基于EBIV型电子束实验仪的实验探究
基于EBIV型电子束实验仪的实验探究[20200406130653]
摘要
电子束实验仪是大学物理实验中，能够很突出一些实验思想的仪器，常用来研究电子在电场，磁场的作用下产生的电致偏转和磁致偏转，电聚焦和磁聚焦。常见的电子束实验仪有很多种，本文利用的是EB-IV型电子束实验仪。在现代领域里，电子技术的应用已经深入到各个地方，电视机，示波器，粒子加速器，质谱仪等等都是利用带电粒子在电场和磁场中的运动规律设计而成的。本文意在针对电子束实验仪来完成相关的物理实验，并对所得结果进行分析和总结。探讨了荷质比实验中测量的不确定度，地磁水平分量测量的一些细节，将该仪器的利用最大化，并且还就测量中存在的一些问题进行改进和提高使仪器能够在未来的实验和教学中得到最大的利用。
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关键字:物理实验荷质比电子束实验仪不确定度
目录
第一章 概述 1
1.1本次探究的背景与意义 1
1.2本次探究的背景 2
1.2.1在教学教务方面 2
1.2.2在物理研究方面 2
1.3本次探究的意义 3
第二章 理论原理 4
2.1电致偏转原理 4
2.2磁致偏转原理 5
2.3电子荷质比的测量原理 7
2.4测量地磁场强度水平分量原理 8
2.5电子示波管 9
第三章 实验方法及实验结果分析 11
3.1实验仪器的选择 11
3.2实验测量及结果分析 12
3.2.1电致偏转 12
3.2.2磁致偏转 13
3.2.3电子荷质比的测量 14
3.2.4地磁场强度水平分量的测定 16
第四章 误差不确定度的分析与改进 17
4.1测量的误差 17
4.2测量的不确定度 17
4.3电子荷质比的不确定度分析 19
4.4总结与改进 21
结束语 23
参考文献 25 第一章 概述
1.1本次探究的背景与意义
科学实验，在科学技术的发展中起到了非常重要的作用。自西方启蒙思潮开始后的这几百年来，可以说，不管是艺术文化，还是生活水平，都受到了科学思想的深深影响。科学实验在人们认识自然，开拓与探索新科技中都是一项必不可少的手段。科学规律都应该以严格的实验为基石，这样才能达到认识世界，认识自我的地步。
作为研究自然界里物质运动的最基本，最普遍形式的物理学，在我们刚进大学的时候用了2年的时间来熟悉和运用它。可见，实验在物理领域的重要性。牛顿，伽利略，麦克斯韦的经典物理理论，到后来，爱因斯坦，普朗克，洛伦兹等人的现代理论，是一部活生生的物理学发展史，也是人类认识世界的发展史。纵观这些成就，都离不开对于物理实验的依托，由此可见，在物理学发展的进程中，物理实验和物理理论始终相互依存，相互制约，没有理论的指导，实验是盲目的，没有实验的总结，理论的存在价值可有可无。
物理实验对于理工科的学生而言是首要的，而且是必须过关的一项技能，只有拿到了“钥匙”才能打开物理世界奇妙的大门，才能见识到卢瑟福α粒子散射的魅力，才能见到量子理论诞生的“黑体辐射”，才能见到赫兹电磁波的奇妙，才能见到那来自贝尔的一声震撼，才能见到巴丁三极管的改变世界。
电子束实验仪是大学物理实验中，能够很突出一些实验思想的仪器，常用来研究电子在电场，磁场的作用下产生的电偏，磁偏效应，和电聚焦和磁聚焦。在现代领域里，电子技术的应用已经深入到各个地方，电视机，示波器，粒子加速器，质谱仪等等都是利用带电粒子在电场和磁场中的运动规律设计而成的。本文意在针对电子束实验仪来完成相关的物理实验，并对所得结果进行分析和总结。将该仪器的利用最大化。
物理实验，从调试，安装，再到电路的检测，最后到数据的测量，汇总和分析总结，这些工作的每一项都是在考验我们的耐心和能力，经过这些实验，学生可以很好的把所学的知识应用到具体的实践工作中，老师可以很好的让教学更具有互利性，总结出自己的教育理念。
物理实验发展至今应用技术型的物理实验已经被广泛的接受。无论是中学老师还是大学老师，通过演示实验可以让学生更加的明白所学的理论知识在实际的应用中起到了什么作用，也可以达到互动的模式，方便了教师的教学方法。通过物理实验就能够让所有参与者都能体会到动手的乐趣。
1.2本次探究的背景
1.2.1在教学教务方面
21世纪伊始是信息和技术飞速发展的时代，对于新型人才的培养更是日益的重要。当前的教育体系与教学内容与新世纪的新观念、新思维，新方法还没能完的契合，这需要教育环节中各方面长期共同努力才能有所好转。而物理实验作为一种沿用至今的古老而又实效的教学方式有着不可替代的作用，虽然它本身也存在着缺陷，但它能够在一定程度上弥补理论学习所存在的不足。教师应根据学生的喜好，抓住学生对实验感兴趣，较热情的特点，充分利用物理实验辅助教学。因此，在物理实验的设计上，教师应该做足功课，努力做到在突出物理实验特点的同时，尽可能的把物理实验设计的更有互动性和启发性，指导学生自己动手来完成实验。但这里还有一个度的问题，万万不可为了吸引学生的注意力而刻意的去追求新意、启发性，做得过于极端，以至顾此失彼，得不偿失。此外针对目前各高校大学物理实验开放化的趋势，教师还可以利用虚拟的物理演示实验来帮助学生在选课前对实验能有一个直观深入的了解。
1.2.2在物理研究方面
粒子加速器和质谱仪都是物理研究方面的结果，早期为了探究原子核内部的结构，人们发明了粒子加速器，后经过几十年的发展，和改进，粒子加速器也被应用到更多的方面，无论是工业制造，医学研究，还是地质勘测，都会有他们的身影。中国的粒子加速器起不及西方，但是国家仍旧花费巨资来建设这些高能物理研究装置。随着科学技术的发展，人类对于物质结构的认识已经从身边五彩的世界“看到”了里面的东西，甚至接近了最本质的东西，抛去对于物质的追求，从科学的角度来讲，这些深入是人类历史的进程，从大的方面真正反映出一个国家的实力和对于科学的态度。当然，每随着脚步的深入，都会带来巨大的社会效益和经济效益。原子核外电子的发现让无线电，半导体，电视，雷达，进入我们的生活。原子能的利用在这里就不详细赘述了。
区别于基础实验（偏重于基本物理知识）和更高的设计实验（偏重于理论的可行性的创造实验），应用技术的实验主要是利用已有的物理实验设备对所做的研究进行验证，并且借助于此设备对一些具有一定目的自然现象进行人为的控制和模拟，并进行反复的观察和研究，其中允许忽略到一些次要的因素，突出主要的因素。本次所做的实验就是一种应用技术型实验，通过实验来人为的控制电子的偏转和聚焦，以此来间接的完成对一些重要物理量的测定。
1.3本次探究的意义
本次实验研究的是利用电子束实验仪对电子的测定。电子在电场的偏转，在磁场的偏转，通过电子的磁聚焦来对电子的荷质比进行测定通过对于地磁场的分量的研究，利用该次实验测量当地地磁场的大小。综上这些研究不仅可以加深对一些电子偏转理论的理解，还可以大大的提高了动手的能力和解决问题的能力，在以后的工作和学习中都能够轻松的应用到其他的实际应用中。
第二章 理论原理
2.1电致偏转原理
电子垂直通过电场时，所受电场力的方向与电场的方向相反，在加速电压V2的作用下，从电子枪射出速度为 的电子具有动能 ，且有
（2-1）
式中 电子电荷 ；
电子质量。
进入偏转板的电子，在Y方向上做速度为零的匀加速运动。设偏转板上所加电压为 ，板长为l，板间距为d，板间电场强度为 ，板右端至屏的距离为L，如图2-1所示。
图2-1 电致偏转原理图
电子所受的Y方向上的力为 ，加速度为 ，而 ，为电子渡越l的时间，于是，电子在离开偏转板时，Y方向的速度为
