電子在磁場(chǎng)中的聚焦及電子荷質(zhì)比的測(cè)定

1、電子在磁場(chǎng)中的聚焦及電子荷質(zhì)比的測(cè)定班級(jí)：姓名：日期：2011/6/1 地點(diǎn)：理科樓1.用磁聚焦法測(cè)定電子的荷質(zhì)比【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚? 研究磁場(chǎng)幾乎平行與電子束情況下電子的運(yùn)動(dòng)2 用聚焦法測(cè)定電子荷質(zhì)比【實(shí)驗(yàn)原理】當(dāng)把示波管的軸線方向沿均勻磁場(chǎng)B 的方向放置， 在陰極 K 和陽極 A1 之間加以電壓V2 ，使陰極發(fā)射的電子加速。設(shè)陰極熱電子脫離陰極K 后沿磁場(chǎng)方向的初速度為零。經(jīng)陰極 K 與陽極 A1 之間的電場(chǎng)加速后，速度為v，這時(shí)電子動(dòng)能增加為由能量守恒定律可知，電子動(dòng)能的增加應(yīng)等于電場(chǎng)力對(duì)它所做的功（第一陽極 A1 與第二陽極 A2 連接在一起） 。則有只要加速電壓V2 確定，電子沿磁場(chǎng)方向

2、的速度v11 是確定的。而且電子經(jīng)過第一陽極 A1 后，由于第二陽極和兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板（ X 軸和 Y 軸偏轉(zhuǎn)板） 與 A1 同電位， 因此電子在第二陽極 A2 至熒光屏之間將不再受電場(chǎng)力的作用，電子的v11 將不再改變。把式（1.6）代入（1.5），則（ 1.7）由式（ 1.7）可知， l 是 B 和 V2 的函數(shù)。調(diào)節(jié)V2 和 B 的大小，可以使電子束在磁場(chǎng)的方向上任意位置聚焦。當(dāng)l 正好等于示波管的陽極和熒光屏之間的距離d 時(shí)，可以在熒光屏上看到一個(gè)小亮點(diǎn)（電子已聚焦）。當(dāng) B 值增大到2 倍或 3 倍時(shí)，會(huì)使l=1/2d 或 1/3d，相應(yīng)地在熒光屏上看到第二、第三次聚焦。當(dāng)l 不等于這些值

3、時(shí)，只能看到較大的不等的光斑而不會(huì)聚焦。由式（ 1.7）變換成式 （ 1.8）：將 V2 及 B 的值代入上式，可得電子的荷質(zhì)比。對(duì)于SJ-SS-II 型電子束試驗(yàn)儀來說，B 是螺線管中磁場(chǎng)的平均值，與電流I 的關(guān)系可表示為：B=KI(1.9)K 為每臺(tái)儀器的常數(shù)，由儀器出場(chǎng)時(shí)給定。對(duì)于SJ-SS-II 型電子束試驗(yàn)儀來說， B 可取螺線管中部的磁場(chǎng)值，如式（1.10）（ 1.10）N= 線圈匝數(shù)， L= 螺線管線圈長(zhǎng)度。n=N/L 為單位長(zhǎng)度的匝數(shù)。L=L/2,r=D/2為螺線管的半徑。為此，式（ 1.10）可以改寫為式（1.11）：其中 d 是示波管的陽極到熒光屏之間的距離。對(duì)于不同的儀器

4、，這些參數(shù)出廠時(shí)是略有差別的?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、實(shí)驗(yàn)電路（ 1）閱讀儀器的使用說明。（ 2）按正向聚焦接線圖插入導(dǎo)聯(lián)線。（ 3）將儀器面板“功能選擇”開關(guān)旋至“磁聚”處，此時(shí)儀器處于磁聚焦工作狀態(tài)。2、測(cè)量（ 1）接通總電源，預(yù)熱數(shù)分鐘，熒光屏上出現(xiàn)亮斑。亮斑輝度不夠可調(diào)節(jié)輝度旋鈕或增大 V2 。（ 2）接通勵(lì)磁開關(guān)前，先將“勵(lì)磁電流”旋鈕（或調(diào)壓器旋鈕）逆時(shí)針方向旋至最小。（ 3）取 V2 為 800V ，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使光斑聚焦，記下三次聚焦時(shí)的勵(lì)磁電流讀數(shù)。（ 4）取 V2 為 1000V 、 1200V 重復(fù)步驟（ 3）。（ 5）關(guān)閉總電源約數(shù)分鐘， 改為反向聚焦接線， 重復(fù)步驟（ 3）

