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按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,古煥球,(,物理館,101,室,)(hckuphys.nthu.edu,tw),講解及實驗時間,:,星期六下午,講解室,:,物理館,019,室,實驗室,:,綜三館普物實驗室,(,助教負責,),實驗課本,:,清華大學,普通物理實驗課本,+,講義,11/12 (,物理館,019,室,)2:00-4:00,-,講解實驗,8:,電場,(,課本實驗,14),-,講解實驗,9:,電子受靜電力及磁力作用的偏折,(,課本實驗,15/16),12/10,實驗,8,(,助教,)(,綜三館實驗室,)1:00-4:00,01/21,實驗,9,(,助教,)(,綜三館實驗室,)1:00-4:00,高中資優計畫物理實驗,-,高二上學期,(11/2005,),實驗室規則,實驗前:,1.簽到,2.繳交本次預習報告(2頁/實驗準備)及上次實驗報告,3.檢查儀器(有問題通知助教或技術員),實驗中,1.注意平安,2.保護儀器,3.遵照助教及課本規定進行實驗,實驗後,1.整理儀器,2.實驗數據助教簽名,實驗,8:,電場,(,課本實驗,14),目的,:,測量等位面以求電荷之電場分佈,原理,:,庫倫靜電定律,(Coulomb electrostatic law):,一試驗點電荷,Q,受一靜止點電荷,q(,相距,r),之靜電力,F,=(1/4,pe,0,)(qQ/r,2,),r,(N),電充常數,(permittivity constant),e,0,1/c,2,m,0,=1/(3.00 x 10,8,),2,.4,p,x10,-7,=8.85 x 10,-12,C,2,/N.m,2,(SI units),電場,(electric field):,靜止點電荷,q,產生之電場,E=,lim,Q,0,F/,Q,=,(1/4,pe,0,)(q/r,2,),r,(N/C=V/m),多點電荷,q,i,產生之總電場,:,E=,(1/4,pe,0,),S,i,(q,i,/r,i,2,),r,i,電場線,(,向量,):,1.,起於正電荷,終於負電荷,;2.,任一點上,電場線切線為電場方向,3.,單位截面積,電場線數與電場強度成正比,(8-1),(,例,),各種電荷分佈產生之總電場,(,導體內靜電場為零,),(8-2),實驗不量電場,量等位面,電位(electric potential),點電荷q產生之電位(純量):,V=(1/4pe0)(q/r)(V=J/C),(以無限遠為零點),多點電荷qi產生之總電位:,V=(1/4pe0)Si(qi/ri),電場E中a,b二點之電位差,DV=Vb Va=-ab E.dl,(積分與路徑無關),等位面(equipotential surface):,相同電位形成之外表,-電場垂直等位面,(例)各種電荷分佈產生之總電場,及等位面(平面上成等位線),(8-3),實驗,:,1.,直流電源供應器,(dc power supply)(1),接於於電板電容器,(plate capacitor)(4),的,XY,接頭兩端充電,(q,-q),建立電場,E,(8-4),(注意平安及保護儀器):接電路前,確定直流電源供應器開關為關(off),2.多組相同電阻器(R)串聯後接於於電板(4)的XY接頭兩端,=與直流電源供應器(1)並聯(相同電位差),(用三用電表測電阻器電阻/實驗17附錄),3.檢流器(ammeter)(2)一端接電阻器端(圖中C點),另一端探頭(3),於電板電場中,4.如兩端無電位差(DV=0),則檢流器無電流(I=0),(零點測量/null measurement),5.移動探頭,畫出一條等位線,6.電阻器端接A,B,C,H點,可畫出多條等位線,7.由等位線畫出垂直之電場線(E),8.換導電板形狀(不同形狀之電容器),求不同電場分佈,(8-5),電場分佈由電板,電容器,中,導電板形狀,決定,(8-6),實驗,9:,電子受靜電力及磁力作用的偏折,(,課本實驗,15/16),目的,:,觀察及測量陰極射線管,(cathode ray tube,CRT),中電子束在電,場,(E),及磁場,(B),中之偏折運動,測量電子,e/m,比,原理,:,F,=e(,E,+,v,x,B,),N=C.(V/m)=C.