关于自然界最基本形态的科学，它研究物质的结构和相互作用以及物质的运动规律。
本课程内容由力学、电磁学、振动与波及波动光学、热学和近代物理几个模块组成，分别讨论：机械运动；电磁场的运动规律和电磁相互作用；宏观领域的波动规律；光的干涉、衍射和偏振；由大量分子组成的热力学系统的宏观表现和统计规律；时空性质、微观粒子的量子运动特征和规律。
本课程分连续两个学期讲授，通常每学期72学时。
教学内容及要求：（一）、力学1. 质点运动学（1）质点运动的描述理解参考系、坐标系、位置矢量、运动方程、位移、速度和加速度。
（2）加速度为恒矢量时的质点运动规律掌握运动学中的两类问题的计算。
（3）圆周运动掌握圆周运动的角量描述、角速度和角加速度、法向和切向加速度、线量和角量间的关系。
（4）相对运动了解时间与空间，理解相对运动。
2. 牛顿定律（1）牛顿定律理解第二定律及其微分形式，了解牛顿定律的适用范围、常见力、物理量的单位和量纲。
荷质比深圳大学物理试验教学示范中心PPT课件
加速电压VA2较大，有几千伏，所以 相对来说很v小 ，
v v 2eVA2
m
hvT
2eVA2 2 m
m eB
所以在B一定的时，各电子的回旋半径不一样，但是它们的螺距和回旋周期也相 等，也就是说经过一个周期后，同时从电子枪发射出来但是运动方向不同的电子， 又交汇在同一点，这就是磁聚焦
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1 2
mv2
eVA2
v
B 0nI
2eVA2 m
s 0nIlL
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
第5页/共17页
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： 回旋周期：
螺距为：
R mv eB
2 m
T eB
hv T
第14页/共17页
五、思考题
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。 2、如何发现和消除地磁场对测量电子荷质比的影响？ 3、用什么方法能使电子束聚焦？电子束聚焦有什么应用？
第15页/共17页
动画、脚本设计：赵改清 课 件 制 作：赵改清
2014.9 深圳大学大学物理教学实验中心
e 8 2VA2
m h2B2
第7页/共17页
e 8 2VA2 其中：
m h2B2
B 0n0I
L L2 D2
N nL
μ0：真空磁导率，n0：励磁线圈匝密度，N：励磁线圈总匝数，I为励磁电流， D为励磁 线圈平均直径，L为励磁线圈长度
e m
8
2VA（2 L2
02h2N 2I
D2）
2
济南大学大学物理实验电子束（荷质比）实验
电子束（荷质比）实验测量物理学方面的一些常数（例如光在真空中的速度c,阿伏加德罗常数N，电子电荷e,电子的静止质量m ）是物理学实验的重要任务之一，而且测量的精确度往往会影响物理学的进一步发展和一些重要的新发现。
本实验将通过较为简单的方法，对电子e/m进行测量。
一、实验目的1、了解示波管的结构；2、了解电子束发生电偏转、电聚焦、磁偏转、磁聚焦的原理；3、掌握一种测量荷质比的方法。
二、原理（一）、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。
图11、电子枪电子枪的详细结构如图1所示。
电子源是阴极，它是一只金属圆柱筒，里面装有一根加热用的钨丝，两者之间用陶瓷套管绝缘。
当灯丝通电（6.3伏交流）被加热到一定温度时，将会在阴极材料表面空间逸出自由电子（热电子）。
与阴极同轴布置有四个圆筒的电极，它们是各自带有小圆孔的隔板。
电极G称为栅极，它的工作电位相对于阴极大约是5-20V的负电位，它产生一个电场是要把从阴极发射出的电子推回到阴极去，只有那些能量足以克服这一阻止电场作用的电子才能穿过控制栅极。
