1、電子荷質比的測試電子荷質比的測試電磁學系列 8 19世紀90年代，英國物理學家 JJ 湯姆孫經過一系列的實驗及研究，發現了一種粒子，并斷定這種粒子必定是所有物質的共同組成成份。湯姆孫命名它為“電子”，并測定了它的荷質比。這在物理學史上是有劃時代意義的。 電子荷質比電子荷質比 e/m e/m 是一常用是一常用的物理常數，它的定義是電子的的物理常數，它的定義是電子的電荷量與其質量的比值，經現代電荷量與其質量的比值，經現代科學技術的測定，電子荷質比的科學技術的測定，電子荷質比的標準值是：標準值是： 1.7591.759* *1011C/Kg1011C/Kg 一、實一、實 驗驗 原原 理理 當力的方向

2、是垂直于速度方向時，電子的運動軌跡當力的方向是垂直于速度方向時，電子的運動軌跡是一個圓，力的方向指向圓心，完全符合圓周運動的規是一個圓，力的方向指向圓心，完全符合圓周運動的規律，所以作用力與速度又有律，所以作用力與速度又有則由公式轉換得：則由公式轉換得：rmvf2rBvme 當一個電荷以速度當一個電荷以速度v垂直進入垂直進入均勻磁場時，電子要受到洛倫茲均勻磁場時，電子要受到洛倫茲Lorentz力的作用，它的大小可由力的作用，它的大小可由公式公式Bvef 實驗裝置是用一電子槍，在加速電壓實驗裝置是用一電子槍，在加速電壓 u 的驅的驅使下，射出電子流，因此使下，射出電子流，因此 e u 全部轉變成

3、電子的全部轉變成電子的輸出動能，因此又有：輸出動能，因此又有：221mveu 22Brume 實驗中可采取措施固定圓軌跡的半徑實驗中可采取措施固定圓軌跡的半徑 r，通，通過加速電壓過加速電壓 u 與與B 的關系就能測試電子的荷質比的關系就能測試電子的荷質比 e/m 。二二 、實、實 驗驗 裝裝 置置1 1、荷質比測試儀、荷質比測試儀HelmholtzHelmholtz線圈線圈電子束發射管電子束發射管電子束半徑電子束半徑的測量工具的測量工具2、電子束發射管威爾尼氏管）、電子束發射管威爾尼氏管）電子槍電子槍r 0.00A 加速聚焦電源直流穩壓穩流電源萬用表直流電壓300V檔萬用表直流電流3A檔 磁

4、場線圈玻璃球炮電子發光圈電子發射槍 u:電子管加速電壓r:電子圈半徑K：磁場線圈的磁轉換系數I：線圈中的通電電流N：線圈匝數R：線圈半徑 200v-30v2222IKrumeRNK23054270104NA3 3儀器連接示意圖儀器連接示意圖 當電子槍在加速電壓的激發下，發射出電子當電子槍在加速電壓的激發下，發射出電子束，在磁場的作用下將發生三種情況：束，在磁場的作用下將發生三種情況：1 1、無磁場時，電子束將成直線軌跡射出；、無磁場時，電子束將成直線軌跡射出；2、電子束與磁場完全垂直時，電子束形成一個完、電子束與磁場完全垂直時，電子束形成一個完全封閉的圓；全封閉的圓；3、當電子束與磁場不完全垂

5、直時，電子束將作螺、當電子束與磁場不完全垂直時，電子束將作螺旋狀態運動。旋狀態運動。三、實三、實 驗驗 操操 作作荷質比測試儀操作介紹荷質比測試儀操作介紹 1、正確完成儀器的連接，使電子束出射方向、正確完成儀器的連接，使電子束出射方向垂直于磁場。垂直于磁場。 2、按照左圖、按照左圖 的方法將儀器測的方法將儀器測量裝置定成量裝置定成 8 cm。 3、開啟電源，首先使加速電壓、開啟電源，首先使加速電壓定于定于200 V，耐心地等待，直到，耐心地等待，直到電子槍射出紫蘭色的電子束；電子槍射出紫蘭色的電子束； 4、細心調節、細心調節 50 V的聚焦電壓，使電子束明亮；的聚焦電壓，使電子束明亮； 5、緩

6、緩加大、緩緩加大 Helmholtz 線圈中的電流，觀察電子束的偏轉，線圈中的電流，觀察電子束的偏轉，緊接著形成封閉的圓。緊接著形成封閉的圓。 6、將、將 B=K*I 代入公式代入公式3得：得： 同時寫出同時寫出2222IKrume7 7、用測試裝置測出圓環直徑、用測試裝置測出圓環直徑8cm8cm），并固定之，測量示），并固定之，測量示意圖如下意圖如下 22221IKrmeueye8cm鏡鏡電子束電子束象象8 8、在整個實驗過程中，必須保持電子圓的大、在整個實驗過程中，必須保持電子圓的大小不變，這可以配合調節加速電壓與小不變，這可以配合調節加速電壓與 Helmholtz Helmholtz 線

7、圈中的電流共同達到。由公式線圈中的電流共同達到。由公式可見可見 u u 和和 I2 I2 成線性關系。實驗中只要測出成線性關系。實驗中只要測出 u-I2 u-I2 的對應值，作出直線求其斜率的對應值，作出直線求其斜率 ，即可求出荷質比。即可求出荷質比。四、數四、數 據據 處處 理理NU (v) I (A)I2 (A2)1 2 3 4 5 6 7 8 由由U-I2 的數據作出坐標圖，根據圖形得出斜率代的數據作出坐標圖，根據圖形得出斜率代入公式入公式 4 得：得： 222Krme求出荷質比，并將實驗值與標準值求出荷質比，并將實驗值與標準值 1.761.761011 C/Kg 1011 C/Kg 比較，求出誤差。比較，求出誤差。五、注五、注 意意 事事 項項 1、在實驗開始前應首先細心調節電子束與磁、在實驗開始前應首先細心調節電子束與磁場方向垂直，形成一個不帶任何重影的圓環；場方向垂直，形成一個不帶任何重影的圓環； 2、確定電子圓環的大小是做好本實驗的關鍵，、確定電子圓環的大小是做好本實驗的關鍵，因此要仔細調節調制電壓與加速電壓，使電子束因此要仔細調節調制電壓與加速電壓，使電子束明亮與清晰是十分重要的；明亮與清晰是十分重要的； 3、放電管需要較高的加速電壓，實驗時要注意