實驗

電子荷質比的測定1

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）

電子軌道半徑電子質量向心力

:

:

:

2

r

m

F

evBr

mvF

N

N

7

理論由於電子從加速電壓 V 獲得動能，故

22

2

2

2

1

Br

V

m

e

eVmv

整理後可得電子荷質比

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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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實驗儀器

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真空球

望遠鏡組

底座調整電子軌跡用

固定架(

用以測量電子軌跡直

徑)望遠鏡 (調整焦距使成像清晰 )

實驗儀器

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兩固定架接合處 觀測示意圖