因此，改变这个电位，便可以限制通过G小孔的电子的数量，也就是控制电子束的强度。
电极G′在管内与A2相连，工作电位V2相对于K一般是正几百伏到正几千伏。
这个电位产生的电场是使电子沿电极的轴向加速。
电极A1相对于K 具有电位V1，这个电位介于K和G′的电位之间。
G′与A1之间的电场和A1与A2之间的电场为聚焦电场（静电透镜），可使从G发射出来的不同方向的电子会聚成一细小的平行电子束。
这个电子束的直径主要取决于A1的小孔直径。
适当选取V1和V2，可获得良好的聚焦。
2、偏转系统电偏转系统是由一对竖直偏转板和一对水平偏转板组成，每对偏转板是由两块平行板组成，每对偏转板之间都可以加电势差，使电子束向侧面偏转。
磁偏转系统是由两个螺线管形成的。
3、荧光屏荧光屏是内表面涂有荧光粉的玻璃屏，受到电子束的轰击会发出可见光，显示出一个小光点。
用电子束测荷质比实验(推荐)
用电子束测量荷质比实验实验者：林焕乐指导教师：尹会听（班级学号联系号：C09药学一班091313122，653555）【摘要】阴极射线粒子比原子更小，它是原子的组成部分，为证明这种粒子存在的普遍性，本实验巧妙的测量了光电效应带电粒子的荷质比，以及炽热金属发出的带电粒子的荷质比，所得结果都很相近。
【关键词】荷质比磁聚焦地磁磁场强度引言测量物理学方面的一些常数是物理学实验的重要任务之一，而且测量的精确度往往会影响物理学的进一步发展和一些重要的心发现。
本实验将通过较为简单的方法，对电子e/m进行测量。
电子质量很小，到目前为止还没有直接测量的方法，但已有不少方法可以测的电子的电荷e（如密立根油滴实验，加上它修正后，可以计算出很准确的e值）。
因此，只要能测得电子e/m，既可以利用e值算出质量m来，我们经常用到的电子的静止质量m，就是通过这样的途径计算出来的。
测量电子荷质比的方法很多，如磁聚焦法等，由于试验的设计思想巧妙，使我们利用简单的实验设备，既能观察到电子在磁场中的螺旋运动，又能测出电子的荷质比，附带测量地磁水平分量。
设计原理本实验采用磁聚焦法测量电子荷质比。
在纵向磁场作用下，电子从电子枪中发射出来以后，将作螺旋运动，如图1。
在初始时刻，各电子的运动方向并不一致，也就是说，它们的径向速度是们的初始轴向速度也不一样，但是经过近千伏的加速电压后，初始轴向速度的差别可以忽略不计。
所以可以认为它们的轴向速度V∥是一样的。
在B一定的情况下，各电子的回旋半径是不一样的，但是它们的螺距是相等的。
也就是说经过一个周期后，同时从电子枪发射出来但是运动方向不同的电子，又交汇在同一点，这就是磁聚焦作用。
每经过一个周期有一个焦点。
可以通过调节磁场B的大小来改变螺距d。
图1 电子束磁聚焦的示意图将电子的运动速度分解成两个方向的速度：轴向速度V ∥和径向速度⊥V 。
前者不受洛仑兹力的影响，沿轴向作直线运动。
后者在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动，其方程为eBm vR R m v evB F =⇒==2（1）于是，电子做匀速圆周运动的周期eBmv R T ππ22==（2） 电子螺旋运动的螺距为：d = V ∥²T （3） 设K 、A 之间的加速电压为U ，m 21V ∥2=eU （4） 结合（3）（4）消去V ∥，得e/m=82πU/B 2d 2 （5） 其中螺线管中的磁感应强度B 可以用下式计算：B=K 0μnI ，其中I 是励磁电流。
磁控法测电子荷质比实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除磁控法测电子荷质比实验报告篇一：实验报告--磁聚焦法测定电子荷质比实验报告姓名：张伟楠同组姓名：班级：F0703028实验日期：20XX.04.14学号：5070309108实验成绩：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；2.了解带电粒子在电磁场中的运动规律及磁聚焦原理。
【实验原理】1、示波管本实验所用的8sJ31型示波管由阴极K、栅极g、加速电极、第一阳极A1和第二阳极A2、x向偏转板Dx、Y向偏转板Dy组成。
2、电子射线的磁聚焦原理（偏转电场为零）I．在示波管外套一个通用螺线管，使在电子射线前进的方向产生一个均匀磁场，可以认为电子离开第一聚焦点F1后立即进入电场为零的均匀磁场中运动．II．在均匀磁场b中以速度运动的电子，受到洛仑兹力F的作用（1）当v和b平行时，F等于零，电子的运动不受磁场的影响，仍以原来的速度v作匀速直线运动．当v和b垂直时，力F垂直于速度v和磁感应强度b，电子在垂直于b的平面内作匀速圆周运动．维持电子作圆周运动的力就是洛仑兹力，即（2）电子运动轨道的半径为：（3）电子绕圆一周所需的时间（周期）T为（4）从（3）、（4）两式可见，周期T和电子速度v无关，即在均匀磁场中不同速度的电子绕圆一周所需的时间是相同的．但速度大的电子所绕圆周的半径也大．因此，已经聚焦的电子射线绕一周后又将会聚到一点．III．在一般情况下，电子束呈圆锥形向荧光屏运动，如电子速度v和磁感应强度b之间成一夹角，此时可将v分解为与b平行的轴向速度v//（v//=vcos??）和与b垂直的径向速度v┴(v┴=vsin??)．v//使电子沿轴方向作匀速运动，而v┴在洛仑兹力的作用下使电子绕轴作圆周运动，合成的电子轨迹为一螺旋线，其螺距为（5）对于从第一聚焦点F1出发的不同电子，虽然径向速度v ┴不同，所走的圆半径R也不同，但只要轴向速度v//相等，并选择合适的轴向速度v//和磁感应强度b（改变v的大小，可通过调节加速电压ua；改变b的大小可调节螺线管中的励磁电流I），使电子在经过的路程l中恰好包含有整数个螺距h，这时电子射线又将会聚于一点，这就是电子射线的磁聚焦原理．3、零电场法测定电子荷质比因为??很小，可以近似认为电子在均匀磁场中运动时，具有相同的轴向速度v//=由前述原理，通过改变励磁电流I，可以改变螺距h=2πmeb2euam，2euamb，使电子在磁场作用下旋转2周、3周后聚焦在荧光屏上。
深圳大学物理化学实验报告--实验一 恒温水浴的组装及其性能测试--赖凯涛、张志诚(完整版)
报告编号：YT-FS-3189-63深圳大学物理化学实验报告--实验一恒温水浴的组装及其性能测试--赖凯After Completing The T ask According To The Original Plan, A Report Will Be Formed T o Reflect The Basic Situation Encountered, Reveal The Existing Problems And Put Forward Future Ideas.互惠互利共同繁荣Mutual Benefit And Common Prosperity深圳大学物理化学实验报告--实验一恒温水浴的组装及其性能测试--赖凯涛、张志诚(完整版)备注：该报告书文本主要按照原定计划完成任务后形成报告，并反映遇到的基本情况、实际取得的成功和过程中取得的经验教训、揭露存在的问题以及提出今后设想。
文档可根据实际情况进行修改和使用。
深圳大学物理化学实验报告实验者: 赖凯涛、张志诚实验时间: 2000/4/3气温: 21.6 ℃大气压: 101.2 kpa实验一恒温水浴的组装及其性能测试目的要求了解恒温水浴的构造及其构造原理，学会恒温水浴的装配技术；测绘恒温水浴的灵敏度曲线；掌握贝克曼温度计的调节技术和正确使用方法。
仪器与试剂5升大烧杯贝克曼温度计精密温度计加热器水银接触温度计继电器搅拌器调压变压器实验步骤 3.1 实验器材，将水银开关、搅拌器等安装固定。
按电路图接线并检查。
3.2 大烧杯中注入蒸馏水。
调节水银开关至30℃左右，随即旋紧锁定螺丝。
调调压变压器至220v，开动搅拌器（中速），接通继电器电源和加热电源，此时继电器白灯亮，说明烧杯中的水温尚未达到预设的30℃。
一段时间后，白灯熄灭，说明水温已达30℃，继电器自动切断了加热电源。
调节贝克曼温度计，使其在30℃水浴中的读数约为2℃。
安装好贝克曼温度计。
关闭搅拌器。
大学物理实验PPT-电子荷质比的测量
h
2eVA 2 2 m m
8 VA2 m eB B 2e
h是B和VA2的函数，调节B和VA2，可以使电子束在磁场方向 上的任意位置聚焦。当螺距h刚好等于示波管的第二阳极到荧 光屏之间的距离d时，可以看到电子束在荧光屏上聚成一小亮 点(电子束已聚焦)，当B值增加到2~6倍时，会使h=1/2d、 h=1/3d、h=1/4d、h=1/5d或h=1/6d，相应地可在荧光屏上看到 第二次聚焦、第三次聚焦、第四次聚焦、第五次聚焦、第六次 聚焦。当h不等于这些值时, 只能看到圆圈的光斑，电子束不 会聚焦。可以得出： 2
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：
水平偏转极板：X1和X2为处于示波管中一前一后的两块金属板， 在极板上施加适当电压后构成水平方向的横向电场。 垂直偏转极板：Y1和Y2为处于示波管中一上一下的两块金属板， 在极板上施加适当电压后构成垂直方向的横向电场。 示波管第二阳极（第二阳极圆筒的中点）到荧光屏的距离：典型 值为180mm
四、实验调节方法
e
m
8 VA 2 h B
2 2
L 8 VA 2 其中： B 0 n0 I 2 2 L2 D2 m h B
e
2
N nL
μ0：真空磁导率，n0：励磁线圈匝密度，N：励磁线圈总匝数，I 为励磁电流， D为励磁线圈平均直径，L为励磁线圈长度
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。
磁控法测量电子荷质比的临界磁化电流选取方式研究
第３３卷第１期大学物理实验Ｖｏｌ.３３Ｎｏ.１２０２０年２月ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥＦｅｂ.２０２０收稿日期:２０１９￣０９￣１２文章编号:１００７￣２９３４(２０２０)０１￣０００７￣０３磁控法测量电子荷质比的临界磁化电流选取方式研究刘卫卫ꎬ孙㊀青ꎬ刘成林(盐城师范学院物理与电子工程学院ꎬ江苏盐城㊀２２４００２)摘要:利用磁控管法测量电子荷质比ꎬ重点对实验数据处理方法进行了研究ꎬ并利用半饱和电流法和交点法相结合的方法 中点法 对实验数据进行了系统的分析ꎮ利用半饱和电流法和交点法得到的电子荷质比分别为１.６５ˑ１０１１Ｃ/ｋｇ和１.８１ˑ１０１１Ｃ/ｋｇꎬ相对误差分别为６.２５％和２.８４％ꎬ而利用 中点法 得到的电子荷质比为１.７４ˑ１０１１Ｃ/ｋｇꎬ相对误差为１.１４％ꎬ说明利用 中点法 对数据进行分析处理可以大大提高实验的精度ꎮ关键词:磁控法ꎻ电子荷质比ꎻ数据处理方法中图分类号:Ｏ４￣３３文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１４１３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２￣１２２８.２０２０.０１.００２㊀㊀电子的电荷量与质量的比ｅ/ｍ称为电子的荷质比ꎬ它是表述电子性质的物理量ꎬ是带电微观粒子的基本参数之一ꎬ它证明了原子是可以分割的ꎬ测量电子荷质比具有深远的意义[１]ꎮ本文主要通过计算机数据采样和ＷＦ￣４型金属电子逸出功测定仪测量ꎬ测得不同阳极电压Ｕａ下的阴暗极电流Ｉｓꎬ讨论临界电流Ｉｃ的不同选取方法对实验结果的影响ꎮ重点分析不同方法选取临界电流时的实验误差ꎬ并在已有的实验基础上探究新的取点方法ꎬ使误差进一步减小ꎬ从而测量出较为精准的电子荷质比ꎮ用磁控法测量电子荷质比时ꎬ阴极和阳极为一同轴圆柱系统ꎬ当阳极加上正电压时ꎬ从阴极发射出的电子流在电场作用下沿径向运动ꎮ同时由于外加一个励磁线圈产生磁场ꎬ电子运动轨迹将发生弯曲ꎮ若进一步加强磁场ꎬ这时电子运动到阳极附近ꎬ电子在所受到的洛仑兹力和电场力共同作用下沿阳极内壁做圆周运动ꎬ此时电子流运动的轨迹也将沿着内壁作圆周运动ꎬ此时为临界状态ꎮ若阳极内半径为Ｒꎬ可以测得不同阳极电流在不同阳极电压Ｕａ下随励磁电流变化的曲线ꎬ找到临界电流Ｉｃ后ꎬ就可以用下式计算电子的荷质比[２]:Ｕａ＋Ｗ/ｅＩ２ｃ＝ｅｍ Ｒ２８ Ｋᶄ２＝Ｋ(１)即Ｕａ＋Ｗ/ｅ＝ＫＩ２ｃ￣Ｗ/ｅ(２)其中ꎬＫᶄ由螺线管的结构以及几何参数决定ꎬ因此只需计算Ｕａ－Ｉｃ２的斜率即可进一步得到电子的荷质比ꎮ１㊀测试装置ＷＦ￣４型金属电子逸出功测定仪的控制面板如图１所示ꎮ图１ 测定仪器的前面板前面的四只电表依次代表:励磁电流表(Ａ)㊁灯丝电流表(Ａ)㊁阳极电流表(μＡ)㊁阳极电压表(Ｖ)ꎻ除此之外ꎬ前面板上还有四只旋钮:励磁电流旋钮㊁灯丝电流旋钮㊁阳极电压粗调旋钮㊁阳极电压细调旋钮ꎮ不同的旋钮分别调节相应的电流或者电压ꎬ其中ꎬ阳极电流是由励磁电流和灯丝电流决定的ꎮ仪器内设有经过Ａ/Ｄ转换的计算机接口ꎬ通过计算机接口处理ꎬ进行 逸出功 和 荷质比 两套实验软件的运行ꎮ根据实验要求ꎬ按下面板上的 功能转换 键钮ꎬ选择 逸出功 或者 荷质比 ꎬ打开计算机上相应的界面ꎬ计算机将对所测得的电压㊁电流等变化曲线进行实时显示ꎬ并且对实验数据进行拟合处理以及结果分析ꎬ同时可以对采取的数据进行图形保存和实验结果打印等ꎮＷＦ￣４型金属电子逸出功测定仪的相关参数为螺线管线圈的内半径ｒ１为０.０２１ｍꎬ螺线管线圈的外半径ｒ２为０.０２８ｍꎬ螺线管线圈的半长度Ｌ为０.０２０ｍꎬ螺线管线圈的总匝数Ｎ为９７８ꎬ二极管的内半径Ｒ为０.００４６ｍꎮ２㊀数据采集与处理２.１㊀数据采集方法目前选取临界电流的方法通常包括交点法和半饱和电流法ꎮ交点法即为取两条切线的交点作为临界点ꎬ第一条切线为最大阳极电流的切线ꎬ第二条切线为阳极电流突然降低时斜线的切线ꎬ二者的交点即为临界点ꎬ临界点对应的励磁电流就是临界电流ꎬ如图２中的Ｉｃ１点ꎮ根据实验测量得到的Ｉｓ￣Ｉａ曲线找出最大阳极电流Ｉａ０的切线与阳极电流Ｉａ突然降低时曲线的切线相交的交点ꎬ读出所对应的临界电流Ｉｃ值ꎮ图２㊀交叉点法和半饱㊁电流法和 中点法选取临界电流方法示意图半饱和电流法又称为折中法ꎬ即在曲线上取饱和阳极电流的一半位置处所对应的磁化电流作为临界磁化电流ꎬ如图２中的Ｉｃ２点ꎮ根据实验测得的６条Ｉｓ￣Ｉａ曲线找出饱和阳极电流Ｉａ０的一半位置ꎬ读出所对应的临界磁化电流Ｉｃ值ꎮ２.２㊀数据处理上述两种方法获得的数据如表１所示ꎮ在软件系统中读取每个临界电流值Ｉｃ后ꎬ点击 数据处理 按键ꎬ接着ꎬ点击 计算斜率Ｋ 选项ꎬ计算出Ｉ２ｃ值和Ｕａ￣Ｉ２ｃ数据组的斜率Ｋꎬ点击 计算荷质比 选项ꎬ即可得到电子荷质比ꎬ计算界面如图３和４所示ꎮ表１㊀半饱和电流法和交点法阳极电压与临界电流测试数据半饱和阳极电压Ｕａ(Ｖ)１.００２.００３.００４.００５.００６.００电流法临界电流Ｉｃ(Ａ)０.１０００.１２５０.１４５０.１６５０.１８３０.２００交点法阳极电压Ｕａ(Ｖ)１.００２.００３.００４.００５.００６.００临界电流Ｉｃ(Ａ)０.０７７０.０９７０.１２００.１４２０.１６２０.１８１图３㊀半饱和电流法数据处理计算机界面图４㊀交点法数据处理计算机界面通过计算得到半饱和电流法和交点法得到的电子荷质比分别为１.６５ˑ１０１１Ｃ/Ｋｇ和１.８１ˑ１０１１Ｃ/Ｋｇꎬ其相对误差分别为６.２５％和２.８４％ꎬ电子荷质公认值为１.