4-5电子荷质比的测量

第4章 基础实验 25

实验4.5 电子荷质比的测量

19世纪80年代英国物理学家J.J 汤姆孙（J.J.Thomson ）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）。

【实验预备知识】

1．磁聚焦法

参考本教材的实验3.6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

-=⨯

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大学物理实验

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J.J.汤姆孙（J.J.Thomson，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。实验时在示波管两侧加亥姆霍兹线圈和Y偏转板以获得正交电磁场比较方便。

图4-15 正交电磁场法测量电子荷质比

【实验内容】

1．根据图4-15推导汤姆孙法测定电子荷质比的理论公式。

2．根据实验原理拟定一种方法的实验方案及步骤。

【实验报告要求】

1．阐明本实验的目的和意义。

2．简要介绍本实验涉及的基本原理。

3．详细记录实验过程（至少写出一种方法）。

4．重点写出本实验的设计思路、设计过程和实验结果。

5．记录实验过程中存在的问题及解决的办法。

6．谈谈本实验的收获和体会。

【思考题】

1．测定电子荷质比的方法有哪几种？

2．如何发现和消除地磁场对测定电子荷质比的影响？