1 / 14

電子受靜電力及磁力作用的偏折 電荷與質量比實驗儀實驗

電子受靜電力及磁力作用的偏折 電荷與質量比實驗儀實驗. 目的 : 觀察陰極射線管 (cathode ray tube, CRT) 中之電子束在電場 ( E ) 及磁場 ( B ) 中之偏折運動情形，並測量電子的荷質比 ( e/m 比 ) 原理 : Lorentz force F = q ( E + v x B) [SI unit: N = C · (V/m) = C·(m/s).T] . 陰極射線管 CRT 的內部結構 控制柵極 G 聚焦陽極 F 加速陽極 A ( 總電位 V 1 ) 水平偏壓 ( 偏折 ) 平行電極板

bingham
Download Presentation

電子受靜電力及磁力作用的偏折 電荷與質量比實驗儀實驗

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 電子受靜電力及磁力作用的偏折 電荷與質量比實驗儀實驗 目的:觀察陰極射線管(cathode ray tube, CRT)中之電子束在電場(E)及磁場(B)中之偏折運動情形，並測量電子的荷質比(e/m比) 原理: Lorentz force F = q(E + v x B) [SI unit: N = C·(V/m) = C·(m/s).T] • 陰極射線管CRT的內部結構 • 控制柵極G • 聚焦陽極F • 加速陽極A (總電位V1) • 水平偏壓(偏折)平行電極板 • 垂直偏壓(偏折)平行電極板 • Z方向無偏折之電子束 • 螢光幕 • 陰極射線管(CRT)內的加熱燈絲 • 陰極射線管(CRT)內的陰極C 陰極射線管CRT的內部結構

  2. 實驗步驟： I. 陰極射線管電源 1. 陰極射線管(D = 95 mm, L = 10 cm, d = 3.5 mm) 插入CRT基座(Unilab 031.502) X為X電板輸入端 Y為Y電板輸入端 A1為最後加速陽極 Z接柵極 2. CRT基座接CTR電源供應(032.332) 之五腳CRT插座(tube supply) 注意：高壓電源! 接電路前, 確定電源供應器 開關為關(off)(燈暗) 3. 調整CRT亮點之 亮度(brill)(加速陽極) 及焦距(focus)(聚焦陽極) 偏極板參數 L=1cm D=9.5cm 1cm 10cm 3.5mm 12.8cm Y板 X板

  3. II、電場偏折 1. 放大器(amplifier)(2)(032.842)接CRT電源供應器(1) (032.332)之aux unit直流電源(6 V) 2. 產生交流電場: 電源供應器(1)之交流電壓(6 Vrms)接到放大器之 交流耦合A (alternating coupling)輸入端 +共用端C (common) AC: 只有ac信號進入(串聯電容器) DC: 直流耦合D (direct coupling): ac/dc信號均可進入 3. 放大器之X/Y輸出端接CRT基座(3) (031.502)之垂直Y電板輸入 4. 利用放大器之增益(gain)及 移動 (shift) 鈕，觀察及調整Y方向 之亮線位置及長度/電壓振幅值 l = 2Vm (校正後) Y靈敏度(sensitivity): 23 V/ cm Q :如何量週期T? (1) (3) (2)

  4. III.交流電壓波形及頻率 1. 時基產生器(2)產生掃描鋸齒波 (掃描週期可調) 2. 時基產生器(2)同步掃描鋸齒波 (掃描週期可調)輸出接水平 放大器(3)輸入DC端(下頁) 3. 水平放大器(3)之輸出端接 CRT基座之水平電板輸入(5) (水平輸入為時間t)(校正後)

  5. 3. (5)垂直Y電板輸入不變 但垂直放大器(4)輸入接DC端 (垂直輸入為電壓V) 4. 放大器輸入A端同步接 時基產生器(2)(032.892) (time base generator) 同步輸入端(sync) 5. 觀查CRT之波形Y(X) = V(t), 量振幅(Vm)及週期(T)

  6. IV. 磁場偏折 • 產生磁場：直流電源供應器(5) 接到共軸雙線圈螺線管(2) (031.402)，線圈數為N = 3000圈 + 3000圈。 • 利用可變電阻(4)及安培計(3) 調整及測量電流(I)大小，因磁場B NI，所以可求算B值。 • 3.共軸雙線圈螺線管放於CRT 基座(1)之CRT上。 • 4.利用不同方式測量電子的e/m比值。 (1) (2) (5) (3) (4)

  7. 磁場測量 m0:磁導率=1.26*10-6T-m/A; n: 線圈單位長度的圈數; I:電流(A)

  8. 電子在電場/磁場中之偏折求e/m值 1. 使B=0，偏折板加電壓V， E=V/d得E，則 偏距離SE 為 2. 使E=0，偏折板加一磁場B，方向與電子初速度互相垂直, 偏移距離Sm 為 由1, 2可得電子的荷值比

  9. 湯姆遜法測e/m值 1. 在X偏折板加電場及Y偏折板加磁場的作用下，使電子不偏折 SE + SB = 0 記錄電壓V及電流I 2. 關掉線圈電源(B=0)，記錄偏折距離SE v = E/B E=V/d 代入 SE 及v 電子的荷值比

  10. 由加速電壓求得e/m值 1. 利用亮點沒偏折SE + SB = 0, 紀錄電壓及磁場 因 得電子的荷值比 vz = E/B ; V1是加速電壓，由量測”emf” 接線端得到

  11. 電子的電荷與質量比實驗儀 • 使用簡單的元件荷姆茲線圈，製造大範圍的磁場 • 使電子從陰極射線管( CRT)射出後，作圓周運動 • R是兩線圈距離14cm，V是加速電壓， 是磁性係數，N是線圈的砸數是140，i是實驗測得通過線圈之電流，r是電子束迴轉半徑 • 可直接觀察到電子受電場和磁場作用所產生的偏折軌跡

  12. 湯姆生實驗與電子的電荷與質量比實驗儀的比較湯姆生實驗與電子的電荷與質量比實驗儀的比較 • 湯姆生實驗CRT剛問市的實驗，方法老舊，要先知CRT的偏折x板，偏折y板長度，及偏折板間距，及偏折板至螢幕長度，參數眾多，方法繁覆，誤差大 • 湯姆生實驗(課本16-1頁)，所作出的螺線圈產生之小範圍磁場，電子產生小偏折，然後直射至CRT銀幕，用偏折後取直射螢幕得Sm及Se 之銀幕偏移距離，其誤差會較大 • 因其參數多，如L〈偏折板長度〉，D 〈偏折板至螢幕長度〉，d 〈偏折板間距〉， B〈螺管線圈〉，E〈電場〉，誤差會較大 • 小螺管線圈所產生的磁場是使用螺管線圈之磁場公式，其誤差應大於荷姆茲線圈之磁場數據。 • 小螺管線圈位置沒放至X板位置，誤差會較大

  13. 電子的電荷與質量比實驗儀實驗值 • 加速電壓130V，磁場電流1.2Amp，迴轉半徑0.03m，計算得 e/m=2.48x1011 • 理論值e/m=1.758x1011 • 相對於湯姆生實驗荷質比實驗值具一個數量級以上誤差，電荷與質量比實驗儀表現相對優異。

More Related