基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)19電子束偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)19 電子束偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)一、預(yù)習(xí)思考題1.電子束在磁場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡是怎樣的？2.利用電子束的偏轉(zhuǎn)可以測(cè)量哪些物理量？二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解示波管的結(jié)構(gòu)；2、了解電子束發(fā)生電偏轉(zhuǎn)、電聚焦、磁偏轉(zhuǎn)、磁聚焦的原理；3、掌握一種測(cè)量荷質(zhì)比的方法。三、實(shí)驗(yàn)器材LB-EB3型電子束實(shí)驗(yàn)儀控制面板如圖19-1所示。利用電壓指示選擇檔，可以實(shí)時(shí)通過(guò)示波管電壓顯示窗口觀察記錄相應(yīng)的電壓值并可通過(guò)三個(gè)電壓調(diào)節(jié)旋鈕隨時(shí)調(diào)節(jié)相應(yīng)的電壓值。 電壓輸出用于給螺線管供電，其連接極性為：紅紅，黑黑。同時(shí)通過(guò)電壓調(diào)節(jié)旋鈕對(duì)其電壓進(jìn)行調(diào)解。圖 十三交直流開關(guān)用于直流和交流的切換，X,Y換向開關(guān)用于換檔顯示X、Y偏轉(zhuǎn)電壓。圖19

2、-1四、實(shí)驗(yàn)原理測(cè)量物理學(xué)方面的一些常數(shù)（例如光在真空中的速度c,阿伏加德羅常數(shù)N，電子電荷e,電子的靜止質(zhì)量m ）是物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要任務(wù)之一，而且測(cè)量的精確度往往會(huì)影響物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展和一些重要的新發(fā)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)將通過(guò)較為簡(jiǎn)單的方法，對(duì)電子e/m進(jìn)行測(cè)量。1.電子束實(shí)驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)原理電子束實(shí)驗(yàn)儀的工作原理與示波管相同，它包括抽成真空的玻璃外殼、電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)與熒光屏四個(gè)部分。1 / 26圖19-2（1）電子槍 電子槍的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖19-2所示。電子源是陰極，它是一只金屬圓柱筒，里面裝有一根加熱用的鎢絲，兩者之間用陶瓷套管絕緣。當(dāng)燈絲通電（6.3伏交流）被加熱到一定溫度時(shí)，將會(huì)在陰極材料表面空

3、間逸出自由電子（熱電子）。與陰極同軸布置有四個(gè)圓筒的電極，它們是各自帶有小圓孔的隔板。電極G稱為柵極，它的工作電位相對(duì)于陰極大約是5-20V的負(fù)電位，它產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)是要把從陰極發(fā)射出的電子推回到陰極去，只有那些能量足以克服這一阻止電場(chǎng)作用的電子才能穿過(guò)控制柵極。因此，改變這個(gè)電位，便可以限制通過(guò)G小孔的電子的數(shù)量，也就是控制電子束的強(qiáng)度。電極G在管內(nèi)與A2相連，工作電位V2相對(duì)于K一般是正幾百伏到正幾千伏。這個(gè)電位產(chǎn)生的電場(chǎng)是使電子沿電極的軸向加速。電極A1相對(duì)于K具有電位V1，這個(gè)電位介于K和G的電位之間。G與A1之間的電場(chǎng)和A1與A2之間的電場(chǎng)為聚焦電場(chǎng)（靜電透鏡），可使從G發(fā)射出來(lái)的不同

4、方向的電子會(huì)聚成一細(xì)小的平行電子束。這個(gè)電子束的直徑主要取決于A1的小孔直徑。適當(dāng)選取V1和V2，可獲得良好的聚焦。 （2）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) e Y+-+-lL0SZ-+圖19-3d 電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是由一對(duì)豎直偏轉(zhuǎn)板和一對(duì)水平偏轉(zhuǎn)板組成，每對(duì)偏轉(zhuǎn)板是由兩塊平行板組成，每對(duì)偏轉(zhuǎn)板之間都可以加電勢(shì)差，使電子束向側(cè)面偏轉(zhuǎn)。磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是由兩個(gè)螺線管形成的。 （3）熒光屏 熒光屏是內(nèi)表面涂有熒光粉的玻璃屏，受到電子束的轟擊會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光，顯示出一個(gè)小光點(diǎn)。2.電偏轉(zhuǎn)：電子束+橫向電場(chǎng)電偏轉(zhuǎn)原理如圖19-3所示。通常在示波管（又稱電子束線管）的偏轉(zhuǎn)板上加上偏轉(zhuǎn)電壓Vd，當(dāng)加速后的電子以速度沿Z方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)板后，受到偏轉(zhuǎn)