７６ˑ１０１１Ｃ/Ｋｇ[３]ꎮ上述结果误差较大ꎬ主要是测试曲线比理想曲线要平缓ꎬ导致上述两种选取临界磁化电流相差较大ꎬ只有当曲线下降部分非常陡ꎬ接近与理想情况下才能得到精确的结果ꎮ所有ꎬ半饱和电流法和交点法得到的电子荷质比分别小于和大于理论值ꎮ２.３㊀实验数据处理方法探究从前面的实验数据处理可以发现ꎬ阳极电流会下降得过于缓慢ꎬ这可能是受到实验中电子初速度差异以及设备老化等因素的影响ꎬ无论采用 半饱８磁控法测量电子荷质比的临界磁化电流选取方式研究和电流法 还是采用 交点法 都无法避免阳极电流下降趋向平坦带来的误差[４￣６]ꎮ但是ꎬ容易发现ꎬ采用半饱和电流法处理实验数据时临界点偏向理想临界点的右边ꎬ使用交点法处理实验数据时临界点偏在理想临界点的左边ꎮ只要曲线偏离理想情况ꎬ则两者误差就存在ꎬ并且一个偏大ꎬ一个偏小ꎮ所以ꎬ综合二者ꎬ取这两种方法临界点的中点作为新的临界点Ｉｃꎬ这种取法我们暂且称为 中点法 ꎬ新的临界点将会更加靠近理想临界点ꎬ进而减小因为阳极电流下降缓慢带来的误差ꎬ如图２所示ꎮ对实验测得的曲线进行处理ꎬ找出两个临界点的中点ꎬ读出对应的临界电流数值ꎬ如表３所示ꎮ计算结果界面如图５所示ꎮ表３㊀中点法实验数据阳极电压Ｕａ(Ｖ)１.００２.００３.００４.００５.００６.００临界电流Ｉｃ(Ａ)０.０８８０.１１１０.１３３０.１５３０.１７２０.１９０图５㊀中点法数据处理计算机界面利用逐差法得到Ｕａ￣Ｉ２ｃ曲线的斜率Ｋ为１７５Ｖ/Ａ２ꎬ电子荷质比ｅ/ｍ＝１.７４ˑ１０１１Ｃ/ｋｇꎮ㊀㊀电子荷质比的相对误差为:η＝｜１.７４ˑ１０１１￣１.７６ˑ１０１１｜１.７６ˑ１０１１ˑ１００％＝１.１４％通过中点法ꎬ相较于 半饱和电流法 的６.２５％和 交点法 的２.８４％相对误差ꎬ可以发现新的临界点选取方式明显减小了实验相对误差ꎬ很大程度上克服了阳极电流下降过于平缓带来的问题ꎬ使实验值更接近公认值ꎮ３㊀小㊀结文章主要介绍了运用磁控法测量电子荷质比实验ꎬ重点研究了实验数据的处理方法ꎬ分析了半饱和电流法和交点法处理实验数据产生的误差ꎬ探究了新的实验数据处理方法￣中点法ꎬ该方法使相对误差明显减小ꎬ得到了较为精确的电子荷质比ｅ/ｍ＝１.７４ˑ１０１１Ｃ/ｋｇꎬ误差仅为１.１４％ꎬ更接近公认值ꎮ参考文献:[１]㊀沈元华ꎬ陆申龙.基础物理实验[Ｍ].北京:高等教育出版社ꎬ２００４.１０￣１５.[２]㊀牛海波ꎬ鲁从勖.用理想二极管测定电子荷质比中的临界磁化电流[Ｊ].重庆科技学院学报(自然科学版)ꎬ２００９ꎬ１１(３):１５９￣１６２.[３]㊀李金波ꎬ高海林.磁聚焦法测定电子荷质比实验电子束螺旋线起点的确定[Ｊ].南阳师范学院学报ꎬ２００９ꎬ８(９):３７￣３９.[４]㊀王琪ꎬ卢佃清ꎬ李新华.电子束实验仪测荷质比及其测量结果的不确定度评定[Ｊ].实验技术与管理ꎬ２００６ꎬ２３(２):２６￣２８.[５]㊀罗志高.电子荷质比实验设计与实现[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１９ꎬ３２(５):９￣１２.[６]㊀张奕雄.法拉弟磁光效应实验中介质色散特性测量方法的改进[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１６ꎬ２９(２):２６￣２９.ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆＣｒｉｔｉｃａｌＭａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎＣｕｒｒｅｎｔｆｏｒＭｅａｓｕｒｉｎｇＣｈａｒｇｅ￣ＭａｓｓＲａｔｉｏｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｂｙＭａｇｎｅｔｒｏｎＣｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇＬＩＵＷｅｉｗｅｉꎬＳＵＮＱｉｎｇꎬＬＩＵＣｈｅｎｇｌｉｎ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＹａｎｃｈｅｎｇＴｅａｃｈｅｒｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＹａｎｃｈｅｎｇ２２４００２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｃｈａｒｇｅ￣ｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍａｇｎｅｔｒｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ.Ｉｔｗａｓｆｏｃｕｓｏｎａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｗａｙｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ.Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎꎬｉｔｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅ Ｍｉｄｐｏｉｎｔ ｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙꎬｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｗａｙｏｆｔｈｅ ＨａｌｆＳａｔｕｒａｔｉｏｎＣｕｒｒｅｎｔ ａｎｄｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ .Ｔｈｅｃｈａｒｇｅ￣ｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｗａｓａｂｏｕｔ１.６５ˑ１０１１Ｃ/ｋｇａｎｄ１.８１ˑ１０１１Ｃ/ｋｇｗｉｔｈｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｓｏｆ６.２５％ａｎｄ２.８４％ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｈａｌｆｓａｔｕｒａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｈｏｗｅｖｅｒꎬｔｈｅｃｈａｒｇｅ￣ｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｗａｓａｂｏｕｔ１.７４ˑ１０１１Ｃ/ｋｇｗｉｔｈｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｓｏｆ１.１４％ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆ ｍｉｄｐｏｉｎｔ .Ｉｔｃａｎｂｅｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆ ｍｉｄｐｏｉｎｔ ｃａｎｏｂｔａｉｎｃｈａｒｇｅ￣ｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆ ＨａｌｆＳａｔｕｒａｔｉｏｎＣｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ .Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍａｇｎｅｔｒｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇꎻｃｈａｒｇｅ￣ｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎꎻｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ９磁控法测量电子荷质比的临界磁化电流选取方式研究。
