1、1、理解電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、理解電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、掌握用電子比荷儀測電子比荷的原理及方法、掌握用電子比荷儀測電子比荷的原理及方法難點(diǎn)：難點(diǎn)：電子圓運(yùn)動(dòng)軌道半徑的測量電子圓運(yùn)動(dòng)軌道半徑的測量 重點(diǎn)：重點(diǎn)：電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 19世紀(jì)世紀(jì)80年代英國物理學(xué)家年代英國物理學(xué)家J.J湯姆孫湯姆孫做了一個(gè)做了一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)：著名的實(shí)驗(yàn)： 將陰極射線受強(qiáng)磁場的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果發(fā)將陰極射線受強(qiáng)磁場的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)了“電子電子”，并解出它的電荷量與質(zhì)量之比，并解出它的電荷量與質(zhì)量之比e/m。 電子比荷電子比荷e/m是一個(gè)重要的物理常數(shù)，其測定有是一個(gè)重要的物

2、理常數(shù)，其測定有物理學(xué)發(fā)展史上占有很重要的地位。物理學(xué)發(fā)展史上占有很重要的地位。 電子比荷的測量方法有很多，如磁聚焦法、濾速電子比荷的測量方法有很多，如磁聚焦法、濾速器法、磁控管法、湯姆遜法等。本實(shí)驗(yàn)儀以當(dāng)年英國器法、磁控管法、湯姆遜法等。本實(shí)驗(yàn)儀以當(dāng)年英國物理學(xué)家湯姆孫思路，利用電子束在磁場中運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)物理學(xué)家湯姆孫思路，利用電子束在磁場中運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)的方法來測量。的方法來測量。 當(dāng)一個(gè)電子以速度當(dāng)一個(gè)電子以速度垂直進(jìn)入到均勻磁場中垂直進(jìn)入到均勻磁場中B B時(shí)，電時(shí)，電子要受到洛倫茲力子要受到洛倫茲力f f的作用：的作用： 如右圖所示，電子在磁場中如右圖所示，電子在磁場中作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，向心力作圓周

3、運(yùn)動(dòng)時(shí)，向心力由由洛倫茲洛倫茲力力提供提供，則有，則有:式中，式中， r 是電子運(yùn)動(dòng)圓周的半徑。是電子運(yùn)動(dòng)圓周的半徑。Bvef （1）rmvf2 （2）rmvevB2 Bvef （1）rmvf2 （2）實(shí)驗(yàn)中，電子槍在加速電壓實(shí)驗(yàn)中，電子槍在加速電壓u u的作用下，射出電子流，的作用下，射出電子流，因此，因此，加速電場所作功加速電場所作功eueu全全部轉(zhuǎn)變成電子的輸出動(dòng)能部轉(zhuǎn)變成電子的輸出動(dòng)能，rBvme （3）221mveu （4）由由（3 3）和（）和（4 4）得：）得：2)(2Brume （5）FB710型型 電子荷質(zhì)比測試儀電子荷質(zhì)比測試儀 電子荷質(zhì)比測試儀的電子荷質(zhì)比測試儀的 中心器

4、件是三維立體的威中心器件是三維立體的威 爾尼氏管，通過它可以生爾尼氏管，通過它可以生 動(dòng)形象地顯示出電子束的動(dòng)形象地顯示出電子束的 運(yùn)行軌跡，當(dāng)將威氏管放于由亥姆茲線圈產(chǎn)生的運(yùn)行軌跡，當(dāng)將威氏管放于由亥姆茲線圈產(chǎn)生的磁場中時(shí)，用電壓激發(fā)它的電子槍發(fā)射出電子束，磁場中時(shí)，用電壓激發(fā)它的電子槍發(fā)射出電子束，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察和測量。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察和測量。 1 1、威爾尼氏管、威爾尼氏管主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù) 氣氣 壓壓 1010-1-1PaPa 燈絲電壓燈絲電壓 6.3V6.3V 調(diào)制電壓調(diào)制電壓 0 018V18V 加速電壓加速電壓 max 250Vmax 250V 其中其中0 0 =4=41010-