5、電場(chǎng)E（Y軸方向）的作用，使電子的運(yùn)動(dòng)軌道發(fā)生偏移。假定偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)在偏轉(zhuǎn)板l范圍內(nèi)是均勻的，電子作拋物線運(yùn)動(dòng)，在偏轉(zhuǎn)板外，電場(chǎng)為零，電子不受力，作勻速直線運(yùn)動(dòng)。在偏轉(zhuǎn)板之內(nèi)（19-1） 式中為電子初速度，Y為電子束在Y方向的偏轉(zhuǎn)。電子在加速電壓V2的作用下，加速電壓對(duì)電子所做的功全部轉(zhuǎn)為電子動(dòng)能，則。將EVdd和V02代入（19-1）式，得 電子離開偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)時(shí)，電子運(yùn)動(dòng)的軌道與Z軸所成的偏轉(zhuǎn)角的正切為 （19-2）設(shè)偏轉(zhuǎn)板的中心至熒光屏的距離為L(zhǎng)，電子在熒光屏上的偏離為S，則 代入（19-2）式，得 （19-3）由上式可知，熒光屏上電子束的偏轉(zhuǎn)距離D與偏轉(zhuǎn)電壓Vd成正比，與加速電壓V2成反比，由

6、于上式中的其它量是與示波管結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)故可寫成 （19-4）ke為電偏常數(shù)?？梢?jiàn)，當(dāng)加速電壓V2一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)電壓呈線性關(guān)系。為了反映電偏轉(zhuǎn)的靈敏程度，定義 （19-5）稱為電偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為毫米/伏。越大，表示電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的靈敏度越高。3.電聚焦：電子束+縱向電場(chǎng)了解靜電透鏡工作原理，測(cè)量電子透鏡焦距。加速電極G的電位比陰極電位高幾百伏至上千伏。由于示波管中電子槍的結(jié)構(gòu)也是軸對(duì)稱的，如圖19-3所示。從陰極K發(fā)射出來(lái)的電子首先受到控制柵極G和加速極G之間電場(chǎng)的作用而被會(huì)聚在a點(diǎn)，這就是電子束的第一交叉點(diǎn)。第一陽(yáng)極A1的電位比陰極高幾百伏，第二陽(yáng)極A2的電位與加速極G的電位相同，由G

7、，A1，A2組成了電聚焦系統(tǒng)，如圖19-4所示。當(dāng)UA2=UG>UA1時(shí)，在由G，A1，A2構(gòu)成的空間電場(chǎng)中，電場(chǎng)線的指向如圖19-3中虛線所示，電子受到與電場(chǎng)線方向相反的力F，F(xiàn)可以分解成平行與軸向的力F與垂直與軸的力F。當(dāng)入射電子處于時(shí)，所受到的力使電子減速、發(fā)散；當(dāng)電子處于時(shí)，受到的力使電子減速、會(huì)聚；當(dāng)電子處于時(shí)，所受到的力使電子加速、會(huì)聚；而處于時(shí)，電子則被加速、發(fā)散，但此時(shí)因?yàn)殡娮颖徊粩嗟丶铀?，所以這種發(fā)散的趨勢(shì)要比會(huì)聚的作用小。電子走出了一條如（a）所示的軌跡。圖 19-4 圖 19-5如果將這一過(guò)程與幾何光學(xué)作類比，由于A1兩側(cè)有相同的電位，好比有相同的折射率，因此可將G

