Transcript 實驗七

實驗
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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）
2
mv
FN 
 evB
r
FN : 向心力
m : 電子質量
r : 電子軌道半徑
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理論
 由於電子從加速電壓V 獲得動能，故
1 2
m v  eV
2
整理後可得電子荷質比
e
2V
 2 2
m r B
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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。
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望遠鏡(調整焦距使成像清晰)
實驗儀器
真
空
球
望
遠
鏡
組
(
固
定
架
用
以
測
量
電
子
軌
跡
直
徑
10
底座
)
調整電子軌跡用
實驗儀器
兩固定架接合處
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觀測示意圖