用纵向磁聚焦法测定电子荷质比

2、::用纵向磁聚焦法测定电子荷质比::.图一用纵向磁聚焦法测定电子荷质比实验装置全图带电粒子的电量与质量的比值称荷质比，是带电微观粒子的基本参量之一。荷质比的测定在近代物理学的发展中具有重大的意义，是研究物质结构的基础。1897年，汤姆逊（J.J.Thomson）正是在对“阴极射线”粒子荷质比的测定中，首先发现电子的。测定荷质比的方法很多，汤姆逊所用的是磁偏转法，而本实验采用磁聚焦法。.::实验预习::.图1示波管结构1．示波管的简单介绍本实验所用的8SJ31型示波管的构造以及有关几何参数如图1所示．阴极K是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，经灯丝加热后温度上升，一部分电子作逸出功后脱离金属表面成为自由电子发射．自由电子在外电场作用下形成电子流．栅极G为顶端开有小孔的圆筒，套在阴极之外，其电位比阴极低，使阴极发射出来具有一定初速的电子，通过栅极和阴极间的电场时减速．初速大的电子可以穿过栅极顶端小孔射向荧光屏，初速小的电子则被电场排斥返回阴极．如果栅极所加电位足够低，可使全部电子返回阴极．这样，调节栅极电位就能控制射向荧光屏的电子射线密度，即控制荧光屏上光点的亮度，这就是亮度调节．记符号为“¤”．为了使电子以较大的速度打在荧光屏上，使荧光物质发光亮些，在栅极之后装有加速电极，相对于阴极，其电压一般为1KV至2KV．加速电极是一个长形金属圆筒，筒内装有具有同轴中心孔的金属膜片，用于阻挡离开轴线的电子，使电子射线具有较细的截面．加速电极之后是第一阳极A1和第二阳极A2．第二阳极通常和加速电极相连，而第一阳极对阴极的电压一般为几百伏特．这三个电极所形成的电场，除对阴极发射的电子进行加速外，并使之会聚成很细的电子射线，这种作用称为聚焦作用．改变第一阳极的电压，可以改变电场分布，使电子射线在荧光屏上聚焦成细小的光点，这就是聚焦调节，记符号为“⊙”．当然，改变第二阳极的电压，也会改变电场分布，从而进一步改变电子射线在荧光屏上聚焦的好坏，这是辅助聚焦调节，记符号为“○”．为使电子射线能够达到荧光屏上的任何一点，必须使电子射线在两个互相垂直的方向上都能偏转，这种偏转可以用静电场或者磁场来实现．一般示波管采用静电场使电子射线偏转，称静电偏转．静电偏转所需要的电场，由两对互相垂直的偏转板提供．其中一对能使电子射线在X方向偏转，称X向偏转板Dx．另一对能使电子射线在Y方向偏转，称Y向偏转板Dy．2．电子射线的磁聚焦原理（偏转电场为零）．（1）若将示波管的加速电极、第一阳极A1、第二阳极A2、偏转电极Dx和Dy全部连在一起，并相对于阴极K加同一加速电压Ua，这样电子一进入加速电极就在零电场中作匀速运动，如图2所示．这时来自电子射线第一聚焦点F1（在栅极G的小圆孔前方）的发散电子射线将不再会聚，而在荧光屏上形成一个光斑．为了能使电子射线聚焦，可在示波管外套一个通用螺线管，使在电子射线前进的方向产生一个均匀磁场，磁感应强度为B．在8SJ31型示波管中，栅极和加速电极很靠近，仅1.8mm．因此，可以认为电子离开第一聚焦点F1后立即进入电场为零的均匀磁场中运动．（2）在均匀磁场B中以速度运动的电子，受到洛仑兹力F的作用（1）当v和B平行时，F等于零，电子的运动不受磁场的影响，仍以原来的速度v作匀速直线运动．当v和B垂直时，力F垂直于速度v和磁感应强度B，电子在垂直于B的平面内作匀速圆周运动，如图3（a）所示（图中的F和v只表示作大圈运动电子的洛仑兹力和速度的方向）．维持电子作圆周运动的力就是洛仑兹力，即今花挥到（晕2）区电子丙运动迫轨道缓的半罢径为章：崇成侵睁钻棋（绝3）顷电子损绕圆俗一周附所需阻的时雀间（携周期向）祖T呼为拔同蹦婆瓦（4欲）扁机从（衬3蒸）、鞋（端4英）两魄式可砖见，逮周期龙T点和电丑子速血度狸v论无关津，即胁在均成匀磁症场中阳不同刻速度群的电箩子绕郊圆一俗周所碎需的臣时间观是相缺同的刊．但镰速度剩大的狐电子婶所绕捆圆周毒的半阿径也致大．孟因此藏，已孝经聚烂焦的鞭电子墨射线秃绕一额周后嫌又将渔会聚烫到一扑点．认（鸣3度）在泛一般谈情况卫下，奸电子勇束呈提圆锥朴形向意荧光晓屏运常动，谨如电栗子速析度政v智和磁闷感应策强度垂B筒之间症成一路夹角馅，此渠时可竖将锻v胆分解培为与兰B猎平行育的轴商向速饮度纳v阁//拆酿（训v堡//衣=纸镜v宾co转s荷）和蕉与汤B危垂直用的径剪向速烤度戴v嫌┴英(谈v化┴特=逗v地si子n商)目，两宁部分盈如图撤3闷（摆b联）所胞示．洋v费//敲景使电岛子沿团轴方鸡向作酿匀速刺运动直，而较v察┴旷在洛搭仑兹麦力的沃作用转下使井电子臣绕轴另作圆互周运蓝动，临合成仁的电透子轨胡迹为查一螺闷旋线获，其勒螺距摔为读泡疼遭桥（众5）建权对于洞从第猜一聚教焦点鹅F穴1盲出发雁的不踏同电宣子，律虽然闲径向挑速度双v左┴脊不同尤，所午走的蚀圆半伯径炮R驰也不瓶同，羊但只盒要轴牌向速舟度撒v京//哀缎相等漏，并柏选择握合适透的轴率向速予度孟v旨//骑支和磁浓感应犁强度牲B扇（改由变棍v夸的大掠小，效可通若过调河节加绕速电讽压导U渐a狂；改暂变司B壁的大碎小可孟调节拌螺线恳管中互的励爷磁电图流芦I收），蛋使电状子在忠经过括的路平程荣l欲中恰横好包榨含有餐整数滑个螺蛙距少h委，这售时电汤子射锡线又记将会脾聚于寸一点等，这俩就是杰电子棉射线借的磁滋聚焦蚂原理住．旷.:筛:实怠验仪俯器:康:.祝EM圆B-结2鸡型电贯子射多线、取电子险荷质袍比测刷定仪府：励夺磁螺男线管款、示山波管胞和直强流稳哗压，典电源糊换向潮开关粘等．必卡本实奴验仪故器的升参数口如下劝：效N钉=听15州96结匝白L热＝碍0.妖26沈0陷m蒜饿D葵内挥＝梢0.无09赚0胃m瓜D英外备＝走0.蚂09痰8送m腔l出＝租0.泽19呜9填m柿l林中屯=充0.浪10旺7歼m漠驶l麻后犬=押0.稿12嫌3设m吨图一吸电惕子荷范质比纤实验境仪器克.:跃:实摩验图卫片:俭:.将.:污:思轨考题寄: