荷质比-深圳大学物理试验教学示范中心
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
)
电磁聚焦与电子比荷的测定
图２１—３ ｅ／ｍ实验电源
（１）等电位法。将第一阳极Ａ1、第二阳极Ａ2 及Ｘ、Ｙ偏转板全部和Ｕ2 联接起来，使这一部分空间成为等电位区。这时来自栅极附近第一聚焦点Ｆ1（见 图２２—１７）的电子一进入阳极区就在等位场中作匀速运动。由于电子束未经 电聚焦（见实验２２附录中４）电子束的电聚焦），故在屏上形成一个大的亮斑。 纵向速度ｖz 的确定：ｖz 可由加速电压Ｕ2 确定。由能量关系１／２mv2ｚ＝ｅＵ2， 可得
磁感应强度Ｂ的确定：Ｂ可由螺线管的磁场电流Ｉ计算求得。由于螺线管不 是无限长，中间一段的磁场可由下式求出：
Ｂ＝ｋ·μ0ｎＩ（２１—７）
式中：μ0＝４π×10-7N/A2；ｎ为螺线管单位长度的匝数，单位为 m-1；Ｉ是励磁 电流，单位为Ａ；ｋ为修正系数，可由螺线管的几何构形及线圈的绕制方法求得。 本实验取ｋ＝０.９８。
２）电子比荷的测定方法 由式（２１—３）可导出
（２１－４） 由式（２１—４）可知，要测定ｅ／ｍ，需要确定纵向速度ｖz、螺距ｈ和磁感 应强度Ｂ。 图２１—２是测量线路，图２１—３是测量线路电源的面板图。示波管置于螺线 管中部（图中未画出），并用电缆与电源背面的插座接好。实验时只需用导线插 头把面板所示电极的插孔与相应电压插孔联接起来，即可获得所需要的实验条件。
（５）求出ｅ／ｍ测量值与公认值的相对百分差。公认值ｅ／ｍ＝１.７５ ９×1011Ｃ／ｋｇ。
（６）试导出测量相对不确定度表达式。
【思考题】
（１）在仅对电子束进行电聚焦的情况下，每改变一次电子束的方向后再改 变Ｕ2 的大小，如果屏上光点不发生移动，地磁场就与电子束平行了，为什么？ 此时接通磁场电流，然后再改变其大小，如果屏上亮点不动，则螺线管磁场、地 磁场和电子束３者就平行了。为什么？
电子逸出功与荷质比的测定
100
121
Ua
4
5
6
7
8
9
10
11
表 4 灯丝电流为 0.800A 条件下的实验数据
I
e
368
380
388
397
406
415
422
430
lg
I
e
2.566 2.580 2.589 2.599 2.609 2.618 2.625 2.633
Ua
16
25
36
49
64
81
100
121
Ua
4
5
6
7
8
9
Ua
16
25
36
49
64
81
100
121
Ua
4
5
6
7
8
9
10
11
表 3 灯丝电流为 0.750A 条件下的实验数据
I
e
144
148
151
154
157
160
162
165
lg
I
e
2.158 2.170 2.179 2.188 2.196 2.204 2.210 2.217
Ua
16
25
36
49
64
81
三、 实验原理
基础概念： 热电子发射：在一个真空玻璃管中装上阴极和阳极，阴极由金属丝做成。在阴极上通过 电流使之加热，在阳极上加以高于金属丝的正电位，这样在连接着两个电机的外电路中就有 电流流过。电子可以从加热了的金属丝中逸出，这就叫做热电子现象。 一、电子逸出功的测量 根据量子论，原子内电子的能级是量子化的。在金属内部运动者的自由电子遵循类似的 规律：①金属中自由电子的能量是电子化的；②电子具有全同性，即各电子是不可区分的； ③能级的填充状况太符合泡利不相容原理。由于金属表面存在一个电子-正电荷电偶层，阻 碍电子从金属表面逸出，因此金属表面与外界之间有位能壁垒 W。电子要从金属中逸出， 就必须具有至少大于 W 的动能来客服电偶层的阻力作用，这个功就叫做电子的逸出功。又 因为电能能量分布服从费米-狄拉克分布，因此热电子发射可以用提高阴极温度的办法来改 变电子的能量分布，服从 S.Dushman 公式如下：
电子荷质比实验报告
电子荷质比实验报告篇一：电子荷质比的测量编号学士学位电子荷质比的测量同学姓名：麦麦提江.吾吉麦学号：系部：物理系专业：物理学年级： 07-1班指导老师：依明江完成日期：年月日中文寻电子电量与荷质比的精确测量,由于它们是最重要的基本物理常数之一.物理常数可分为物质常数与基本物理常数两大类,物质常数是与物质性质有关的一类常数,如沸点T、比热C、电阻率?、折射率n等;而基本物理常数则与物质性质无关的、普适的一类常数,如真空中的光速c、基本电荷e、普朗克常数h、精细结构常数a等.基本物理常数在物理学中起着非常重要的作用,其中最具有重要意义和深刻含义的6个常数是万有引力常数G、真空中的光速c、普朗克常数h、电子荷质比e/me、基本电荷e和阿伏加德罗常数N0其中G、h、c是对物理基本理论起着非常重要作用的常数；e/me和e则标志着物质单元的基本特征.电子荷质比测量的主要方法与原理大致为3种,即偏转法、光谱分析法与核磁共振法,测量精度的提高集中反映了当代科学技术水平的进步.物理基本常数的测定在近代物理试验中是重要内容之一,它是培育提高同学综合运用基本物理学问和创新力量非常重要的教学内容.在近代物理试验的教学讨论中,我们本着不追求测量的精度,只注意培育同学综合运用基本物理学问和创新力量的提高。
