电子荷质比的测量
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1、 深圳大学物理实验教学中心深圳大学物理实验教学中心历史回眸历史回眸18971897年年J.J.J.J.汤姆孙通过电磁偏转的方法测量了阴极射线粒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子的荷质比，它比电解中的单价氢离子的荷质比约大20002000倍，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子。精确测量电子荷质比的值为1.758819621.7588196210101111库仑库仑/ /千千克，约等于克，约等于1.761.7610101111C/kgC/kg
2、，根据测定电子的电荷，可确定，根据测定电子的电荷，可确定电子的质量。电子的质量。 荷质比荷质比（e/m）：带电体的电荷量和质量的比值，叫做荷质：带电体的电荷量和质量的比值，叫做荷质比，比， 又称又称“比荷比荷”，电子的基本常数之一。，电子的基本常数之一。JJJJ汤姆逊于汤姆逊于19061906年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。JJ汤姆逊汤姆逊 (Jospeh John Thomson，18561940)英国物理学家，曾任剑桥英国物理学家，曾任剑桥大学卡文迪什实验室主任，培大学卡文迪什实验室主任，培养的学生有卢瑟福、玻尔、威养的学生有卢瑟福、玻尔、威尔逊等多人，他们都先后荣获尔逊等多人，他们都先后荣获
3、了诺贝尔奖。了诺贝尔奖。J.J.J.J.汤姆逊像汤姆逊像G.P.汤姆逊汤姆逊 （George Paget Thomson，1892-1975），），J.J.汤姆孙之子，因通过实验发现汤姆孙之子，因通过实验发现受电子照射的晶体中的干涉现受电子照射的晶体中的干涉现象，象，1937年获得物理学奖。年获得物理学奖。 一一 实验目的实验目的利用纵向磁场聚焦法测定电子荷质比利用纵向磁场聚焦法测定电子荷质比e/me/m，了解和，了解和掌握利用磁控条件测量电子荷质比的原理及方法。掌握利用磁控条件测量电子荷质比的原理及方法。运动的电子在磁场中要受到洛仑兹力的作用，所受力为：运动的电子在磁场中要受到洛仑兹力的作用
4、，所受力为：二二 实验原理实验原理/ /2.12.1电子束在磁场中的偏转电子束在磁场中的偏转 fqvB洛仑兹力的方向始终与电子运动的方向垂直，对电子不作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，磁感应强度为匀的，磁感应强度为B B，电子的速度，电子的速度v与磁场与磁场B垂直，电子垂直，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：在洛仑兹力的作用下作圆周运动，洛仑兹力就是向心力：2mvqvBR电子回旋半径为：电子回旋半径为： 电子回旋周期为：电子回旋周期为： mvReB2
5、RTeB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：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： tan2lleBRmvtan2leBsLLmv 222212AAeVveVvmm设电子进入磁场前加速电压为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：电子从加速极射出的速度：202AeslLmVnI0BnI位移位移s s与励磁电流与励磁电流I I成正比，而与加速电压的平方根成反比成正比，而与加速电压的平方根成反比 二二 实验原理实验原理/ /2.22.2荷
6、质比的测量荷质比的测量 当电子速度当电子速度v v与磁场与磁场B B有一定夹角进入磁场后，将作螺旋运动有一定夹角进入磁场后，将作螺旋运动 mvReB2 mTeBhvT回旋半径为：回旋半径为： 回旋周期：回旋周期：螺距为：螺距为：222AeVhvmmTeB22AeVvvm加速电压加速电压V VA2A2较大，有几千伏，所以较大，有几千伏，所以 相对来说很小，相对来说很小，v所以在所以在B B一定的时，各电子的回旋半径不一样，但是它们的一定的时，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
7、运动方向不同的电子，又交汇在同一点，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，这就是这就是磁聚焦磁聚焦 h是是B和和VA2的函数，调节的函数，调节B和和VA2，可以使电子束在磁场方向，可以使电子束在磁场方向上的任意位置聚焦。当螺距上的任意位置聚焦。当螺距h刚好等于示波管的第二阳极到荧刚好等于示波管的第二阳极到荧光屏之间的距离光屏之间的距离d时，可以看到电子束在荧光屏上聚成一小亮时，可以看到电子束在荧光屏上聚成一小亮点点(电子束已聚焦电子束已聚焦)，当，当B值增加到值增加到26倍时，会使倍时，会使h=1/2d、h=1/3d、h=1/4d、h=1/5d或或h=1/6d，相应地可在荧光屏