5、7-7N NA A-2-2R=158mmR=158mm亥姆茲線圈的平均半徑，亥姆茲線圈的平均半徑，N=130N=130匝匝單個(gè)線圈的匝數(shù)單個(gè)線圈的匝數(shù)。（廠家提供的（廠家提供的儀器儀器參數(shù)參數(shù)已定）已定）RNk 230)54( B=KI磁場磁場B的大小為：的大小為：2 2、亥姆茲線圈、亥姆茲線圈作用：產(chǎn)生磁場作用：產(chǎn)生磁場 內(nèi) 徑 300mm 外 徑 332mm R R有效半徑 158mm N N單線匝圈 130匝 I I最大通電電流 3 A kgCrINuRrINuRme/10474. 232125222212222202 主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)加速電壓：加速電壓： 0-200V調(diào)制電壓：

6、調(diào)制電壓：0 -20v 低壓照明電壓：低壓照明電壓： 1.5V主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù) 3 3、工作電源、工作電源 反射鏡反射鏡 ： 用與電子束光圈半截測量的輔助工具用與電子束光圈半截測量的輔助工具。 4、測量標(biāo)尺及反射鏡1、按圖正確連接儀器 當(dāng)電子槍在加速電壓的激發(fā)下，射出電子束，當(dāng)電子槍在加速電壓的激發(fā)下，射出電子束，進(jìn)入進(jìn)入威爾尼氏管威爾尼氏管：2 2、觀察電子的運(yùn)動(dòng)情況、觀察電子的運(yùn)動(dòng)情況(1)、無磁場時(shí)，電子束將成直線軌跡射出、無磁場時(shí)，電子束將成直線軌跡射出。(2)(2)、電子束與磁場完全垂直時(shí)，電子束形成圓形軌跡。、電子束與磁場完全垂直時(shí)，電子束形成圓形軌跡。 (3)(3)、當(dāng)電

7、子束與磁場不完全垂直時(shí)，電子束將當(dāng)電子束與磁場不完全垂直時(shí)，電子束將 作螺旋線狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。作螺旋線狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。 （本實(shí)驗(yàn)的過程是采用固定加速電壓，改本實(shí)驗(yàn)的過程是采用固定加速電壓，改變磁場偏轉(zhuǎn)電流，測量偏轉(zhuǎn)電子束的圓周變磁場偏轉(zhuǎn)電流，測量偏轉(zhuǎn)電子束的圓周半徑來進(jìn)行。）半徑來進(jìn)行。）如果加速電壓太高或偏轉(zhuǎn)電流太大，如果加速電壓太高或偏轉(zhuǎn)電流太大，都容易引起電子束散焦。都容易引起電子束散焦。2)(2Brume rBI應(yīng)仔細(xì)地調(diào)整管子的電子槍，使電子流與磁場應(yīng)仔細(xì)地調(diào)整管子的電子槍，使電子流與磁場嚴(yán)格保持垂直，產(chǎn)生完全封閉的圓形電子軌跡。嚴(yán)格保持垂直，產(chǎn)生完全封閉的圓形電子軌跡。（1 1）調(diào)節(jié)儀器后線圈