电子束聚焦与电子荷质比的测量实验报告
选做实验2 电子束聚焦与电子荷质比的测量电子电量e 和电子静质量m 的比值e ／m 称为电子的荷质比，又称电子比荷。
1897年J.J.汤姆孙利用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，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。
For personal use only in study and research; not for commercial use【实验目的】一、加深电子在电场和磁场中运动规律的理解； 二、了解电子束磁聚焦的基本原理；For personal use only in study and research; not for commercial use三、学习用磁聚焦法测定电子荷质比e ／m 的值。
【实验原理】 一、示波管示波管是电子束试验仪和示波器的主要部分，其结构见图1，它由三部分组成：（1）电子枪：它发射电子，把电子加速到一定速度，并聚焦成电子束。
（2）由两对金属板组成的电子束偏转系统。
（3）在电子管末端的荧光屏，用来显示电子的轰击点。
所有这些部件都封在一个抽成真空的玻璃圆管内。
一般管内的真空度为10-4Pa ，这样可以使电子通过管子的过程中几乎不与气体分子碰撞。
阴极K 是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，是电子源，经灯丝加热后温度上升，一部分电子作逸出功后脱离金属表面成为自由电子。
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，套在阴极之外，其电位比阴极低（-5V 至-20V ），使阴极发射出来具有一定初速的电子，通过栅极和阴极间的电场时减速。
测量电子电量及荷质比的实验方法
测量电子电量及荷质比的实验方法尹绍全【期刊名称】《内江科技》【年(卷),期】2014(035)012【总页数】2页(P50-51)【作者】尹绍全【作者单位】乐山师范学院教务处【正文语种】中文电子电量及电子的荷质比是带电微观粒子的基本参量之一，它们的测定在近代物理学的发展中具有重大的意义，本文介绍了测定电子电量及电子荷质比的典型实验方法，详细介绍了电子束磁聚焦实验测量电子荷质比和密立根油滴实验测量电子电量的实验原理及方法和注意问题。
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，电子电量及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，测定电子电量及荷质比的方法很多，这里我们重点介绍测定电子电量及电子荷质比的典型方法即测量电子电量的密立根油滴实验和测量电子荷质比的电子束磁聚焦实验。
（1）磁聚焦原理。
本实验使用SJ—SS—2型电子束实验仪。
将示波管的第一阳极A1，第二阳极A2水平，垂直偏转板全连在一起，相对于阴极板加一电压VA，这样电子一进入A1后，就在零电场中作匀速运动，这时来自交叉点的发散的电子束将不再会聚，而在荧光屏上形成一个面积很大的光斑。
下面介绍用磁聚焦的方法使电子束聚焦的原理。
在示波管外套一载流长螺线管，在Z轴方向即产生一均匀磁场B，电子离开电子束交叉点进入第一阳极A1后，即在一均匀磁场B（电场为零）中运动，如图1所示。
v可分解为平行B的分量v∥和垂直于B的分量v⊥，磁场对v∥分量没有作用力，v∥分量使电子沿B方向作匀速直线运动；V⊥分量受洛仑兹力的作用，使电子绕B 轴作匀速圆周运动。