5、、（ 4）?！緮?shù)據(jù)處理】【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】磁場(chǎng)幾乎平行與電子束情況下電子的運(yùn)動(dòng)速度幾乎不受磁場(chǎng)強(qiáng)度大小的影響。用磁聚焦法可以測(cè)定電子荷質(zhì)比。2.用磁控管測(cè)量電子荷質(zhì)比【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?.研究電子在徑向電場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)的作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2.用磁控管法測(cè)量電子荷質(zhì)比?！緦?shí)驗(yàn)原理】如圖 2.1 所示，電子從陰極燈絲發(fā)射出來，在徑向電場(chǎng)的作用下加速奔向陽極。電子在奔向陽極的過程中同時(shí)又受到軸向均勻磁場(chǎng)的作用，運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)發(fā)生彎曲。磁場(chǎng)越強(qiáng)，軌跡彎曲的越厲害。可以設(shè)想，當(dāng)磁場(chǎng) B 增加到某個(gè)臨界值時(shí)軌跡彎曲使電子無法達(dá)到陽極而返回， 如圖 2.2 所示。在這種情況下， 陽極電流會(huì)急劇下降。如果增加陽極和陰極間的電

6、位差，可以預(yù)料， B 仍會(huì)有截止值。電位差 V 增大時(shí)，雖然增大了把電子推向陽極的電磁力，但也增加了電子的速度，從而也增加了電子所受的磁場(chǎng)力。電場(chǎng)的增加與電位差 V 成正比， 為使電子不能到達(dá)陽極而增加磁場(chǎng)，而且與成正比。因此V 增加時(shí)，為了截止陽極電流就需要更大的B 值。只要實(shí)驗(yàn)中測(cè)定出一定電壓V 時(shí)使陽極電流截止時(shí)的臨界磁場(chǎng)Bc，就可以求出電子的荷質(zhì)比e/m。這種測(cè)定電子荷質(zhì)比的方法稱為磁控管法。長(zhǎng)直螺線管上某一點(diǎn)P 的磁場(chǎng)由式（ 2.13 ）確定R是螺線管的半徑，2l 是螺線管的長(zhǎng)度N是螺線管的匝數(shù)，n=N/2l 是單位長(zhǎng)度的匝數(shù)X 是 P 點(diǎn)到螺線管中心處的距離當(dāng) P 到螺線管的中心部

7、位時(shí)，可取x=0,(2.13)可簡(jiǎn)化為從理論上看，陽極電流Ib 和磁場(chǎng) B（或勵(lì)磁電流I ）的關(guān)系應(yīng)如圖 2.3 所示，在B=Bc或（ I=Ic ）時(shí)， Ib 截止。實(shí)際上，由于電子從陽極溢出時(shí)就具有各種不同的初速度（即初速度不為零），陽極裝配時(shí)也可能產(chǎn)生偏心，導(dǎo)致陽極電流的截止不是突變而是漸變的，如圖2.3 中的虛線所示。在這情況ia，可以把臨界勵(lì)磁電流Ic取在初始陽極電流減半為的B(I)Bc(Ic) ?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、記下螺線管的匝數(shù) N 及其他參數(shù) l、R 等。將螺線管和真空二極管按實(shí)驗(yàn)室所提供的接線圖連好接線，然后打開電源開關(guān)。2、將“工作選擇”置于“燈絲”的位置，打開燈絲電源的開關(guān)，

8、預(yù)熱數(shù)分鐘后，燈絲電壓應(yīng)為6V 。3、將陽極電壓調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針方向旋到最小，然后把“工作選擇”開關(guān)撥在中間“ 30V ”位置上，調(diào)節(jié)陽極電壓為 14.0V 。4、將“勵(lì)磁電源”開關(guān)撥在 0.5A 的一邊，將“勵(lì)磁強(qiáng)度”旋鈕逆時(shí)針方向旋到最小。然后打開磁場(chǎng)電源開關(guān)，將勵(lì)磁電流調(diào)到50mA 。5、將“工作選擇”開關(guān)撥在1mA 的一邊，從電表上讀取陽極電流（mA 為單位）。6、改變勵(lì)磁電流I ，每增加 50mA 讀取一次陽極電流Ib，直到 I 為800mA 為止。7、改變陽極電壓，依次取 16.0V 、18.0V 、 20.0V 和 22.0V ，重復(fù)步驟 6。8、畫出不同陽極電壓的Ib（陽極電流）I（勵(lì)磁電流）曲線。從圖上求出不同陽極電壓值時(shí)的臨界勵(lì)磁電流Ic ，代入式（ 2· 15）計(jì)算出 e/m 值，然后求平均。計(jì)算時(shí)，R 的取值應(yīng)將線圈的線徑考慮進(jìn)去。