1、電 子 比 荷 的 測 定一、實驗目的1 1、觀察電子束在電場作用下的偏轉。2 2、觀察運動電荷在磁場中受洛侖茲力作用后的運動規律，加深對此的 理解。3 3、測定電子的比荷二、實驗儀器DH452QDH452Q 型電子比荷測定儀包括：洛侖茲力管、亥姆霍茲線圈、供電電源 和讀數標尺等部分。儀器采用一體化設計，整個安裝在木制暗箱內，便于觀 察、測量、攜帶和貯存，如圖一所示。1 1、洛侖茲力管 洛侖茲力管又稱威爾尼管，是 本實驗儀的核心器件。它是一個直徑為 153mm153mm 勺大 燈泡，泡內抽真空后，充入一定壓強的混合惰性氣 體。泡內裝有一個特殊結構的電子槍，由熱陰極、 調制板、錐形加速陽極和一對

2、偏轉極板組成，如圖 二所示。經陽極加速后的電子，經過錐形陽極前端 的小孔射出，形成電子束。具有一定能力的電子束 與惰性氣體分子碰撞后，使惰性氣體發光，從而使 電子束的運動軌跡成為可見。2 2、亥姆霍茲線圈 亥姆霍茲線圈是由一對繞向一致，彼此平行且共軸的圓形線圈組成。如圖三所示。當兩線圈正向串聯并 通以電流 I I，且距離 a a 等于線圈的半徑r r 時，可以在線圈的軸線上獲得不太 強的均勻磁場。如兩線圈間的距離 a a 不等于 r r 時，則軸線上的磁場就不均勻。同學們可根據兩個單個線圈軸線3 3、供電電源 供電電源的前面板如圖四所示:偏轉電壓 偏轉電壓開關分“上正”、“斷開”、“下正”三檔

3、。置“上正” 時上偏轉板接正電壓，下偏轉板接地。置“下正”時則相反。置“斷開”時， 上下偏轉板均無電壓接入。觀察與測量電子束在洛侖茲力作用下的運動軌跡上 P P 點磁感應強度 B B 的疊加，求出當a=ra=r 時，亥姆霍茲線圈軸線上總的磁感應強度 B=9XB=9X 10104I I時，應置“斷開”位置。偏轉電壓的大小，由偏轉電壓開關下面的電位器調 節。電壓值從 50250V50250V 連續可調，無顯示。陽極電壓 陽極電壓接洛侖茲力管內的加速電極，用于加速電子的運動 速度。電壓值由數字電壓表顯示，值的大小由電壓表下的電位器調節。實驗 時的電壓范圍約100200V100200V。線圈電流 線圈

4、電流（勵磁電流）方向開關分“順時”、“斷開”、“逆時” 三檔。置“順時”時線圈中的電流方向為順時針方向，線圈上的順時批示燈 亮，產生的磁場方向指向機內。置“逆時”時則相反。置“斷開”時，線圈 上的電流方向指示燈全熄滅，線圈中沒有電流。電流值由數字電流表指示， 值的大小，由電流表下面的電位器調節。請注意：在轉換線圈電流的方向前，應先將線圈電流值調到最小，以免 轉換電流方向時產生強電弧燒壞開關的接觸點。在觀察電子束在電場力的作用下發生偏轉時，應將此開關置“斷開”位 置。在儀器后蓋上設有外接電流表和外接電壓表接線柱，以備在作課堂演示時外接大型電壓表和電流表。讀數裝置 在亥姆霍茲線圈的前后線圈上，分別

