試驗(yàn)11電子之荷質(zhì)比試驗(yàn)

1、電子之荷質(zhì)比實(shí)驗(yàn)【目的】,觀察電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)並測量電禾 用電子束偏折管electro n beam deflect ion tube 子之電荷與質(zhì)量之比e/m值?！驹怼窟\(yùn)動(dòng)中的電子假設(shè)受電場或磁場的作用，會改變其運(yùn)動(dòng)的方向。電子束偏折管的造如圖1所示，管內(nèi)為高度真空，左端的陰極由燈絲加熱，使電子從外表脫離出來，加速陽極則維 持在相當(dāng)高的電壓5kV相對陰極而言可以使電子加速，聚焦陽極則使電子能聚成一束。 電子打到螢光幕時(shí)產(chǎn)生螢光。螢光的發(fā)射光譜，是原子或分子先吸收能量被激發(fā)，然後發(fā) 射特微頻率的光譜。圖1電子束偏折管的結(jié)構(gòu)說明1控制柵極聚焦陽極加速陽極燈絲加熱陰極電子鎗電子束8螢光幕假設(shè)加

2、速陽極之高壓為U a，而由陰極脫離出來的電子初速可以忽略，則電子速度V為(1)。經(jīng)加速後的電子束會通過一個(gè)均勻磁場中。此均勻磁場由電子束偏折管兩旁的一對平行 線圈赫姆霍茲線圈Helmholtz coil所產(chǎn)生。如果電子的入射初速度方向與磁場 B方向垂直，如圖2所示，則電子受到一個(gè)向心力勞侖茲力，Lorentz force 為：F =evB2圖2電子在磁場中的偏折電子受到勞侖茲力的作用而改變它的運(yùn)動(dòng)方式，其運(yùn)動(dòng)軌跡為半徑r之圓周運(yùn)動(dòng)。電子在圓周時(shí)所受之向心力為:2 mv，由(2)和(3)式，得到電子的電荷與質(zhì)量之比值為e v m rBB為磁場強(qiáng)度大小。由其中v為電子束進(jìn)入磁場時(shí)之速度，r為圓周軌

3、道之半徑，而(1) 是可知電子束之速度為v = ；2eU A m，將此代入(4)可得到e 2Ua m B2r2陽極之高電壓Ua及磁場B可直接測量，電子束軌跡之曲率半徑可由軌道上之任何一點(diǎn)的座標(biāo)算出(如圖3)，亦即2 2圖 3 derivation of (6) to determine radius of curature2 2 2x (r _ y) r2 2x y _2ry =02 2r = x y2y(a):start of the magn etic field【三】儀器電子束偏折管、赫姆霍茲線圈及基座，Tesla磁表及切向場探針、高壓供應(yīng)器、直流電源、 低電壓轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)磁鐵片、三用電

4、表、連接線多條?！舅摹坎襟E：(一)測量磁場強(qiáng)度：利用Tesla磁表與切向場探針，測量赫姆霍茲線圈 場強(qiáng)度，並畫出磁場強(qiáng)度 B對電流I關(guān)係圖：(1) 磁表之測量範(fàn)圍定於20mT(Helmhotz coils) 所產(chǎn)生的磁(2) 將探針放入兩赫姆霍茲線圈中間(如圖4),使線圈所產(chǎn)生的磁力線垂直切入探針。 將電流由0增加到1A,每0.1A測量一次 磁場，記錄電流大小與磁場強(qiáng)度 B;並在方格 上畫出B對I的關(guān)係圖。圖 4 setup for measuring the magnetic flux density B asa function of curre nt I圖 5 setup for det

5、ermining e/m from the radius of curvature r of an electron beam deflected in an almost homoge nous magn etic field(二)測量電子的荷值比，e/m值：(1)先將電子束偏折管、線圈、直流電源、電壓供應(yīng)器及三用電表串聯(lián) 如圖5所示。注意：將各種儀器單元與電流供應(yīng)器連接時(shí)一定要先關(guān)掉電源，否則很容易將儀器燒毀將電子束偏折管上的加熱燈絲之插座與低電壓轉(zhuǎn)換器(low voltage transformer)之6V輸出端連接。注意：高電壓會將加熱絲(電子束偏折管)燒壞，故不能把高電壓接到加熱絲之插 座。確定線路連接無誤後，打開高壓供應(yīng)器(High voltage power supply)之開關(guān)，利 用控制鈕從零開始緩慢增加直流電壓值 U a (5kV左右)。(3) 沒有偏折時(shí)之校準(zhǔn)：觀察電子束是否通過中央水平線；假設(shè)電子束不在中央水平線， 則將磁鐵片放置於偏折管管頸附近，使電子束呈現(xiàn)在中央水平線上。(4) 利用直流電源之調(diào)整鈕，調(diào)整通過線圈的電流1(亦即調(diào)整磁場)，使電子束通過x=6cm，y=1cm座標(biāo)，記錄x，y與I值。(5) 改變電流，重覆步驟(4)，盡量取靠中央的點(diǎn)，至少得6組數(shù)據(jù)。(6) 從所得的數(shù)據(jù)，計(jì)算e/m的平均值及平均標(biāo)準(zhǔn)差。(7