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電子荷質比的測定

實驗. 電子荷質比的測定. 目的. 利用電子在均勻磁場中作等速率圓周運動，測定電子的荷質比。 應用與湯木生不同的實驗方式測量電子荷質比。 應用光學進行微小現象之的觀測。. 歷史. 湯木生對陰極射線管內的射線，進行一系列實驗 實驗 I ： 檢視負電荷是否在磁力的作用下與射線 分開， 發現負電荷與射線是一起的 。 實驗 II ： 檢視射線是否被電場影響而偏折，發現 偏折的方向顯示它 帶負電 。 實驗 III ： 1897 年透過測定陰極射線在磁場和電場

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電子荷質比的測定

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Presentation Transcript

  1. 實驗 電子荷質比的測定

  2. 目的 • 利用電子在均勻磁場中作等速率圓周運動，測定電子的荷質比。 • 應用與湯木生不同的實驗方式測量電子荷質比。 • 應用光學進行微小現象之的觀測。

  3. 歷史 • 湯木生對陰極射線管內的射線，進行一系列實驗 • 實驗 I： 檢視負電荷是否在磁力的作用下與射線 分開，發現負電荷與射線是一起的。 • 實驗 II： 檢視射線是否被電場影響而偏折，發現 偏折的方向顯示它帶負電。 • 實驗 III： 1897年透過測定陰極射線在磁場和電場 的偏轉，獲得電子的電荷對質量的比值。

  4. 湯木生的實驗方式 • 於管中加一與射線垂直的磁場B發現射線亦作偏折偏折方向也顯示射線帶負電。

  5. 湯木生的實驗方式 • 電場和磁場同時作用，調整電場磁場大小使射線不偏折即 eE=evB ，v=E/B，由測出的E及B可得陰極射線中粒子的速率v。 • 將電場除去則射線在磁場內形成一圓弧型，半徑r=mv/eB → e/m=v/Br，將v代入得 e/m=E/B^2r。 • 發現從任何其他來源產生的帶負電粒子e/m值都相同，顯示他們是同一粒子，被命名為電子。

  6. 電子槍 • 電子槍是一種能產生電子束的儀器。在電子顯微鏡、粒子加速器(例如迴旋加速器)等，電子槍都扮演著重要的角色。 • 電子槍內部有一鎢絲線圈，當電流流經線圈，線圈被加熱；當線圈上的電子接收到的熱能超過電子的束縛能，電子便會被激發而跑到線圈的外部。 • 此時若給予一靜電場，被加速的電子，會形成一電子束，最後會通過一個金屬閘門，藉由調整閘門的大小便能選擇電子束的粗細。

  7. 理論 • 電子束以速度垂直射入均勻磁場中，電子所受的磁力恆垂直於磁場及電子速度，故電子將在均勻磁場中作等速率圓周運動，並以磁力為圓周運動之向心力(centripetal force)（如圖一所示）

  8. 理論 • 由於電子從加速電壓V 獲得動能，故

  9. 後續發現 • 1901年，沃爾特考夫曼發現belta射線（高速電子流）的電荷質量比隨速度增大而減小，由於電子電荷守恆，因此實驗表明電子的質量隨速度的增加而增加，成為狹義相對論的實驗基礎之一。 • 1909年密立坎Millicun設計的油滴實驗測得電子的電量 ，故可理論計算出電子質量。

  10. 實驗儀器 望遠鏡(調整焦距使成像清晰) 真空球 望遠鏡組 固定架(用以測量電子軌跡直徑) 調整電子軌跡用 底座

  11. 實驗儀器 觀測示意圖 兩固定架接合處

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