電子束測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度和電子荷質(zhì)比測(cè)量

實(shí)驗(yàn)名稱：電子束測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度和電子荷質(zhì)比測(cè)量實(shí)驗(yàn)者：毛帥同組實(shí)驗(yàn)者：郭玉柱指導(dǎo)教師：尹會(huì)聽班級(jí)：A09輪機(jī)（2）班學(xué)號(hào)：090204243聯(lián)系號(hào)：664622【摘要】本實(shí)驗(yàn)利用電子束試驗(yàn)儀，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的電子在不與之平行的磁場(chǎng)中受到洛倫磁力會(huì)偏轉(zhuǎn)等原理，測(cè)得不同方位下電子的偏轉(zhuǎn)量，求出地磁場(chǎng)強(qiáng)度。運(yùn)用磁聚焦法，通過(guò)記錄聚焦勵(lì)磁電流的大小，利用公式計(jì)算出電子的荷質(zhì)比，并于實(shí)際值做比較，討論實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因及得出結(jié)論?！娟P(guān)鍵詞】地磁場(chǎng)強(qiáng)度電子束荷質(zhì)比聚焦偏轉(zhuǎn)量引言：電子受磁場(chǎng)中的洛倫磁力會(huì)偏轉(zhuǎn)的原理，在現(xiàn)實(shí)生活中廣泛的應(yīng)用。不管是電腦的顯示器及電視的屏幕上顯示的畫面，都利用到該原理。同樣我們的實(shí)驗(yàn)為了測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度也利用到了電子的偏轉(zhuǎn)。因此研究電子的性質(zhì)十分重要，所以我們做了關(guān)于電子荷質(zhì)比的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，。【實(shí)驗(yàn)原理】（一）測(cè)地磁場(chǎng)強(qiáng)度水平分量原理當(dāng)電子管中的偏轉(zhuǎn)電壓為零時(shí)，電子將在加速電壓加速后打在熒光屏中心上。當(dāng)改變加速電壓但是不存在偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子打在熒光屏上的位置發(fā)生改變。研究發(fā)現(xiàn)次現(xiàn)象是由地磁場(chǎng)引起的。因此可利用次現(xiàn)象測(cè)量地磁場(chǎng)的強(qiáng)度。電子束從電子槍中發(fā)射出來(lái)時(shí)，速度v可有求的（其中u?是加速電壓）由于電子所受的重力遠(yuǎn)小于洛倫磁力，忽略重力因素，由于在洛倫磁力作用下做圓弧運(yùn)動(dòng)，有式子R=mv/eB可求得圓弧的半徑。電子在磁場(chǎng)中沿弧線大到熒光屏上一點(diǎn)，這一點(diǎn)相對(duì)于沒(méi)有偏轉(zhuǎn)的電子束的位置移動(dòng)了距離D,有式子（2）因?yàn)槠D(zhuǎn)角很小，上式可寫成帶入（2）式中得又有所以的求得距離D即D=（3）。其中L是加速極到熒光屏的距離。調(diào)節(jié)加速電壓和聚焦電壓，在屏幕上得到一亮點(diǎn)，將X,Y偏轉(zhuǎn)電壓調(diào)為0，將光調(diào)到水平軸上，保持u?不變，原地轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)的水平分量與電子束垂直是，光電的偏轉(zhuǎn)量最大。記錄光點(diǎn)的最高和最低的兩個(gè)偏移量D?,D?取D=作為加速電壓u?時(shí)的偏轉(zhuǎn)量，帶人（3）式中可得地磁場(chǎng)的水平分量B.電子的荷質(zhì)比測(cè)量原理當(dāng)電子速度為v時(shí)，進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)收到的磁力為.當(dāng)速度v的方向與B有夾角時(shí)可將v分成與B平行的v?，與B垂直的v?。此時(shí)電子收到的磁場(chǎng)力為.在此力的作用下電子將做圓周運(yùn)動(dòng)，有圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律得電子圓周運(yùn)動(dòng)的周期為.可得當(dāng)B一定的時(shí)，T是定值。則繞行的角加速度w=/R=/m。v?方向不受里的作用。在一個(gè)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)距離即螺距d為d=與無(wú)關(guān)。則有上式可得到荷質(zhì)比只要測(cè)得，和B就可以計(jì)算出荷質(zhì)比。其中的磁場(chǎng)強(qiáng)度(n是螺線管單位長(zhǎng)度內(nèi)的線全數(shù)，K是常數(shù)，I是線圈中的電流，μ是真空中的介電常數(shù)）。電子的水平速度v?可有求得（為加速電壓）。增加B時(shí)，有R=,,螺旋線的半徑減小，兩線縮短，同時(shí)w增加，在從軸線上發(fā)住的電子到達(dá)熒光屏這段時(shí)間內(nèi)，繞過(guò)的圓周角增大，所以亮線在縮短時(shí)還旋轉(zhuǎn)。當(dāng)改變B使得w在周期T內(nèi)剛好轉(zhuǎn)過(guò)，此時(shí)電子向前的距離就是。