（2-2）
摘要
电子束实验仪是大学物理实验中，能够很突出一些实验思想的仪器，常用来研究电子在电场，磁场的作用下产生的电致偏转和磁致偏转，电聚焦和磁聚焦。常见的电子束实验仪有很多种，本文利用的是EB-IV型电子束实验仪。在现代领域里，电子技术的应用已经深入到各个地方，电视机，示波器，粒子加速器，质谱仪等等都是利用带电粒子在电场和磁场中的运动规律设计而成的。本文意在针对电子束实验仪来完成相关的物理实验，并对所得结果进行分析和总结。探讨了荷质比实验中测量的不确定度，地磁水平分量测量的一些细节，将该仪器的利用最大化，并且还就测量中存在的一些问题进行改进和提高使仪器能够在未来的实验和教学中得到最大的利用。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:物理实验荷质比电子束实验仪不确定度
目录
第一章 概述 1
1.1本次探究的背景与意义 1
1.2本次探究的背景 2
1.2.1在教学教务方面 2
1.2.2在物理研究方面 2
1.3本次探究的意义 3
第二章 理论原理 4
2.1电致偏转原理 4
2.2磁致偏转原理 5
2.3电子荷质比的测量原理 7
2.4测量地磁场强度水平分量原理 8
2.5电子示波管 9
第三章 实验方法及实验结果分析 11
3.1实验仪器的选择 11
3.2实验测量及结果分析 12
3.2.1电致偏转 12
3.2.2磁致偏转 13
3.2.3电子荷质比的测量 14
3.2.4地磁场强度水平分量的测定 16
第四章 误差不确定度的分析与改进 17
4.1测量的误差 17
4.2测量的不确定度 17
4.3电子荷质比的不确定度分析 19
4.4总结与改进 21
结束语 23
参考文献 25 第一章 概述
1.1本次探究的背景与意义
科学实验，在科学技术的发展中起到了非常重要的作用。自西方启蒙思潮开始后的这几百年来，可以说，不管是艺术文化，还是生活水平，都受到了科学思想的深深影响。科学实验在人们认识自然，开拓与探索新科技中都是一项必不可少的手段。科学规律都应该以严格的实验为基石，这样才能达到认识世界，认识自我的地步。
作为研究自然界里物质运动的最基本，最普遍形式的物理学，在我们刚进大学的时候用了2年的时间来熟悉和运用它。可见，实验在物理领域的重要性。牛顿，伽利略，麦克斯韦的经典物理理论，到后来，爱因斯坦，普朗克，洛伦兹等人的现代理论，是一部活生生的物理学发展史，也是人类认识世界的发展史。纵观这些成就，都离不开对于物理实验的依托，由此可见，在物理学发展的进程中，物理实验和物理理论始终相互依存，相互制约，没有理论的指导，实验是盲目的，没有实验的总结，理论的存在价值可有可无。
物理实验对于理工科的学生而言是首要的，而且是必须过关的一项技能，只有拿到了“钥匙”才能打开物理世界奇妙的大门，才能见识到卢瑟福α粒子散射的魅力，才能见到量子理论诞生的“黑体辐射”，才能见到赫兹电磁波的奇妙，才能见到那来自贝尔的一声震撼，才能见到巴丁三极管的改变世界。
电子束实验仪是大学物理实验中，能够很突出一些实验思想的仪器，常用来研究电子在电场，磁场的作用下产生的电偏，磁偏效应，和电聚焦和磁聚焦。在现代领域里，电子技术的应用已经深入到各个地方，电视机，示波器，粒子加速器，质谱仪等等都是利用带电粒子在电场和磁场中的运动规律设计而成的。本文意在针对电子束实验仪来完成相关的物理实验，并对所得结果进行分析和总结。将该仪器的利用最大化。
物理实验，从调试，安装，再到电路的检测，最后到数据的测量，汇总和分析总结，这些工作的每一项都是在考验我们的耐心和能力，经过这些实验，学生可以很好的把所学的知识应用到具体的实践工作中，老师可以很好的让教学更具有互利性，总结出自己的教育理念。
