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1、實(shí)驗(yàn)二十五電子荷質(zhì)比的測定電子荷質(zhì)比是指電子的電荷與其質(zhì)量的比值，即,它是描述電子性質(zhì)的重要物理量。歷史上就是通過測量電子的荷質(zhì)比和電子的電荷量，而首次獲得電子的質(zhì)量，并以其證明原子的可分割性。測定電子荷質(zhì)比有多種方法，如磁聚焦法、磁控管法、湯姆遜法等。本實(shí)驗(yàn)介紹一種簡便的測定方法——縱向磁場聚焦法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解電子射線束磁聚焦的基本原理。2．掌握用縱向磁場聚焦法測量電子荷質(zhì)比的方法。3．掌握電子荷質(zhì)比測試儀的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1．儀器用具電子荷質(zhì)比測試儀、直流穩(wěn)壓電源、導(dǎo)線若干。2．儀器描述
2、電子荷質(zhì)比測定的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4-25-1所示。螺線管部分；電源箱；直流穩(wěn)壓電源；圖4-25-1電子荷質(zhì)比測定的實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)板197圖4-25-1電子荷質(zhì)比測定的實(shí)驗(yàn)裝置螺線管部分；電源箱；直流穩(wěn)壓電源；實(shí)驗(yàn)板三、實(shí)驗(yàn)原理電子荷質(zhì)比測定的實(shí)驗(yàn)原理如圖4-25-2所示。示波管置于長直螺線管中，在不加任何偏轉(zhuǎn)電壓的情況下，示波管正常工作，調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕，可在熒光屏上得到一個(gè)小亮點(diǎn)；若第二加速陽極加上電壓，則電子的軸向運(yùn)動速度有(4-25-1)圖4-25-2電子荷質(zhì)比測定的實(shí)驗(yàn)原理圖圖中需改兩處～當(dāng)給其中一對
3、偏轉(zhuǎn)板加上交變電壓時(shí)，電子將獲得垂直于軸向的分速度（用表示），此時(shí)熒光屏上便出現(xiàn)一條直線。此時(shí)，如果給長直螺線管通一直流電流，螺線管內(nèi)產(chǎn)生磁場，其磁場感應(yīng)強(qiáng)度用表示。運(yùn)動電子在該磁場中要受到洛侖茲力197的作用，且，這個(gè)力使電子在垂直于磁場（也垂直于螺線管軸線）的平面內(nèi)作圓周運(yùn)動，設(shè)其圓周運(yùn)動的半徑為，則有即可得(4-25-2)圓周運(yùn)動的周期T為(4-25-3)電子既在軸線方向作直線運(yùn)動，又在垂直于軸線的平面內(nèi)作圓周運(yùn)動；它的運(yùn)動軌跡是一條螺旋線，其螺距用表示，則(4-25-4)有趣的是，我們式從（4-2
4、5-3）和（4-25-4）可以看出，電子運(yùn)動的周期和螺距均與無關(guān)。不難想象，電子在作螺線運(yùn)動時(shí)，它們從同一點(diǎn)出發(fā)，盡管各個(gè)電子的各不相同，但經(jīng)過一個(gè)周期以后，它們又會在距離出發(fā)點(diǎn)相距一個(gè)螺距的地方重新相遇，這就是磁聚焦的基本原理。由式（4-25-4）可得(4-25-5)長直螺線管的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可以由下式計(jì)算。197(4-25-6)將式（4-25-6）代入式（4-25-5），可得電子荷質(zhì)比為(4-25-7)式中，為真空中的磁導(dǎo)率，亨利／米。本儀器的其它參數(shù)如下所示：螺線管內(nèi)的線圈匝數(shù)：=860±2匝；線圈長
5、度：=0.354；線圈直徑：=0.092；螺距：=0.145。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．如圖4-25-3所示，接好線路。按當(dāng)?shù)氐拇艃A角調(diào)好電子荷質(zhì)比測試儀的法蘭盤與水平面的夾角，接通電源，預(yù)熱5-10分鐘。圖4-25-3電子荷質(zhì)比測定的線路連接圖2．調(diào)節(jié)示波管電源的電壓至1000V。1973．將雙刀雙擲開關(guān)拔向接地一端，使偏轉(zhuǎn)板接地，調(diào)節(jié)亮度聚焦，使熒光屏上出現(xiàn)一個(gè)小亮點(diǎn)。注意：聚焦光點(diǎn)應(yīng)盡量細(xì)小，但不要太亮，以免難于判斷聚焦的好壞。4．將雙刀雙擲開關(guān)拔向另一端，使偏轉(zhuǎn)板與測試電源（48伏的交流電壓）相接，此時(shí)屏上
6、出現(xiàn)一條直線。5．將雙刀雙擲開關(guān)拔向上方，使螺線管內(nèi)通以直流電流，從零開始增大電流，使屏上的直線一邊旋轉(zhuǎn)一邊縮短，直到變成一個(gè)小光點(diǎn)。這時(shí)候，讀取電流，然后將直流電源的電流調(diào)到最小。再將拔向下方，重新從零開始增大電流，使屏上的直線反方向旋轉(zhuǎn)并縮短，直到再次得到一個(gè)小光點(diǎn)，讀取電流值。6．改變加速電壓為950V，重復(fù)步驟5；直至加速電壓調(diào)到600V為止，測量出一組、數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)處理1．將測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表4-25-1中。2．求出在各種不同高壓下電子束聚焦時(shí)電流強(qiáng)度的平均值，根據(jù)式（4-25-7）計(jì)算出各
7、個(gè)值，求出它們的平均值及其算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差，并進(jìn)行修正，計(jì)算出的不確定度；測量結(jié)果表示為。表4-25-1電壓()6006507007508008509009501000()197()()（改此與下面的這個(gè)地方）平均值（）六、注意事項(xiàng)1．實(shí)驗(yàn)線路中含有高壓，要小心操作，以防電擊。2．為了減小干擾，其它鐵磁物體須遠(yuǎn)離螺線管。3．螺線管應(yīng)南高北低放置。4．聚焦光點(diǎn)應(yīng)盡量細(xì)小，但不要太亮，以免難于判斷聚焦的好壞。5．在改變電流方向以前，應(yīng)先調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流到零，然后再撥動雙刀雙擲開關(guān)，使電流反向。6．改變加速電壓
8、后，光點(diǎn)亮度會變化，這時(shí)需重新調(diào)節(jié)亮度。若調(diào)節(jié)亮度后加速電壓有變化，再調(diào)節(jié)電壓細(xì)調(diào)到所需的電壓值。197
