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實驗方法測量電子荷質比有哪些

發布時間:2022-11-27 10:29:36

A. 電子比荷的測量

電子荷質比測定
【實驗目的】:
1、了解利用電子在磁場中偏轉的方法來測定電子荷質比。
2、通過實驗加深對洛倫茲力的認識。
【實驗儀器】:
FB710型電子荷質比測定儀
【實驗原理】:
當一個電荷以速度v垂直進入磁場時,電子要受到洛倫茲力的作用,它的大小可由公式
f=ev*B (1)
所決定,由於力的方向是垂直於速度的方向,則電子的運動的軌跡是一個圓,力的方向指向圓心,完全符合圓周運動的規律,所以作用力與速度的關系為
f=mv^2/r (2)
其中r時電子運動圓周的半徑,由於洛倫茲力就是使電子做圓周運動的向心力,因此 evB=mv^2/r (3)
由公式轉換可得
e/m=v/rB (4)
實驗裝置是用一電子槍,在加速電壓U的驅使下,射出電子流,因此eU全部轉變成電子的輸出動能,因此又有
eU=mv^2/2 (5)
由公式(4)、(5)可得
e/m=2U/(r*B)^2 (6)
實驗中可採取固定加速電壓U,通過改變偏轉點了,產生不同的磁場,進而測量出電子束的圓軌跡半徑,就能測定電荷的荷質比。
亥姆赫茲線圈產生磁場的原理,
B=K*I (7)
其中K為磁電變換系數,可表達為
K=μ0(4/5)∧(3/2)*N/R (8)
其中μ0是真空導磁率,等於4T*m/A或H/m,R為亥姆赫茲線圈的平均半徑,N為單個線圈的匝數,其他參數
R=158mm,N=130匝,因此公式(6)可以改寫為
e/m=[125/32]R∧2U/μ0∧2N∧2I∧2r∧2=2.474×10∧12 R∧2U/N∧2I∧2r∧2(C/kg) (9)
【實驗內容】:
1、正確完成儀器的連接。
2、開啟電源,使加速電壓文檔於120V。
3、調節偏轉電流,使電子束的運行軌跡形成封閉的圓,細心調節聚焦電壓,使電子束明亮,緩緩改變亥姆茲線圈中的電流,觀察電子束大小、偏轉的變化。
4、測量步驟:
(1)調節儀器後線圈上的反射鏡的位置,以方便觀察。
(2)移動測量機構上的滑動標尺,用黑白分界的中心刻度線,對准電子槍口與反射鏡中的像,採用三點一線的方法測出電子圓的右端點,從游標上讀出刻度數,並記錄。
(3)再次移動滑動標尺到電子圓的左端點,採用同樣的方法讀出刻度數,並記錄,同時記錄對應的電流值。
(4)用公式r=(S1-S0)/2求出電子圓的半徑
(5)記錄實驗環境條件,整理好實驗儀器。
【數據處理】
測量值
r
U
I
78.11
112
1.26
78.27
121
1.35
63.85
127
1.59
98.98
117
1.01
83.25
102
1.07
【誤差分析】
1、 系統誤差
(1) 實驗理論和實驗方法不完善帶來的誤差,例如理論公式的近似性或實驗條件達不到理論要求。
(2) 實驗儀器不準確或使用不當造成的誤差,例如,儀器本身存在某些缺陷,或沒有在規定條件下使用儀器。
(3) 環境條件有規律地變化所引起的誤差,例如,溫度、氣流、電壓的變化對測量結果帶來一定影響。
(4) 實驗者的某些不足也會產生系統誤差,例如,由於生理或心理的特點,有人估計讀書時總是偏大或偏小。
2、 隨機誤差
(1) 實驗周圍環境或操作條件的微笑波動。
(2) 觀測者本人在判斷和估計讀數上的變動性。
(3) 測量儀器指示數值的變動性。

B. 大學物理實驗 關於電子荷質比的測定實驗課後習題

你們是怎樣測量荷質比的?一半的測量荷質比的方法是讓靜止粒子在電場中先加速,獲取一個動能,然後進入一個與電場垂直的磁場,在洛倫茲力的作用下做圓周運動。通過測量圓周運動的直徑,就可以得出荷質比了。具體推導:
粒子在電場中獲得動能Ek=Uq=0.5mv²……①。
再在磁場強度為B的磁場中圓周運動,
洛侖茲力提供向心力,qvB=mv²/r=2Ek/r=2Uq/r……②,
故有:v=2U/Br,代入①:Uq=2mU²/B²r²,即:q/m=2U/(Br)²。
其中,Br也被稱作磁剛度。

C. 電子荷質比的測定的方法

若用電磁偏轉
先使它通過速度選擇器
適當調節E
B
V=E/B
(1)電偏轉:垂直平行板射入
則偏距
Y=1/2×mU/qB×L²//V²

q/m=2mdyE²/UL²B²
-------這些量都是可測量的宏觀量
(2)磁偏轉:(既質譜儀)設感光底片離入射點的距離為對d
d=2R=2mv/qB=2E/dB²
---同樣這些量都是可測量的宏觀量
當然
最早測定它的是密立根油滴實驗

