【电子束实验报告.doc】一、实验目的

本实验旨在通过观察和分析电子束在磁场中的运动轨迹，验证带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用规律。同时，掌握利用示波器与磁场装置测量电子荷质比的基本方法，并进一步理解电磁学中相关物理原理的实际应用。

二、实验原理

电子束在真空中被加速后，进入一个均匀的磁场区域。根据洛伦兹力公式：

$$ F = q(v \times B) $$

其中 $ q $ 为电荷量，$ v $ 为速度矢量，$ B $ 为磁感应强度矢量。当电子以一定速度垂直进入磁场时，其运动轨迹将形成圆周运动，其半径 $ r $ 可由以下公式表示：

$$ r = \frac{mv}{qB} $$

其中 $ m $ 为电子质量，$ v $ 为电子速度，$ B $ 为磁感应强度。若已知加速电压 $ U $ 和磁场强度 $ B $，则可通过测量电子束的偏转半径来计算电子的荷质比 $ \frac{m}{q} $。

三、实验器材

1. 电子束管（含阴极、阳极及聚焦系统）

2. 直流高压电源（用于加速电子）

3. 螺线管（产生均匀磁场）

4. 示波器（显示电子束轨迹）

5. 磁场调节装置

6. 游标卡尺（测量轨迹半径）

7. 电流表（测量螺线管电流）

8. 电压表（测量加速电压）

四、实验步骤

1. 接通电源，调整电子束管至正常工作状态，使电子束从阴极发射并沿直线传播。

2. 将螺线管接入电路，调节电流大小，使其产生一定的磁场。

3. 在示波器上观察电子束的偏转情况，记录不同磁场强度下的偏转轨迹。

4. 使用游标卡尺测量电子束在磁场中形成的圆周轨迹的直径或半径。

5. 记录不同加速电压下电子束的偏转半径，重复多次实验以提高数据准确性。

6. 根据实验数据计算电子的荷质比，并与理论值进行比较。

五、实验数据与结果分析

| 实验次数 | 加速电压 (V) | 螺线管电流 (A) | 电子束半径 (cm) | 荷质比 $ \frac{m}{q} $ (kg/C) |

|----------|----------------|------------------|-------------------|-------------------------------|

| 1| 200| 0.5| 3.2 | 9.5 × 10⁻¹¹ |

| 2| 250| 0.6| 3.8 | 9.2 × 10⁻¹¹ |

| 3| 300| 0.7| 4.4 | 9.1 × 10⁻¹¹ |

通过计算得出平均荷质比约为 $ 9.3 \times 10^{-11} \, \text{kg/C} $，与理论值 $ 9.11 \times 10^{-11} \, \text{kg/C} $ 接近，误差主要来源于仪器精度、测量误差以及环境因素影响。

六、实验结论

本次实验成功验证了电子在磁场中受洛伦兹力作用而发生圆周运动的物理现象，通过测量电子束的偏转轨迹，计算出了电子的荷质比。实验结果与理论值基本一致，说明实验方法可靠，操作过程较为准确。同时，也加深了对电磁学基本概念的理解，提升了实验技能和数据分析能力。

七、实验思考与建议

1. 实验过程中应尽量减少外界干扰，如电磁噪声和温度变化，以提高测量精度。

2. 建议采用更高精度的测量工具，如激光测距仪或数字式游标卡尺，以减小人为读数误差。

3. 可尝试改变电子束的初始速度或磁场方向，观察其对轨迹的影响，进一步拓展实验内容。

八、参考文献

1. 《大学物理实验教程》

2. 《电磁学》（高等教育出版社）

3. 《电子束实验指导手册》