电子在磁场中的聚焦及电子荷质比的测定

1、电子在磁场中的聚焦及电子荷质比的测定班级：姓名：日期：2011/6/1 地点：理科楼1.用磁聚焦法测定电子的荷质比【实验目的】：1 研究磁场几乎平行与电子束情况下电子的运动2 用聚焦法测定电子荷质比【实验原理】当把示波管的轴线方向沿均匀磁场B 的方向放置， 在阴极 K 和阳极 A1 之间加以电压V2 ，使阴极发射的电子加速。设阴极热电子脱离阴极K 后沿磁场方向的初速度为零。经阴极 K 与阳极 A1 之间的电场加速后，速度为v，这时电子动能增加为由能量守恒定律可知，电子动能的增加应等于电场力对它所做的功（第一阳极 A1 与第二阳极 A2 连接在一起） 。则有只要加速电压V2 确定，电子沿磁场方向

2、的速度v11 是确定的。而且电子经过第一阳极 A1 后，由于第二阳极和两对偏转板（ X 轴和 Y 轴偏转板） 与 A1 同电位， 因此电子在第二阳极 A2 至荧光屏之间将不再受电场力的作用，电子的v11 将不再改变。把式（1.6）代入（1.5），则（ 1.7）由式（ 1.7）可知， l 是 B 和 V2 的函数。调节V2 和 B 的大小，可以使电子束在磁场的方向上任意位置聚焦。当l 正好等于示波管的阳极和荧光屏之间的距离d 时，可以在荧光屏上看到一个小亮点（电子已聚焦）。当 B 值增大到2 倍或 3 倍时，会使l=1/2d 或 1/3d，相应地在荧光屏上看到第二、第三次聚焦。当l 不等于这些值

3、时，只能看到较大的不等的光斑而不会聚焦。由式（ 1.7）变换成式 （ 1.8）：将 V2 及 B 的值代入上式，可得电子的荷质比。对于SJ-SS-II 型电子束试验仪来说，B 是螺线管中磁场的平均值，与电流I 的关系可表示为：B=KI(1.9)K 为每台仪器的常数，由仪器出场时给定。对于SJ-SS-II 型电子束试验仪来说， B 可取螺线管中部的磁场值，如式（1.10）（ 1.10）N= 线圈匝数， L= 螺线管线圈长度。n=N/L 为单位长度的匝数。L=L/2,r=D/2为螺线管的半径。为此，式（ 1.10）可以改写为式（1.11）：其中 d 是示波管的阳极到荧光屏之间的距离。对于不同的仪器

4、，这些参数出厂时是略有差别的。【实验内容】1、实验电路（ 1）阅读仪器的使用说明。（ 2）按正向聚焦接线图插入导联线。（ 3）将仪器面板“功能选择”开关旋至“磁聚”处，此时仪器处于磁聚焦工作状态。2、测量（ 1）接通总电源，预热数分钟，荧光屏上出现亮斑。亮斑辉度不够可调节辉度旋钮或增大 V2 。（ 2）接通励磁开关前，先将“励磁电流”旋钮（或调压器旋钮）逆时针方向旋至最小。（ 3）取 V2 为 800V ，调节励磁电流，使光斑聚焦，记下三次聚焦时的励磁电流读数。（ 4）取 V2 为 1000V 、 1200V 重复步骤（ 3）。（ 5）关闭总电源约数分钟， 改为反向聚焦接线， 重复步骤（ 3）

5、、（ 4）。【数据处理】【实验结论】磁场几乎平行与电子束情况下电子的运动速度几乎不受磁场强度大小的影响。用磁聚焦法可以测定电子荷质比。2.用磁控管测量电子荷质比【实验目的】：1.研究电子在径向电场和轴向磁场的作用下的运动规律。2.用磁控管法测量电子荷质比。【实验原理】如图 2.1 所示，电子从阴极灯丝发射出来，在径向电场的作用下加速奔向阳极。电子在奔向阳极的过程中同时又受到轴向均匀磁场的作用，运动轨迹会发生弯曲。磁场越强，轨迹弯曲的越厉害。可以设想，当磁场 B 增加到某个临界值时轨迹弯曲使电子无法达到阳极而返回， 如图 2.2 所示。在这种情况下， 阳极电流会急剧下降。如果增加阳极和阴极间的电

6、位差，可以预料， B 仍会有截止值。电位差 V 增大时，虽然增大了把电子推向阳极的电磁力，但也增加了电子的速度，从而也增加了电子所受的磁场力。电场的增加与电位差 V 成正比， 为使电子不能到达阳极而增加磁场，而且与成正比。因此V 增加时，为了截止阳极电流就需要更大的B 值。只要实验中测定出一定电压V 时使阳极电流截止时的临界磁场Bc，就可以求出电子的荷质比e/m。这种测定电子荷质比的方法称为磁控管法。长直螺线管上某一点P 的磁场由式（ 2.13 ）确定R是螺线管的半径，2l 是螺线管的长度N是螺线管的匝数，n=N/2l 是单位长度的匝数X 是 P 点到螺线管中心处的距离当 P 到螺线管的中心部

7、位时，可取x=0,(2.13)可简化为从理论上看，阳极电流Ib 和磁场 B（或励磁电流I ）的关系应如图 2.3 所示，在B=Bc或（ I=Ic ）时， Ib 截止。实际上，由于电子从阳极溢出时就具有各种不同的初速度（即初速度不为零），阳极装配时也可能产生偏心，导致阳极电流的截止不是突变而是渐变的，如图2.3 中的虚线所示。在这情况ia，可以把临界励磁电流Ic取在初始阳极电流减半为的B(I)Bc(Ic) 。【实验内容】1、记下螺线管的匝数 N 及其他参数 l、R 等。将螺线管和真空二极管按实验室所提供的接线图连好接线，然后打开电源开关。2、将“工作选择”置于“灯丝”的位置，打开灯丝电源的开关，

8、预热数分钟后，灯丝电压应为6V 。3、将阳极电压调节旋钮逆时针方向旋到最小，然后把“工作选择”开关拨在中间“ 30V ”位置上，调节阳极电压为 14.0V 。4、将“励磁电源”开关拨在 0.5A 的一边，将“励磁强度”旋钮逆时针方向旋到最小。然后打开磁场电源开关，将励磁电流调到50mA 。5、将“工作选择”开关拨在1mA 的一边，从电表上读取阳极电流（mA 为单位）。6、改变励磁电流I ，每增加 50mA 读取一次阳极电流Ib，直到 I 为800mA 为止。7、改变阳极电压，依次取 16.0V 、18.0V 、 20.0V 和 22.0V ，重复步骤 6。8、画出不同阳极电压的Ib（阳极电流）I（励磁电流）曲线。从图上求出不同阳极电压值时的临界励磁电流Ic ，代入式（ 2· 15）计算出 e/m 值，然后求平均。计算时，R 的取值应将线圈的线径考虑进去。