电子荷质比的测量
一、实验目的
1.观察电子束在电场作用下的偏转。
2.加深理解电子在磁场中的运动规律，拓展其应用。 3.学习用磁偏转法测量电子的荷质比。
二、实验仪器
电子荷质比测定仪及电源
三、实验原理
众所周知当一个电子以速度v垂直进入均匀磁场时，电子要受到洛仑兹力的作用，它的大小可由公式：
f?ev?B （2.10-1） 所决定，由于力的方向是垂直于速度的方向，则电子的运动轨迹就是一个圆，力的方向指向圆心，完全符合圆周运动的规律，所以作用力与速度又有：
mv2 f? （2.10-2）
r其中r是电子运动圆周的半径，由于洛仑兹力就是使电子做圆周运动的向心力，因此可将（2.10-1)、(2.10-2)式联立：
mv2 evB?
r（2.10-3）
由（2.10-3)式可得：
ev? （2.10-4） mrB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：
eu?12mv （2.10-5） 2将（2.10-4）与（2.10-5)式联立可得：
e2u （2.10-6） ?m(r?B)2实验中可采取固定加速电压u，通过改变不同的偏转电流，产生出不同的磁场，进而测量出电子束的圆轨迹半径r，就能测定电子的荷质比——e/m。
按本实验的要求，必须仔细地调整管子的电子枪，使电子流与磁场严格保持垂直，产生完全封闭的圆形电子轨迹。按照亥姆霍兹线圈产生磁场的原理:
B?K?I （2.10-7） 其中K为磁电变换系数，可表达为：
4N K??0()2? （2.10-8）
5R3式中?0是真空导磁率，它的值?0?4??10?7N?A?2，R为亥姆霍兹线圈的平均半径，N为单个线圈的匝数，由厂家提供的参数可知R=158mm，N=130匝，因此公式（2.10-6）可以改写成：
e125R2?uR2?u12?[]?2?2.474?10(C) （2.10-9） 222222kgm32?0?N?I?rN?I?r四、实验步骤
1. 接好线路。
2. 开启电源，使加速电压定于120V，耐心等待，直到电子枪射出翠绿色的电子束后，将加速电压定于100V。本实验的过程是采用固定加速电压，改变磁场偏转电流，测量偏转电子束的圆周半径来进行。（注意：如果加速电压太高或偏转电流太大，都容易引起电子束散焦）
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，缓缓改变亥姆霍兹线圈中的电流，观察电子束的偏转的变化。
4. 测量步骤：
（1）调节仪器后线圈上反射镜的位置，以方便观察；
（2）依次调节偏转电流为：1.00A、1.20A、1.40A、1.60A、1.80A、2.00A，改变电子束的半径大小；
（3）测量每个电子束的半径：移动测量机构上的滑动标尺，用黑白分界的
中心刻度线，对准电子枪口与反射镜中的像，采用三点一线的方法测出电子束圆轨迹的右端点，从游标上读出刻度读数S0；再次移动滑动标尺到电子束圆轨迹的左端点，采用同样的方法读出刻度读数S1；用r?迹的半径；
1(S1?S0)求出电子束圆轨2 （4）将测量得到的各值代入（3-4-20-9）式，求出电子荷质比e/m；并求出
相对误差（标准值e/m?1.76?1011 Ckg）。
五、注意事项
1. 在实验开始前应首先细心调节电子束与磁场方向垂直，形成一个不带任何重影的圆环。
2. 电子束的激发加速电压不要调得过高，过高的电压容易引起电子束散焦。电子束刚激发时的加速电压，略略需要偏高一些，大约在130V左右，但一旦激发后，电子束在80~100V左右均能维持发射，此时就可以降低加速电压。 3. 测量电子束半径时，三点一线的校对应仔细，数据的偏离将因人而异，引起系统误差；切勿用圆珠笔等物划伤标尺表面，实验过程中注意保持标尺表面干燥、洁净。
六、数据记录及处理