电子荷质比测定.doc

实验报告
【实验名称】：电子荷质比测定
【实验目的】：
1、了解利用电子在磁场中偏转的方法来测定电子荷质比。
2、通过实验加深对洛伦兹力的认识。
【实验仪器】: SJ-SS-II型电子束实验仪（或SJ-SS-I型电子束实
验仪）. 实验仪的核心是一只阴极射线管（示波管），它装置在一个长直螺线管中。螺线管通电时可以产生一个均匀的轴向磁场，并与电子束平行。而
在长直螺线管外靠近示波管的偏转电极附近，还安装了一对亥姆霍兹线圈。通电时产生一个均匀的且与电子束垂直的磁场，可使电子束产生磁偏转。电
路结构示意图见图1.1。电子束实验仪是一个多种用
途的装置，通过不同连接方式，可分别研究电子束
的电聚焦、电偏转.磁聚焦和磁偏转。请参阅它的使
用说明。
II型电子束实验仪是I型的改进，示波管可以退
后到螺线管内磁场比较均匀的区域，避开了螺线管
端头磁场不均匀区域，使电子束在比较均匀的磁场
中运动。其面板结构和操作完全相同。
【实验原理】：
当一个电荷以速度v垂直进入磁场时，电子要受到洛伦兹力的作用，它的大小可由公式
f=ev*B (1)
所决定，由于力的方向是垂直于速度的方向，则电子的运动的轨迹是一个圆，力的方向指向圆心，完全符合圆周运动的规律，所以作用力与速度的关系为
f=mv^2/r (2)
其中r时电子运动圆周的半径，由于洛伦兹力就是使电子做圆周运动的向心力，因此 evB=mv^2/r (3)
由公式转换可得
e/m=v/rB (4)
实验装置是用一电子枪，在加速电压U的驱使下，射出电子流，因此eU全部转变成电子的输出动能，因此又有
eU=mv^2/2 (5)
由公式（4）、（5）可得
e/m=2U/(r*B)^2 (6)
实验中可采取固定加速电压U，通过改变偏转点了，产生不同的磁场，进而测量出电子束的圆轨迹半径，就能测定电荷的荷质比。
亥姆赫兹线圈产生磁场的原理，
B=K*I （7）
其中K为磁电变换系数，可表达为
K=μ0（4/5）∧（3/2）*N/R （8）
其中μ0是真空导磁率，等于4T*m/A或H/m,R为亥姆赫兹线圈的平均半径，N为单个线圈的匝数，其他参数
R=158mm,N=130匝，因此公式（6）可以改写为

e/m=[125/32]R∧2U/μ0∧2N∧2I∧2r∧2=2.474×10∧12 R∧2U/N∧2I∧2r∧2(C/kg) (9)

【实验内容】：
1、正确完成仪器的连接。
2、开启电源，使加速电压文档于120V。
3、调节偏转电流，使电子束的运行轨迹形成封闭的圆，细心调节聚焦电压，使电子束明亮，缓缓改变亥姆兹线圈中的电流，观察电子束大小、偏转的变化。
4、测量步骤：1、记下螺线管的匝数N及其他参数l、R等。将螺线
管和真空二极管按实验室所提供的接线图连好接线
，然后打开电源开关。
2、将“工作选择”置于“灯丝”的位置，打开灯丝
电源的开关，预热数分钟后，灯丝电压应为6V。
3、将阳极电压调节旋钮逆时针方向旋到最小，然后
把“工作选择”开关拨在中间“30V”位置上，调节
阳极电压为14.0V。
4、将“励磁电源”开关拨在0.5A的一边，将“励磁
强度”旋钮逆时针方向旋到最小。然后打开磁场电
源开关，将励磁电流调到50mA。
5、将“工作选择”开关拨在1mA的一边，从电表上
读取阳极电流（mA为单位）。
6、改变励磁电流I，每增加50mA读取一次阳极电流Ib
，直到I为800mA为止。
数据处理： 螺线管匝数n=1210，半径r=0.039，长度21（m）=0.213m ， 线经（mm）=0.69mm 阳极圆筒半径b（mm）=12.1mm
励磁电流
14.0v
16.0v
50mA
0.47

100 mA

150 mA

200 mA

250 mA

300 mA

350 mA

400 mA

【误差分析】
1、 系统误差
（1） 实验理论和实验方法不完善带来的误差，例如理论公式的近似性或实验条件达不到理论要求。
（2） 实验仪器不准确或使用不当造成的误差，例如，仪器本身存在某些缺陷，或没有在规定条件下使用仪器。
（3） 环境条件有规律地变化所引起的误差，例如，温度、气流、电压的变化对测量结果带来一定影响。
（4） 实验者的某些不足也会产生系统误差，例如，由于生理或心理的特点，有人估计读书时总是偏大或偏小。
2、 随机误差
（1） 实验周围环境或操作条件的微笑波动。
（2） 观测者本人在判断和估计读数上的变动性。
（3） 测量仪器指示数值的变动性。