电子在磁场中的聚焦与电子荷质比的测定

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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，电子沿磁场方向的速度v11是确

2、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不等于这些值时，只能看到较大的不等的光斑而不会聚焦。由式（1.7）变换

3、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，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

4、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）、（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

5、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

6、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

7、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，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