3 2.电子在磁场中的运动2.1电子在磁场中的运动特点电荷在磁场中运动时受到磁场力的作用即洛仑兹力，其表达式为:?F?qv?B（1）?式中: q为运动电荷的电量; v 为电荷运动的速度; B为电荷所在处的磁感应?强度．F 的大小由f?qvBsin?(?是与之间的夹角) 打算, 方向由v?B 来决定．由于洛仑兹力在电荷运动方向上的重量永久为零, 因此不做功, 不能转变运动电荷速度的大小。
假如运动电荷的速度方向与磁场方向垂直, 则运动电荷在磁场中做匀速圆周运动, 假如运动电荷的速度方向与磁场方向成肯定夹角, 则运动电荷在磁场中将做螺旋运动.2.2. 电子束的磁聚焦原理在示波管外的磁聚焦螺线管线圈上加上电压, 通以励磁电流I, 则在螺线管线圈轴线方向( 图1中的Z轴方向) 产生匀称磁场B, 电子束进入示波管?中第一阳极后, 即在匀称磁场中运动．设电子以速度v与B成角度? 进入匀称?磁场中, 可将速度v 分解为与磁场方向垂直和平行的两部分，垂直重量为v vsin?使电子产生垂直z轴方向的匀速圆周运动；而平行重量为v ?vcos?，使电子产生z轴方向的匀速直线运动两种运动的合成, 使电子产生（图 2）沿Ｚ轴方向的螺旋线运动, 其螺距为:2?R2?mv h?v ?T?v v?eB(2)式中: T为匀速圆周运动的周期, R为匀速圆周运动的半径, e为电子电量, m为电子质量．4篇二：电子荷质比的测定电子荷质比的测定班级：2010级物理学（国家基地）姓名：叶君学号：2010261025 日期：2011-12-21 地点：理科楼四层机房【试验目的】：1. 讨论磁场几乎平行于电子束状况下电子的运动。
塞曼效应测量电子荷质比
毕业设计(论文)题目塞曼效应测量电子荷质比学院名称核科学技术学院指导教师谢安平职称副教授班级核技065 学号 20064530511 学生姓名韩楷2010年5月29日南华大学毕业设计（论文）任务书学院：核科学技术学院题目：塞曼效应测量电子荷质比起止时间： 2009.12至 2010.5学生姓名：韩楷专业班级：核技065指导教师：谢安平教研室主任：院长：肖德涛2009年11月25日设计（论文）内容及要求：内容：1、塞曼效应有关知识；2、国内外塞曼效应实验测量技术应用现状；3、反常塞曼效应分析；4、塞曼效应测量电子荷质比实验。
要求：1、调研并做出设计进度安排，写出开题报告；2、收集查找足够多的资料；3、翻译一篇英文资料；4、完成实验的测量计算，整理和分析实验数据5、按格式、字数等要求撰写论文；6、将答辩论文制作成PPT文件。
主要参考：1、原子及原子核相关书籍、论文；2、塞曼效应实验讲义及相关书籍、论文；3、数据处理的相关书籍、论文。
指导教师：谢安平2009年 11 月 25 日摘要：1896年发现的塞曼效应被誉为是物理学上继X射线之后的一大发现，科学家塞曼也因关于这一现象的研究而荣获1902年度的诺贝尔物理学奖，塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应，我们利用塞曼效应的原理测量电子荷质比，在现实中，塞曼效应主要应用于光谱背景的校正。
本文回顾了塞曼效应的发现背景，介绍了正常塞曼效应和反常塞曼效应的实验现象和理论解释，并对二者进行了深入的比较，调查了塞曼效应在光谱背景校正领域的应用。
最后，本文着重记录了利用塞曼效应测量电子荷质比的实验的全过程关键词：正常塞曼效应反常塞曼效应荷质比光谱校正Summary：the Zeeman effect found in 1896 is known as another big discovery after the discovery of X-ray , scientist Zeeman who researches on this phenomenon won the 1902 Nobel Prize in Physics, Zeeman effect include normal Zeeman effect and the anomalous Zeeman effect, we use the Zeeman effect in the measurement of electronic charge to mass ratio, in reality, the Zeeman effect mainly used in background correction.This paper reviews the discovery background of the Zeeman effect , describes the normal Zeeman effect and the anomalous Zeeman effect of the experimental results and theoretical interpretation, and show the comparison of the two in-depth 。