(m/s).T,1.,陰極射線管,(CRT),加熱燈絲,(8),將陰極,C(9),加熱放出電子,經控制柵極,G(1),聚焦陽極,F(2),及加速陽極,A(3)(,總電位,V,1,),後,往,Z,方向,(6),等速運動,mv,z,2,/2=eV,1,打,到,螢光幕,(XY,面,)(7),上零點成一亮點,(,電子質量,m=9.11 x 10,-31,kg,電荷,e=-1.60 x 10,-19,C),(9-1),2.,電子在直流電場中之偏折,利用水平電板,X(4),及垂直電板,Y(5),之均勻電場,(E),來偏折電子束,如電板,Y,長,L,兩板距離,d,直流電位差,V,2,(E=V,2,/d),電子離開電板後距螢光幕,D,則電子在,Y,方向偏折,S,E,S,E,=L(2D+L)/4d(V,2,/V,1,),=(DL+L,2,/2)eE/mv,z,2,螢光幕,(XY,面,)Y,軸上,S,E,有一亮點,3.,電子在交流電場中之偏折,如電板,Y,加交流電,頻率,f=,w,/2,p,=1/T,V(t)=V,m,sin,w,t=,2V,rms,sin(2,p,t/T),則因高頻,電子在螢光幕成,一亮線,長,l,l=2S,E,=L(2D+L)/2d(V,2,/V,1,),(note),家電,V,rms,=110 V,f=60 Hz,(9-2),4.,電子在磁場中之偏折,利用共軸雙線圈螺線管之均勻磁場,(B),來偏折電子束,如磁場在,x,方向,(,長,L),電子離開磁場後距螢光幕,D,則電子在,Y,方向偏折,S,B,(,S,m,),S,B,=-(DL+L,2,/2)eB/mv,z,螢光幕,(XY,面,)Y,軸上,S,B,有一亮點,5.,如同時加電場及磁場使電子不偏折,S,E,+S,B,=0,eE=ev,z,B,v,z,=E/B,代入,S,E,或,S,B,求,e/m,比,(9-3),實驗:,I.陰極射線管電源,1.陰極射線管(CRT)(X=60 mm,Y=54 mm,D=115 mm,L=11 mm,d=1.65 mm),插入CRT基座(Unilab 031.502),X為X電板輸入,Y為Y電板輸入,A1為最後加速陽極,Z接柵極,2.CRT基座接CTR電源供應(032.332),之五腳CRT插座(tube supply),(注意平安及保護儀器):,高壓電源!,接電路前,確定電源供應器,開關為關(off)(燈暗),3.調整CRT亮點之,亮度(brill.)(加速陽極),及焦距(focus)(聚焦陽極),(9-4),II.,電場偏折,1.,放大器,(amplifier)(2)(,032.842,),接,CRT,電源供應器,(1),(,032.332,),之,aux unit,直流電源,(6 V),2.,產生交流電場,:,電源供應器,(1),之交流電壓,(6 V,rms,),接到放大器之,交流耦合,A(alternating coupling),輸入端,+,共用端,C(common),AC:,只有,ac,信號進入,(,串聯電容器,),DC:,直流耦合,D(direct coupling):,ac/dc,信號均可進入,3.,放大器之,X/Y,輸出端接,CRT,基座,(3),(,031.502,),之垂直,Y,電板輸入,4.,利用放大器之增益,(gain),及,移動,(shift),鈕,觀察及調整,Y,方向,之亮線位置及長度,/,電壓振幅值,l=2V,m,(,校正後,),Y,靈敏度,(sensitivity):23 V/1 cm,(Q):,如何量週期,T?,(9-5),III.,交流電壓波形及頻率,1.(5),垂直,Y,電板輸入不變,但垂直放大器,(4),輸入接,DC,端,(,垂直輸入為電壓,V),2.,放大器輸入,A,端,同步,接,時基產生器,(2)(,032.892,),(time base generator),同步輸入端,(sync),3.,時基產生器,(2),同步掃描鋸齒波,(,掃描週期可調,),輸出接水平放大,器,(3),輸入,DC,端,4.,水平放大器,(3),之輸出端接,CRT,基座,(3),之水平,X,電板輸入,(,水平輸入為時間,t)(,校正後,),5.,觀查,CRT,之波形,Y(X)=V(t),量振幅,(V,m,),及週期,(T),(9-6),IV.,磁場偏折,1.,產生磁場,:,直流電源供應器,(5),接到共軸雙線圈螺線管,(2),(,031.402,)(n=3000+3000,圈,),利用可變電阻,(4),及安培計,(3),調整及測量電流,(i),大小,磁場,B,n.i,2.,共軸雙線圈螺線管放於,CRT,基座,(1),之,CRT,上,3.,利用不同方式測量電子,e/m,比值,(9-7),
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