8、，A1，A2組成的電聚焦系統(tǒng)看作為一個(gè)電子透鏡。如果把第一交叉點(diǎn)a作為該電子透鏡的物，那么調(diào)節(jié)A1與A2，G之間的電位差，則相當(dāng)于改變電子透鏡的焦距，選擇合適的UA1，UA2，可使物點(diǎn)a正好成像在熒光屏上，這就是電聚焦。用幾何光學(xué)中的高斯成像公式，也可以求出上述電子透鏡的焦距f。圖五為示波管的fUA1/UA2曲線。從圖中可見(jiàn)，當(dāng)UA1=UA2時(shí)，由于在G，A1，A2中間不存在電場(chǎng)，因此不存在聚焦作用，焦距f為無(wú)窮大。4.磁偏轉(zhuǎn)：電子束+橫向磁場(chǎng)圖 19-6（1）橫向磁場(chǎng)對(duì)電子束的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電子在磁場(chǎng)中要受到洛侖茲力的作用，所受力為 （19-6） 可見(jiàn)洛侖茲力的方向始終與電子運(yùn)動(dòng)的方向垂直，所以

9、洛侖茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)的電子不作功，但它要改變電子的運(yùn)動(dòng)方向。本實(shí)驗(yàn)將要觀察和研究電子束在與之垂直的磁場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)情況。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)磁場(chǎng)是均勻的，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在均勻磁場(chǎng)中電子的速度v與磁場(chǎng)B垂直，電子在洛侖茲力的作用下作圓周運(yùn)動(dòng)。洛侖茲力就是電子作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。電子離開磁場(chǎng)區(qū)域后，因?yàn)榇艌?chǎng)為零，電子不再受任何力的作用，應(yīng)作直線運(yùn)動(dòng)。由圖六可知 （19-7） （19-8）圖 19-7圖 19-8設(shè)電子進(jìn)入磁場(chǎng)前加速電壓為，則加速電場(chǎng)對(duì)電子作的功全部轉(zhuǎn)變成電子的動(dòng)能有 （19-9） （19-10）如果磁場(chǎng)是由螺線管產(chǎn)生的，因?yàn)槁菥€管內(nèi)的B=，其中n是單位長(zhǎng)度線圈的圈數(shù)，I是通過(guò)線圈的電流，所以

10、 （19-11）可見(jiàn)位移與磁場(chǎng)電流成正比，而與加速電壓的平方根成反比，這與靜電場(chǎng)的情況不同。而磁偏轉(zhuǎn)靈敏度為位移與磁場(chǎng)電流之比，則磁偏轉(zhuǎn)靈敏度與加速電壓的平方根成反比。（2）利用電子束在地磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)測(cè)量地球磁場(chǎng)（即地磁水平分量的測(cè)量）在做“電子束的加速和電偏轉(zhuǎn)”實(shí)驗(yàn)中，在偏轉(zhuǎn)電壓為零的情況下將光點(diǎn)調(diào)整到坐標(biāo)原點(diǎn)在改變加速電壓時(shí)，雖然沒(méi)有外加偏轉(zhuǎn)電壓，但光點(diǎn)的位置已經(jīng)偏離了原點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，光點(diǎn)的偏移位置與實(shí)驗(yàn)儀擺放的位置有關(guān)，是否是地磁場(chǎng)的存在導(dǎo)致了這種現(xiàn)象呢?借助羅盤與指南針，找到示波管與地磁場(chǎng)水平分量相平行的方位，再次改變加速電壓，發(fā)現(xiàn)光點(diǎn)保持在原點(diǎn)位置不變，看來(lái)地磁場(chǎng)是造成光點(diǎn)位置改變的

11、重要原因之一。下面介紹用電子束實(shí)驗(yàn)儀來(lái)測(cè)地磁場(chǎng)的水平分量。電子從電子槍發(fā)射出來(lái)時(shí)，其速度v由式(19-9)關(guān)系式?jīng)Q定由于電子束所受重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于洛侖茲力，忽略重力因素，電子在磁場(chǎng)力影響下作圓弧運(yùn)動(dòng)，如圖19-8所示，圓弧的半徑只可由向心力求出電子在磁場(chǎng)中沿弧線打到熒光屏上一點(diǎn)，這一點(diǎn)相對(duì)于沒(méi)有偏轉(zhuǎn)的電子束的位置移動(dòng)了距離D （19-12）因?yàn)槠D(zhuǎn)角很小，近似可寫為 （19-13）代入式(19-12)得 （19-14）如圖19-8所示有 （19-15）所以 （19-16） 由于示波管中的電極都是鎳制成的，是鐵磁體，對(duì)電子束有磁屏蔽作用，電子束在離開加速極前沒(méi)有明顯的偏轉(zhuǎn)，所以是由加速極到屏的全長(zhǎng)。