將測(cè)得的B，d帶入即可得到電子的荷質(zhì)比。【調(diào)試方案設(shè)計(jì)】1、儀器用具：電子束測(cè)量?jī)x2、調(diào)試方法步驟：（一）地磁場(chǎng)水平分量測(cè)量步驟1．安裝好示波器和刻度盤，不加任何偏轉(zhuǎn)線圈，根據(jù)指南針調(diào)整儀器方位與南北平行。2．開啟電源置直流檔，調(diào)整X,Y偏轉(zhuǎn)，使光點(diǎn)打在刻度盤的中心，旋轉(zhuǎn)180度，再次使光點(diǎn)打在刻度盤的中心，反復(fù)校正，使示波管與南北方向平行。3．轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)90度時(shí)，讀出偏移量，270度時(shí)讀出偏移量。4．取D=，帶入D=中求出磁場(chǎng)強(qiáng)度B?！緦?shí)驗(yàn)步驟】地磁水平分量的測(cè)量安裝好示波管和刻度盤，不加任何偏轉(zhuǎn)線圈。（可借助指南針辨別南北）開啟電源，置直流檔，調(diào)整X,Y偏轉(zhuǎn)，使光點(diǎn)打在刻度盤中心，旋轉(zhuǎn)儀器，使光點(diǎn)偏離中心位置最大處，反復(fù)校正，使示波管與南北方向平行。轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)90度讀出偏移值，270度讀出偏移值.再根據(jù)公式求出B（二）電子荷質(zhì)比測(cè)量步驟1．先斷開電源，安裝好縱向磁場(chǎng)感應(yīng)線圈。2．打開電源，置直流檔，調(diào)節(jié)聚焦、X軸位移，Y軸位移，使熒光屏中心出現(xiàn)一亮點(diǎn)。3．置交流電源檔，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流使示波管上出現(xiàn)一條亮線。4．逐漸調(diào)大勵(lì)磁電流，觀察熒光屏上亮線的變化。當(dāng)聚成一點(diǎn)時(shí)，記錄勵(lì)磁電流。繼續(xù)增大電流，當(dāng)?shù)诙尉鄢梢稽c(diǎn)時(shí)，記錄勵(lì)磁電流.求相當(dāng)于一次聚焦時(shí)勵(lì)磁電流.帶入公式中求出電子的荷質(zhì)比?！緦?shí)驗(yàn)測(cè)量】測(cè)電子荷質(zhì)比測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表及數(shù)據(jù)處理過(guò)程：測(cè)測(cè)量組數(shù)測(cè)量量123451.161.181.181.161.191.681.661.701.691.729589709659669640.950.950.960.950.97B(T)4.764.764.804.764.851.751.781.741.771.70數(shù)據(jù)處理：相關(guān)常數(shù)：k=0.79電子的標(biāo)準(zhǔn)荷質(zhì)比=真空中的磁導(dǎo)率=匝數(shù)=1160匝長(zhǎng)度l=0.23mL=0.138m對(duì)第一組數(shù)據(jù)：，,得到磁場(chǎng)強(qiáng)度得到電子的荷質(zhì)比=同理可得第二組：I=0.95,B=,荷質(zhì)比=；第三組：I=0.96A,B=4.80,荷質(zhì)比=1.77第四組：I=0.95A,B=4.76,荷質(zhì)比=1.70第五組：I=0.97A,B=4.85,荷質(zhì)比=1.75則結(jié)果為相對(duì)誤差E=地磁場(chǎng)強(qiáng)度水平分量數(shù)據(jù)記錄表及數(shù)據(jù)處理過(guò)程： 測(cè)量組數(shù)偏移量 1234.03.84.4.4.54.54.64.254.154.50已知=885V數(shù)據(jù)處理：對(duì)第一組數(shù)據(jù)：同理第二組：D＝4.15㎜；第三組：D＝4.50㎜則=結(jié)論：實(shí)驗(yàn)測(cè)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度為,而在南京測(cè)得的地磁場(chǎng)強(qiáng)度為，南京和舟山相對(duì)于地球來(lái)說(shuō)離得不遠(yuǎn)，因此地磁場(chǎng)強(qiáng)度差不多，所以實(shí)驗(yàn)比較準(zhǔn)確。運(yùn)用磁聚焦法，通過(guò)記錄聚焦勵(lì)磁電流的大小，利用公式計(jì)算出電子的荷質(zhì)比為，而標(biāo)準(zhǔn)值為，相對(duì)誤差為-0.56%，由此看出實(shí)驗(yàn)較為準(zhǔn)確。誤差分析地磁場(chǎng)測(cè)量時(shí)儀器需要旋轉(zhuǎn)，這就要求儀器周圍無(wú)障礙物，且讀數(shù)時(shí)視線不能與熒光屏平視可造成較大誤差測(cè)地磁場(chǎng)時(shí)儀器周圍若有電器等能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)的東西，對(duì)實(shí)驗(yàn)影響是很大在調(diào)節(jié)現(xiàn)象是花的時(shí)間太長(zhǎng)，時(shí)螺旋管過(guò)熱從而使磁場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生變化，使結(jié)果產(chǎn)生誤差測(cè)荷質(zhì)