5、裝有單爪數顯游標尺和 鏡子，以便在測量電子束圓周的直徑 D D 時，使游標尺上的爪子、電子束軌跡、 爪子在鏡中的象三者重合，構成一線，以減小視差，提高讀數的準確性。游 標讀數為 inchinch 和 mnmn 刻度兩種，請選 mnmn 刻度。實驗原理對于在均勻磁場 B B 中的以速度f=evBf=evB的作用。不 v v 和 B B 同向時，力 當v v 和 B B 垂直時，力 F F 垂直于速度 面內作勻速圓周運動，如圖五所示。 即2L C mvEvBEvBr式中 R R 為電子運動軌道的半徑。由此可見實驗中只要測定了電子運動的速度 V V,軌道的半徑 R R 和磁感應 強度 B,B,即可測

6、定電子的比荷。電子運動的速度 V V 應該由加速電極，即陽極的電壓 U U 決定（電子離開陰 極時的初速度相對來說很小，可以忽略）。即將（ 3 3）式代入（ 2 2）式，得v v 運動的電子，將受到洛侖茲力F F 等于零，電子的運動不受磁場的影響。 v v 和磁感應強度 B,B,電子在垂直于 B B 的平 維持電子作圓周運動的力就是洛侖茲力，得電子比荷將（1 1）式代入上式，得電子比如果用電子束軌跡的直徑 D D 表示，則式中 U U、D D、I I 都是可以通過實驗測量的量。由此即可求出電子比荷。如果電子運動的速度 v v 和磁感應強度 B B 不完全垂直時，電子束將作螺旋 線運動。實驗內容

7、在開始通電實驗前， 先檢查儀器面板上各控制開關和旋鈕應放在下述位 置上：偏轉電壓開關量“斷開”，電位器逆時針轉到電壓最小（50V,50V,無顯示）。 調節陽極電壓的電位器也逆時針調到零。線圈電流方向開關置“斷開” ，調 節線圈電流的電位器也逆時針調到零。以上調節的目的，是為了保護儀器， 不受大電流高壓的沖擊。延長洛侖茲力管的使用壽命。打開電源，預熱 5 5 分鐘。逐漸增加陽極電壓至 100200V100200V 左右，即可看 到一束淡蘭綠色的光束從電子槍中射出，這就是電子束。1 1、 觀察電子束在電場作用下的偏轉 轉動洛侖茲力管，使角度指示為 90900，即電子束指向左邊并與線圈軸線垂直。在轉

8、動洛侖茲力管時， 務必用手抓住膠木管座， 切勿手抓玻璃波轉動， 以免管座槍動。將偏轉電壓開關撥到 “上正” 位置，這時上偏轉板為正， 下偏轉板接地， 觀察電子束的偏轉方向。加大偏轉板上的偏轉電壓，觀察偏轉角度的變化情 況。在偏轉電壓不變的情況下，加大陽極電壓，觀察偏轉角度的變化情況。 再將偏轉電壓調至最小，偏轉開關撥到“下正”位置，作與上相同的觀察。記錄觀察到的現象，并作出理論解釋2 2、 觀察電子束在磁場中的運動軌跡 將偏轉電壓開關撥至“斷開”位置。線圈電流方向開關撥到“順時”位置，線圈上的電流順時方向指示燈亮，加大線圈電流和陽極電壓，觀察電子 束在磁場中運動軌跡的變化情況。轉動洛侖茲力管，

9、作進一步的觀察。記錄觀察到的現象，并作出理論解釋。3 3、 測量電子的比荷 根據以上所述，將電子束軌跡調整成一個閉合的圓。利用讀數裝置，在不同的陽極電壓 U U 和不同的線圈電流 I I 情況下，仔細測量電子速軌跡的直跡。根據公式（4 4）計算電子比荷。具體內容建議：（1 1）固定陽極電壓，改變線圈電流，作多次測量。（2 2）固定線圈電流，改變陽極電壓，作多次測量。欲使實驗結果比較準確，關鍵是測準電子束軌跡的直徑D D。圓的直徑取在 4cm4cm 到 9cm9cm 之間時較為合適。實驗結束后，將陽極電壓和線圈電流調到最小，偏轉電壓開關和線圈電 流開關都撥到“斷開”位置，然后關掉電源。數據表格次數UNI/AI/AX