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。
THANKS FOR WATCHING
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。
电子荷质比测量
电子荷质比测量《大学物理实验II》实验指导实验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、第二阳极A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Kl2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称l为聚焦阳极;第二阳极A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2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。
(2)偏转系统偏转系统由两对互相垂直的偏转板(平板电容器)构成，其中一对是上下放置的Y轴偏转板(或称垂直偏转板)，另一对是左右放置的x轴偏转板(或称水平偏转板)。
若在偏转板的极板间加上电压，则板间电场会使电子束偏转，使相应荧光屏上光点的位置发生偏移，偏移量的大小与所加电压成正比。
大学物理实验教案
实 验 原 理
众所周知当一个电荷以速度υ 垂直进入均匀磁场时，电子要受到洛伦兹力的作用，它的 大小可由公式
v v v f = eυ ×B
(1)
所决定，由于力的方向是垂直于速度的方向，如图26-1所示，则电子的运动的轨迹又是一个 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
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e 125 R 2U R2U 12 = = 2 . 474 × 10 (C / kg ) 2 m 32 N 2 I 2r 2 µ0 N 2 I 2 r 2
（9）
实验内容及提要
1、正确完成仪器的连接。 2、开启电源，使加速电压定于120V，耐心地等待，直到电子枪射出翠绿色的电子束后， 降低加速电压到100 （但是要保证电子枪射出翠绿色的电子束） 。 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，缓缓改变亥姆赫兹线圈中的电流，观察电子束的大小偏转的变化。 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）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 中的象， 采用三点一直线的方法测出电子圆的右端点， 从游标上读出刻度读数 S 0 , 并记录下 S 0 的值； （3）再次移动滑动标尺到电子圆的左端点，采用同样的的方法读出刻度读数 S1 ，并记 录下 S1 的值；同时记录下对应的电流值I(A)。
图2 电子圆 （4）用 r =
1 (S1 − S 0 ) 求出电子圆的半径，如图26-2。 2
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。
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。
测定电子荷质比的几种实验方法
测定电子荷质比的几种实验方法卢睿(北京交大电子学院通信三班10211073)摘要: 介绍了测定电子荷质比的方法，详细讨论了利用磁偏转法测量电子比荷、利用电场偏转法测量电子比荷、利用法拉第筒测定电子比荷的基本原理.更加深入地了解了测量电子荷质比的实验原理.关键词: 电子荷质比测定带电粒子近代物理学微观粒子一、引言电子的发现，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，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，测定荷质比的方法很多，我们分别进行讨论．