物理实验发展至今应用技术型的物理实验已经被广泛的接受。无论是中学老师还是大学老师，通过演示实验可以让学生更加的明白所学的理论知识在实际的应用中起到了什么作用，也可以达到互动的模式，方便了教师的教学方法。通过物理实验就能够让所有参与者都能体会到动手的乐趣。
1.2本次探究的背景
1.2.1在教学教务方面
21世纪伊始是信息和技术飞速发展的时代，对于新型人才的培养更是日益的重要。当前的教育体系与教学内容与新世纪的新观念、新思维，新方法还没能完的契合，这需要教育环节中各方面长期共同努力才能有所好转。而物理实验作为一种沿用至今的古老而又实效的教学方式有着不可替代的作用，虽然它本身也存在着缺陷，但它能够在一定程度上弥补理论学习所存在的不足。教师应根据学生的喜好，抓住学生对实验感兴趣，较热情的特点，充分利用物理实验辅助教学。因此，在物理实验的设计上，教师应该做足功课，努力做到在突出物理实验特点的同时，尽可能的把物理实验设计的更有互动性和启发性，指导学生自己动手来完成实验。但这里还有一个度的问题，万万不可为了吸引学生的注意力而刻意的去追求新意、启发性，做得过于极端，以至顾此失彼，得不偿失。此外针对目前各高校大学物理实验开放化的趋势，教师还可以利用虚拟的物理演示实验来帮助学生在选课前对实验能有一个直观深入的了解。
1.2.2在物理研究方面
粒子加速器和质谱仪都是物理研究方面的结果，早期为了探究原子核内部的结构，人们发明了粒子加速器，后经过几十年的发展，和改进，粒子加速器也被应用到更多的方面，无论是工业制造，医学研究，还是地质勘测，都会有他们的身影。中国的粒子加速器起不及西方，但是国家仍旧花费巨资来建设这些高能物理研究装置。随着科学技术的发展，人类对于物质结构的认识已经从身边五彩的世界“看到”了里面的东西，甚至接近了最本质的东西，抛去对于物质的追求，从科学的角度来讲，这些深入是人类历史的进程，从大的方面真正反映出一个国家的实力和对于科学的态度。当然，每随着脚步的深入，都会带来巨大的社会效益和经济效益。原子核外电子的发现让无线电，半导体，电视，雷达，进入我们的生活。原子能的利用在这里就不详细赘述了。
区别于基础实验（偏重于基本物理知识）和更高的设计实验（偏重于理论的可行性的创造实验），应用技术的实验主要是利用已有的物理实验设备对所做的研究进行验证，并且借助于此设备对一些具有一定目的自然现象进行人为的控制和模拟，并进行反复的观察和研究，其中允许忽略到一些次要的因素，突出主要的因素。本次所做的实验就是一种应用技术型实验，通过实验来人为的控制电子的偏转和聚焦，以此来间接的完成对一些重要物理量的测定。
1.3本次探究的意义
本次实验研究的是利用电子束实验仪对电子的测定。电子在电场的偏转，在磁场的偏转，通过电子的磁聚焦来对电子的荷质比进行测定通过对于地磁场的分量的研究，利用该次实验测量当地地磁场的大小。综上这些研究不仅可以加深对一些电子偏转理论的理解，还可以大大的提高了动手的能力和解决问题的能力，在以后的工作和学习中都能够轻松的应用到其他的实际应用中。
第二章 理论原理
2.1电致偏转原理
电子垂直通过电场时，所受电场力的方向与电场的方向相反，在加速电压V2的作用下，从电子枪射出速度为 的电子具有动能 ，且有
（2-1）
式中 电子电荷 ；
电子质量。
进入偏转板的电子，在Y方向上做速度为零的匀加速运动。设偏转板上所加电压为 ，板长为l，板间距为d，板间电场强度为 ，板右端至屏的距离为L，如图2-1所示。
图2-1 电致偏转原理图
电子所受的Y方向上的力为 ，加速度为 ，而 ，为电子渡越l的时间，于是，电子在离开偏转板时，Y方向的速度为
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