12、調(diào)節(jié)加速電壓和聚焦電壓，在屏上得到一清晰光點(diǎn)，將X、Y 偏轉(zhuǎn)電壓調(diào)為零，將光點(diǎn)調(diào)到水平軸上，保持不變，原地轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀，當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)的水平分量與電子束垂直時(shí)，光點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)量最大，記錄光點(diǎn)偏轉(zhuǎn)最高和最低的兩個(gè)偏移量， (可以借助羅盤和指南針來(lái)確定方位),取作為加速電壓為時(shí)的偏轉(zhuǎn)量，代入公式(19-16)求得 (地磁場(chǎng)的水平分量)。5.磁聚焦，螺旋運(yùn)動(dòng)：電子束+縱向磁場(chǎng)研究電子束在縱向磁場(chǎng)作用的螺旋運(yùn)動(dòng)，測(cè)量電子荷質(zhì)比。觀察磁聚焦現(xiàn)象，驗(yàn)證電子螺旋運(yùn)動(dòng)的極坐標(biāo)方程。（1）研究電子束在縱向磁場(chǎng)作用的螺旋運(yùn)動(dòng)，測(cè)量電子荷質(zhì)比。本實(shí)驗(yàn)采用的是磁聚焦法（亦稱螺旋聚焦法）測(cè)量電子荷質(zhì)比。具有速度v的電子進(jìn)入磁場(chǎng)中要

13、受到磁力的作用，此力為若速度v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的夾角不是/2，則可把電子的速度分為兩部分考慮。設(shè)與B平行的分速度為，與B垂直的分速度為,則受磁場(chǎng)作用力的大小取決于。此時(shí)力的數(shù)值為，力的方向既垂直于，也垂直于B。在此力的作用下，電子在垂直于B的面上的運(yùn)動(dòng)投影為一圓運(yùn)動(dòng)，有牛頓定律有電子繞一圈的周期由上式可知，只要B一定，則電子繞行周期一定，而與和R無(wú)關(guān)。繞行角速度為另外，電子與B平行的分速度則不受磁場(chǎng)的影響。在一周期內(nèi)粒子應(yīng)沿磁場(chǎng)B的方向（或其反向）作勻速直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)分量同時(shí)存在時(shí)，粒子的軌跡將成為一條螺旋線，如圖19-9所示，其螺距d（即電子每回轉(zhuǎn)一周時(shí)前進(jìn)的距離）為：，螺距d與垂直速度無(wú)關(guān)

14、。圖19-9從螺距公式得到：，可知：只要測(cè)得、d和B，就可計(jì)算出e/m的值。 （2）平行速度的確定 如果我們采用圖19-2所示的靜電型電子射線示波管，則可由電子槍得到水平方向的電子束射線，電子射線的水平速度可由公式求得（3）螺距d的確定如果我們使X偏轉(zhuǎn)板、 和Y偏轉(zhuǎn)板、 的電位都與A2相同，則電子射線通過(guò)A2后將不受電場(chǎng)力作用而作勻速直線運(yùn)動(dòng)，直射于熒光屏中心一點(diǎn)。此時(shí)即使加上沿示波管軸線方向的磁場(chǎng)（將示波管放于載流螺線管中即可），由于磁場(chǎng)和電子速度平行，射線亦不受磁力，故仍射于屏中心一點(diǎn)。當(dāng)在、 板上加一個(gè)偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，由于、 兩板有了電位差，則必產(chǎn)生垂直于電子射線方向的電場(chǎng)，此電場(chǎng)將使電子射

15、線得到附加得分速度（原有電子槍射出的電子的不變）。此分速度將使電子作傍切于中心軸線的螺旋線運(yùn)動(dòng)。圖19-10當(dāng)B一定時(shí)電子繞行角速度恒定，因而分速度愈大者繞行螺旋線半徑愈大，但繞行一個(gè)螺距的時(shí)間（即周期T）是相同的。如果在偏轉(zhuǎn)板、 上加交變電壓，則在正半周期內(nèi)（ 正 負(fù)）先后通過(guò)此兩極間的電子，將分別得到大小相同的向上的分速度，如圖19-10(b)右半部所示，分別在軸線右側(cè)作傍切于軸的不同半徑的螺旋運(yùn)動(dòng)，熒光屏上出現(xiàn)的仍是一條直線，理由如圖19-10(a)所示。假設(shè)正半周 為正， 為負(fù)。在時(shí)刻，v=0，=0，電子不受洛侖茲力作用。時(shí)刻，=，電子受的洛侖茲力為f1，在軸線右側(cè)作半徑為的螺旋運(yùn)動(dòng)，

16、。在 時(shí)刻，=，電子受的洛侖茲力為，在軸線右側(cè)作半徑為的螺旋運(yùn)動(dòng)，。所以整個(gè)正半周期不同時(shí)刻發(fā)出的電子將在軸線右側(cè)作不同半徑的螺旋運(yùn)動(dòng)，而在負(fù)半周電子將在軸線左側(cè)作不同半徑的螺旋運(yùn)動(dòng)。但由于，角速度與無(wú)關(guān)，只要保持B不變，不同時(shí)刻從“0”點(diǎn)發(fā)出的電子作螺旋運(yùn)動(dòng)的角速度均相同。設(shè)從Y偏轉(zhuǎn)板（記為0點(diǎn)）到熒光屏的距離為，由于不變，所以不同時(shí)刻從“0”發(fā)出的電子到達(dá)屏所用的時(shí)間均為。故不同時(shí)刻從“0”點(diǎn)發(fā)出的電子，從射出到打在熒光屏上，從螺旋運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，繞過(guò)的圓心角均相同，即圖19-9中的，所以在圖19-10(b)中，亮點(diǎn)“1”與亮點(diǎn)“2”都在過(guò)軸線的直線上，只是亮點(diǎn)“1”比亮點(diǎn)“2”早到（）

17、這么一段時(shí)間。由于余輝時(shí)間，在“2”點(diǎn)到來(lái)之前，“1”點(diǎn)并未消失。同理，其他時(shí)刻從“0”點(diǎn)發(fā)出的電子，打到熒光屏上的亮點(diǎn)也都與“1”、“2”點(diǎn)打在同一直線上。這樣，在一個(gè)交變電壓周期時(shí)間內(nèi)，使電子打在熒光屏上的軌跡成為一條亮線，下一個(gè)周期重復(fù)，仍為一條亮線。各周期形成的亮線重疊成為一條不滅的亮線。增加B時(shí)，由，在交變電壓振幅不變的情況下，螺旋運(yùn)動(dòng)的半徑減小，所以亮線縮短，同時(shí)由于w增加，在從“0”點(diǎn)發(fā)出的電子到達(dá)熒光屏這段時(shí)間內(nèi)，繞過(guò)的圓周角增大，所以亮線在縮短的同時(shí)還旋轉(zhuǎn)，如圖19-10所示。我們總可以改變B的大小，即改變w，使得在T0這段時(shí)間內(nèi)，繞過(guò)的圓周角剛好為2，即圓周運(yùn)動(dòng)剛好繞一周。

18、這樣，電子從“0”發(fā)出，作了一周的螺旋運(yùn)動(dòng)，又回到軸線上，只是向前了一個(gè)螺距d。這時(shí)熒光屏上將顯示一個(gè)亮點(diǎn)，這就是所謂的一次聚焦。一次聚焦時(shí)，螺距d。在數(shù)值上等于示波管內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極到熒光屏的距離L，這就螺距d的測(cè)量方法。如果繼續(xù)增大磁場(chǎng)，可以獲得第二次聚焦，第三次聚焦等，這是螺距d= L/2, L/3,。圖 19-11圖 19-12（4）磁感應(yīng)強(qiáng)度B的確定螺線管內(nèi)軸線上某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的計(jì)算公式為式中，為真空中磁導(dǎo)率；為螺線管單位長(zhǎng)度的匝數(shù)；為勵(lì)磁電流；B1、B2是從該點(diǎn)到線圈兩端的連線與軸的夾角。 若螺線管的長(zhǎng)為L(zhǎng),直徑為D，則距軸線中點(diǎn)0為x的某點(diǎn)如圖19-12所示的B可表示為 顯見(jiàn)B是x的