D. 電子比荷測量的實驗中,電偏轉靈敏度與電子的速度的關系是什麼

電子比荷測量的實驗中,電偏轉靈敏度與電子的速度的關系是:當電子速度越慢時,受到的電場力的作用時間越長,偏轉角度也就越大。

增加加速電壓後,對同樣的偏轉度,需要更大的偏轉電壓,也就是增加了偏轉電壓的變化幅度,因而增加了靈敏度。

電子比荷測量注意事項:

歷史上就是首先測出了電子的荷質比,又測定了電子的電荷量,從而得出了電子的質量,證明原子是可以分割的。測定電子荷質比有多種不同的方法,如磁聚焦法、磁控管法、湯姆遜法及雙電容法等,該實驗是利用縱向磁場聚焦法測定電子荷質比。

E. 電子荷質比是多少

慢速電子荷質比為e/m=(1.758802±0.000005)×10的11次方C/Kg。當速度達到光速之半時,電子的荷質比將為e/m=1.523165480176071×10的11次方C/Kg。

帶電粒子的電量與其質量之比,是基本粒子的重要數據之 一。測定荷質比是研究帶電粒子和物質結構的重要方法。英國人湯姆遜首先利用磁場測出電子的荷質比。

1897年J.J.湯姆孫通過電磁偏轉的方法測量了陰極射線粒子的荷質比,它比電解中的單價氫離子的荷質比約大2000倍,從而發現了比氫原子更小的組成原子的物質單元,定名為電子。

(5)實驗方法測量電子荷質比有哪些擴展閱讀

電子屬於亞原子粒子中的輕子類。輕子被認為是構成物質的基本粒子之一。它帶有1/2自旋,即又是一種費米子(按照費米—狄拉克統計)。電子所帶電荷為e=1.6×10-19C(庫侖),質量為9.11×10-31kg(0.51MeV/c2),能量為5.11×103eV,通常被表示為e⁻。

電子的反粒子是正電子,它帶有與電子相同的質量,能量,自旋和等量的正電荷(正電子的電荷為+1,負電子的電荷為-1)。

物質的基本構成單位——原子是由電子、中子和質子三者共同組成。中子不帶電,質子帶正電,原子對外不顯電性。相對於中子和質子組成的原子核,電子的質量極小。質子的質量大約是電子的1840倍。

當電子脫離原子核束縛在其它原子中自由移動時,其產生的凈流動現象稱為電流。

各種原子束縛電子能力不一樣,於是就由於失去電子而變成正離子,得到電子而變成負離子。

F. 荷質比的測量有哪些方法

基本電荷量的測量時,螺線管中的電流方向要反向測量一次,正向測量一次的主要原因是為了消除地球磁場和其他外界磁場對實驗結果的影響。

G. 電子荷質比,實驗中用什麼方法能使電子束聚焦,電子束聚焦有什麼應用

實驗中,當利用電子束的磁聚焦測量電子荷質比時,測量計算值一般會偏小,通過對不同實驗方式的多組實驗數據的分析處理,提出了使誤差最小的測量方式.

H. 磁偏轉法測定電子荷質比的實驗中確定圓環大小方法有哪些

湯姆生曾採用電場,磁場偏轉法測定電子的荷質比.方法如下:先使電子垂直通過寬l的勻強電場區域,測出偏角θ(設θ≈tgθ);再使電子以同樣的速度垂直射入勻強磁場,使它經長l的圓弧後射出磁場,

I. 用縱向磁聚焦法測定電子荷質比

這個從理論上是判斷不了的,比如14C,13C,12C等,他們的質子數是一樣的(同種元素),中子數不同,因而質量數不同,我們稱他們為碳的核素。

而原子核中能容納多少個中子,這個問題就非常復雜了,牽涉到了強互作用力,目前也是物理上面最前沿的部分,很難回答出來一個具體的結論,所以至少以現有的知識很難告訴你怎麼從理論上判斷核素。

實驗室裡面判斷核素,則需要先引入一些概念,比如豐度(Abundance of elements),質荷比(m/z)。理論依據則是洛倫茲力(大概是高二學的吧):電荷在磁場中發生偏轉。很顯然的就可以明白,帶有相同電荷的不同質量的原子核,她們偏轉的角度是不一樣的。根據這個現象,我們可以在水平方向上發射一系列離子(最好電荷數是一樣的),同時在豎直方向上外加一個磁場,在重力和洛倫茲力的作用下,不同的離子就被分開了,這時候引入質荷比的概念,質荷比的離子先落下來,質荷比小的多飛一段時間。以上方法在物理上被稱為磁聚焦法(當然實際過程要復雜的多),在化學上實現檢測的儀器叫做質譜。

為了方便理解這個過程,可以把電荷數取1來理解,比如Na+。如果發射一束Na+,那麼在質荷比=23的位置我們會得到一個峰,這個信號就代表了23Na+,這時候引入一個概念叫做豐度,指的是不同的核素在自然界中的原子數目百分比。假設存在22Na,且它的豐度和23Na一樣,在質譜上的結果會得到兩個峰,也就是在m/z=22和23的位置上各有一個一樣高的信號峰。理論上,質譜的解析度越高,得到的數據就越精確。但是,實驗室測定的方法只是一個發現的過程,不能夠認為只有這些核素。

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