8、上反射鏡的位置，以方便觀察。調(diào)節(jié)儀器后線圈上反射鏡的位置，以方便觀察。（2 2）移動(dòng)測量機(jī)構(gòu)上的滑動(dòng)標(biāo)尺，用黑白分界的中心）移動(dòng)測量機(jī)構(gòu)上的滑動(dòng)標(biāo)尺，用黑白分界的中心刻度線，對準(zhǔn)電子槍口與反射鏡中的象的分界線，采用刻度線，對準(zhǔn)電子槍口與反射鏡中的象的分界線，采用“三線三線合一合一”的方法測出電子圓的右端點(diǎn)，從游標(biāo)上讀的方法測出電子圓的右端點(diǎn)，從游標(biāo)上讀出刻度讀數(shù)出刻度讀數(shù)S S0 0（一般此時(shí)按清零，作（一般此時(shí)按清零，作S S0 0 =00.00mm=00.00mm） 。 （3 3）再次移動(dòng)滑動(dòng)標(biāo)尺到電子圓的左端點(diǎn)，再次移動(dòng)滑動(dòng)標(biāo)尺到電子圓的左端點(diǎn)， 采用同樣的的方法讀出刻度讀數(shù)采用同樣的的

9、方法讀出刻度讀數(shù)S Sn n 。 021SSrn 用用 求出電子圓的半徑。求出電子圓的半徑。 （4 4）依次增加偏轉(zhuǎn)電流）依次增加偏轉(zhuǎn)電流約約I=0.05AI=0.05A，用前面（，用前面（1 1）、）、 （2 2）同樣的方法測出不同電流激發(fā)的磁場中電子運(yùn)動(dòng)圓）同樣的方法測出不同電流激發(fā)的磁場中電子運(yùn)動(dòng)圓軌道的兩端點(diǎn)軌道的兩端點(diǎn)S S0 0、 SnSn 。共測。共測1010次，并將測量結(jié)果次，并將測量結(jié)果記入數(shù)記入數(shù)據(jù)據(jù)表格中。并由下面的公式計(jì)算出荷質(zhì)比。表格中。并由下面的公式計(jì)算出荷質(zhì)比。本本實(shí)驗(yàn)采取固定加速電壓實(shí)驗(yàn)采取固定加速電壓u u，通過改變不同，通過改變不同的偏轉(zhuǎn)電流，產(chǎn)生出不同的磁

10、場，進(jìn)而測量出電子的偏轉(zhuǎn)電流，產(chǎn)生出不同的磁場，進(jìn)而測量出電子束的圓軌跡半徑束的圓軌跡半徑r, ,就能采用下述公式測量就能采用下述公式測量。 kgCrINuRrINuRme/10474. 232125222212222202 數(shù)據(jù)記錄表格數(shù)據(jù)記錄表格 （ U=100V, e/m=1.7591011CKg-1） n n S S0 0（mmmm） S Sn n（mmmm）r rn n （mmmm） I I （A A） e e/ /m m e e/ /m m1 100.0000.001.001.002 200.0000.001.051.053 300.0000.001.101.104 400.000

11、0.001.151.155 500.0000.001.201.206 600.0000.001.251.257 700.0000.001.301.308 800.0000.001.351.35181 1、實(shí)驗(yàn)測量開始前應(yīng)細(xì)心調(diào)節(jié)電子束與磁場方向、實(shí)驗(yàn)測量開始前應(yīng)細(xì)心調(diào)節(jié)電子束與磁場方向垂直，形成垂直，形成一一個(gè)個(gè)不帶任何重影不帶任何重影的圓環(huán)（的圓環(huán)（調(diào)焦調(diào)焦）。）。2 2、電子束的加速電壓不宜過高，上限、電子束的加速電壓不宜過高，上限120120V V，且一旦，且一旦激發(fā)后，就降至激發(fā)后，就降至90-100V90-100V進(jìn)行測量。進(jìn)行測量。3 3、測量電子束圓軌道半徑時(shí)，應(yīng)仔細(xì)按、測量電子束圓軌道半徑時(shí)，應(yīng)仔細(xì)按 “ “三線合一三線合一”法法進(jìn)行。進(jìn)行。4 4、電流的變化一般取、電流的變化一般取0.05A0.05A左右測一次左右測一次。5 5、測量結(jié)束后，將、測量結(jié)束后，將電流和電壓均調(diào)至零后電流和電壓均調(diào)至零后才關(guān)掉電源。