电子特性论文

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1、电子特性实验论文磁聚焦法测定电子比荷实验的探讨摘要：介绍电子比荷测定的磁聚焦实验原理，对磁聚焦法测电子比荷实验屮偏传法与零电场法的优缺点进行了讨论，并对这两种方法相互结合的结果进行不确定度的评定。关键词：电子比荷，磁聚焦,偏转法，零电场法，不确定度引言电子电荷质量Z比e/m称为电子荷质比，它是描述电子性质的重要物理量。历史上就是首先测出了电子的荷质比，乂测定了电子的电荷量，从而得出了电子的质量，证明原子是可分割的。用磁聚焦法测电子比荷有两种方法，即偏转法和零场法，其基本原理相同，可得屯子比荷的实验公式为：(1)e_如u仆丫mau^nll)式屮uO为真空屮磁导率，为单位长度上线圈

2、匝数，I为励磁电流，a为因螺线管不是无限长而引进的小于1的修正系数，k为聚焦序数，U为加速电压,1为电子束交叉点到荧光屏的距离。准确测定聚焦时的励磁电流值是做好该实验的关键。二、偏转法测定中的不足——I值无法确定在偏转法屮，磁聚焦的过程是先将电子束电聚焦在荧光屏上成为一个光点，然后在偏转板上加一交变电压使亮点变成一亮线，再加匀强磁场，并连续改变励磁电流，使亮线边旋转、边缩短成为一亮点。这种方法的优点是磁聚焦过程明显,能清楚地判断一次、二次、三次等磁聚焦，进而较准确地测出各次磁聚焦的励磁电流。然而，它有一个很大的缺点，电子束交叉点到荧光屏距离1的值难以确定。1、由于电聚焦，在阳极与

3、聚焦极组成的“静电透镜”前只有一个电子束交叉点，它应在栅极顶端小孔附近处；“静电透镜”后也只有一个电子束交叉点，它应在荧光屏上，如图1所示。由于在偏转板以后没有“静电透镜”，如果该“静电透镜”在偏转板处形成电了束交叉，必然会在荧光屏上出现一个很大的电了束散斑，如图2,这就表明投有达到电聚焦的目的。图1电聚焦R=mvL/（eB）2、对于某一次磁聚焦，电了束在进入偏转电极Z前已经旋转。电了束从栅极小孔出射后，在进入加速电场与聚焦电场的同时，也进入了螺线管内的匀强磁场。具有某一横向速度vl的电子就作旋转半径R与螺距都变化的螺旋运动。由于电聚焦的作用，横向速度变小，将旋转半径R变小。（2

4、）图2电聚焦点在偏转板处时屏上为散斑同时，由于加速电场与聚焦电场的加速，纵向速度v〃变太，其螺距h会变大。h=2nmvHl{eB](3)因为只冇它从“静电透镜”出來以后才作等螺距的螺旋运动，即经偏转电极后，又获得较大的横向速度。此后便作等螺距等旋转半径的螺旋运动，这就使得用不变的纵向速度v〃导出的公式⑴已不适用。如果述用公式⑴计算电子比荷，可以引进等效距离。不过可以肯定1的等效起点决不在偏转电极中部，也不是栅极处的小孔，而且随加速电压、聚焦电压、励磁电流而变，并非固定值。要计算等效的L值，必须综合考虑栅极、加速极、聚焦极的形状及间距，即考虑所形成的“静电透镜”，以及栅极电压、加速

5、电压、聚焦电压与励磁电流的数值。三、零电场法测定的不足——不易辨明较高序数的磁聚焦为了避免屯偏转法中屯子束交叉点与荧光屏之间距离L难以准确确定的困难,设计出了零场法。此法将加速电极、聚焦电极、偏转电极用导线联在一起，如图3所示。电子从栅极小孔出射后，不通过电聚焦，也不经电偏转而任其散焦，经加速后直接进人零电场屮。这样，电子只有在栅极与加速电极问的很小距离内纵向加速，此时才在螺线管的匀强磁场中作变螺距的螺旋运动。但因距离很小，只冇1〜2mmo故可认为电了从栅极小孔出射后一直作等螺距的螺旋运动而到达荧光屏，所以可以认为L是栅极小孔到荧光屏的距离。零场法笫一次磁聚焦还可以清晰可辨，但第

6、二次、第三次以后的磁聚焦过程的辨明就比较困难，而且随磁聚焦序数的增加辨明的困难程度更大。为此，若设想不加磁场，即在零磁场中屯子自由散焦在荧光屏上而得到的光斑半径为rO,如图3所示。即:rn-2々）/（2n_l）n二斤/（2n-1）一般情况下，由于阳极、聚焦极、偏转电极尺寸的限制，使得无磁场时电子束口由散焦在荧光屏上的光斑直径大致为1.5cm左右，磁聚焦光斑尺寸一般为1mm,第二次聚焦前最大光斑直径约3mm,与聚焦光斑直径lmm相比，相差不大,使得第二次聚焦过程的分辨已经比较困难，更不用说第三次、第四次等聚焦过程的分辨了。四、为了准确测定——偏转法与零场法结合由前面的讨论可知，偏转

7、法屮难以定出1值是由于电聚焦的原因；而零场法屮不易判断磁聚焦过程，从而不能准确确定磁聚焦励磁电流是因投冇在电偏转电极上加偏转交变电压使得横向速度太小的原因。如杲取偏转法中有电偏转使能清晰判断磁聚焦过程的优点，取零场法屮无电聚焦使1能准确确定的优点，即综合两种方法而得岀图3所示的线路，就可以准确地利用公式仃）测出电子的比荷。这种线路将加速电极与聚焦电极用导线联结以去掉“静电透镜”，在一偏转板上加交变偏转电压以加人横向速度。这样，电子从栅极小孔出射后，只在栅极与加速极之间极小路径上纵