二、实验方法原理介绍（1）利用磁偏转法测量电子比荷汤姆孙用来测定电子比荷的实验装置如图1所示，真空管内的阴极K发出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A’中心的小孔沿中心轴O’O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P 间的区域．当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点．加上偏转电压U后，亮点偏离到O’点(O’点与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计)．此时，在P和P’间的区域，再加上一个方向垂直与纸面向里的匀强磁场，调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向的长度为L ，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2(如图1所示)．当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心0点，设电子的速度为v,则evB=Ee，得v=E/B，即v=/Bb．当极板间仅有偏转电场时，电子以速度进入后，在竖直方向上做匀加速运动，加速度为a=eU/mb，电子在水平方向做匀速直线运动，在电场内的运动时间t1=L1/v，这样电子在竖直方向上偏转的距离为d=at^2/2=eL^2U/2mv^2b．离开电场时竖直向上的分速度为Vy=at1= eL U/mvb，电子离开电场后做匀速直线运动，经t2到达荧光屏，有t2=L2/v ，t2时间内向上运动的距离为d2=Vyt2=eUL 1L2/m b，这样电子总偏转距离为d=eUL1(L1+2L2)/2mv^2b，可解得e/m 2=2Ud/B^2bL1(L1+2L2)．电子在PP’间做匀速直线运动时有：eE=Bev；E=u/b，当电子在PP 间磁场中偏转时有：Bev=mv^2/r，同时又有：Ll= rsinθ，可得e/m=Usinθ/B^2bL1．(2)利用电场偏转法测量电子比荷如图3所示，真空玻璃管内，阴极K发出的电子经过阳极A与阴极K之间的高压加速后，形成一细束电子流，以平行于平板电容器极板的速度进人两极板C、D间的区域．若两极板C、D间无电压，电子将打在荧光屏上的0点；若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O点．已知极板的长度为l=5.00cm，C、D间的距离d=1.5cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离L=12．50cm，U=200V，B=0.00063T,P点到0点的距离y=3.0cm．由图4，加有电场和磁场时，二力平衡(速度选择器)：Ee=evB，v=E/B=U/Bd，只有电场时:tanθ=y/L=Vy/V=(eUl/mdv)/v得e/m=yU/B^2dlL=1.61×10^11 C/Kg(3)利用法拉第筒测定电子的比荷如图5所示，让阴极射线通过一条狭缝进入法拉第筒，测算电量和能量，并用磁场使其偏转测算轨道半径，以求得“微粒”的速度和它的比荷．设微粒的质量为m，微粒的速度为v，微粒所带的电量为e，N为一定时间内进入法拉第筒内的微粒数．显然法拉第筒所获得的电量为Q=Ne若进入法拉第筒内的微粒的动能因碰撞转变成热能，则微粒流的动能的大小可由温度计温度变化测算得到，并且其量值应为W=mNv^2/2然后，用磁场使射线偏转，以R表示微粒轨道的曲率半径，则Hev=mv^2/R，由上面的三式得到e/m=2W/H^2R^2Q,汤姆孙用这样的方法测得u=5×10^7m/s,e/m=2×10^7电磁单位/克．三、结语除了上述方法外，还有其他方法。
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。
电子荷质比实验
《基础物理》实验报告学院：专业：年月日实验名称电子荷质比姓名年级/班级学号一、实验目的四、实验内容及原始数据二、实验原理五、实验数据处理及结果（数据表格、现象等）三、实验设备及工具六、实验结果分析（实验现象分析、实验中存在问题的讨论）一：实验原理：一·磁聚焦法测定电子荷质比1．带电粒子在均匀磁场中的运动：a．设电子e在均匀磁场中以匀速V运动。
当V⊥B时，则在洛仑兹力f作用下作圆周运动，运动半径为R，由得如果条件不变，电子将周而复始地作圆周运动。
可得出电子在这时的运动周期T：由此可见：T只与磁场B相关而与速度V无关。
这个结论说明：当若干电子在均匀磁场中各以不同速度同时从某处出发时，只要这些速度都是与磁场B垂直，那么在经历了不同圆周运动，会同时在原出发地相聚。
不同的只是圆周的大小不同，速度大的电子运动半径大，速度小的电子运动半径小（图1）。
b．若电子的速度V与磁场B成任一角度θ：我们可以把V分解为平行于磁场B的分量V∥和垂直于B的分量V⊥；这时电子的真实运动是这两种运动的合成：电子以V⊥‘作垂直于磁场B的圆周运动的同时，以V∥作沿磁场方向的匀速直线运动。
从图2可看出这时电子在一条螺旋线上运动。
可以计算这条螺旋线的螺距l:由式3得由此可见，只要电子速度分量V∥大小相等则其运动的螺距l就相同。
这个重要结论说明如果在一个均匀磁场中有一个电子源不断地向外提供电子，那么不论这些电子具有怎样的初始速度方向，他们都沿磁场方向作不同的螺旋线运动，而只要保持它们沿磁场方向的速度分量相等，它们就具有相同的由式4决定的螺距。
这就是说，在沿磁场方向上和电子源相距l处，电子要聚集在一起，这就是电子的旋进磁聚焦现象。
至于V∥B时，则磁场对电子的运动和聚焦均不产生影响。
2．利用示波管测定电子的荷质比把示波管的轴线方向沿均匀磁场B的方向放置，在阴极K和阳极A₁之间加以电压，使阴极发出的电子加速。
设热电子脱离阴极K后沿磁场方向的速度为零。
物理实验教学改革的几点思考
物理实验教学改革的几点思考
叶凡
【期刊名称】《科学中国人》
【年(卷),期】2007(000)006
【摘要】大学的物理实验课教学是培养适应现代化建设人才的重要环节,为了完成这样一个战略任务,需要实验教学工作者更新教育观念,深化实验课程体系和课程内容改革,改进实验课教学方法,加强实验课队伍的建设。
本文围绕这一个战略任务,从实验内容、仪器设备、教学方法入手,提出了物理实验教学改革的几点思考。
【总页数】2页(P100-101)
【作者】叶凡
【作者单位】惠州学院,广东惠州516015
【正文语种】中文
【中图分类】G633.7
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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：
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
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
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。
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 m eB
螺距为： h v
T
加速电压VA2较大，有几千伏，所以 v相对来说很小，
v v
2eVA 2 m
hv T
2eVA 2 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
一 实验目的
利用纵向磁场聚焦法测定电子荷质比ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/m，了解和 掌握利用磁控条件测量电子荷质比的原理及方法。
二 实验原理/2.1电子束在磁场中的偏转
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：
J·J·汤姆逊于1906年获诺贝尔奖。
J· J· 汤姆逊 (Jospeh John Thomson，1856～1940)
J.J. 汤 姆 逊 像
英国物理学家，曾任剑桥 大学卡文迪什实验室主任，培 养的学生有卢瑟福、玻尔、威 尔逊等多人，他们都先后荣获 了诺贝尔奖。 G.P.汤姆逊 （George Paget Thomson ， 1892-1975 ）， J.J. 汤姆孙之子，因通过实验发现 受电子照射的晶体中的干涉现 象，1937年获得物理学奖。
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
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
四、实验调节方法
在实验内容与步骤1-（9）中，记录电子束前三次聚焦时 对应的励磁电流值I1、I2、I3。 （4）改变加速电压VA2，使加速电压VA2为1000V、 1100V、1200V，重复实验内容与步骤（2）、（3）。
五 使用注意事项
1．本实验仪内示波管电源电路存在高压，励磁电路存在直流 大电流，在安装示波管和实验接线时应在关闭实验仪电源情况 下进行。在实验仪通电后，切勿触及示波管座、亥姆霍兹线圈 的金属部分，以免电击危险。
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
e 8 VA （ 2 L D） 2 2 2 2 m 0 h N I
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。