19、非線性函數(shù)，若L足夠大，且使用中間一端時(shí)，則可近似認(rèn)為均勻磁場(chǎng)，于是：；若L不是足夠大，且實(shí)驗(yàn)中僅使用中間一段，則可以引入一修正系數(shù)K。式中，為所用中間段的端點(diǎn)距螺線管中點(diǎn)0的距離。（5）驗(yàn)證電子螺旋運(yùn)動(dòng)的極坐標(biāo)方程。當(dāng)電子沿軸方向運(yùn)動(dòng)了距離L，那么它旋轉(zhuǎn)的總角度為在d與之間存在的簡(jiǎn)單關(guān)系這一關(guān)系也可直接從幾何關(guān)系得到，在本實(shí)驗(yàn)中，和L都是可以直接測(cè)量的，所以上面的關(guān)系式就可以用來(lái)計(jì)算d，而d在實(shí)驗(yàn)中是不能直接測(cè)量的，因?yàn)楣苤械碾娮邮强床灰?jiàn)的。 圖19-13畫出了在熒光屏上向電子槍方向看去的情況。A點(diǎn)是打在熒光屏上的光斑位置，原點(diǎn)O是當(dāng)=0是光斑的位置，以R為半徑的圓周表示螺線的正視圖，假如

20、固定不變，改變B的大小，光斑怎樣運(yùn)動(dòng)呢？為了確定熒光屏上A點(diǎn)位置，選取像圖19-13那樣的極坐標(biāo)r和 是較為方便的，我們特地把螺線的起點(diǎn)取作=0，=0，當(dāng)光斑在A點(diǎn)的位置，對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為 r=2Rsin(/2)=/2圖 19-13圖19-14注意，圖中角，當(dāng)電子回旋不止一圈時(shí)還要加上2的整數(shù)倍（取決于螺線轉(zhuǎn)過(guò)的周數(shù)）。R和都與B有關(guān)，則r和也都是B的函數(shù)。為了得到當(dāng)B改變時(shí)光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡，就要找出r與滿足的方程式，聯(lián)立消去，就可得到軌跡方程r=f()。先由上述公式得則有 這是一個(gè)蝸線方程，圖19-14是相應(yīng)的曲線，圖中標(biāo)明了幾點(diǎn)的值。注意：到每當(dāng)取的整數(shù)倍時(shí)，相應(yīng)的取2的整數(shù)倍，即螺線繞了整數(shù)圈

21、，r則變?yōu)榱?，電子束回到未偏轉(zhuǎn)的位置，光斑位置與0點(diǎn)重合。當(dāng)B增加，相應(yīng)增加，電子束偏離這一位置的幅度也越來(lái)越小。當(dāng) 為的奇數(shù)倍時(shí)，光斑位置都在軸上。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.電子束+橫向電場(chǎng)，測(cè)量電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)靈敏度。（1）安裝好示波管和刻度板后，接通電源；（2）調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)旋鈕，使光點(diǎn)聚成一亮點(diǎn)，輝度適中，光點(diǎn)不要太亮以免燒壞熒光物質(zhì)；（3）通過(guò)X、Y換向開關(guān)顯示偏轉(zhuǎn)電壓，調(diào)節(jié)X、Y偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕使得偏轉(zhuǎn)電壓分別指示為0；（4）調(diào)節(jié)X、Y調(diào)零旋鈕使得光點(diǎn)處在中心原點(diǎn)上；（5）調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)旋鈕，在幾個(gè)不同的加速電壓下，分別測(cè)量電子束在橫向電場(chǎng)作用下，偏轉(zhuǎn)量隨偏轉(zhuǎn)電壓大小之間的變化關(guān)系。2.電子束+縱向電場(chǎng)

22、，觀察電聚焦現(xiàn)象，測(cè)量電子透鏡的焦距。(選做)（1）觀察電聚焦現(xiàn)象。調(diào)節(jié)旋鈕，觀察柵極G相對(duì)于陰極K的電壓變化，對(duì)光點(diǎn)亮度的影響，并說(shuō)明原因，記錄當(dāng)光點(diǎn)亮度適中時(shí)為多少。調(diào)節(jié)聚焦旋鈕旋鈕就是第一陽(yáng)極A1的電壓，改變電子透鏡的焦距，達(dá)到聚焦的目的；調(diào)節(jié)輔助聚焦A2，就是同時(shí)改變加速電極G和第二陽(yáng)極A2的電壓。實(shí)驗(yàn)中必須注意，光點(diǎn)切勿過(guò)亮，以免燒壞熒光屏。 （2）測(cè)量電子透鏡的焦距。調(diào)節(jié)聚焦與輔助聚焦旋鈕，使屏上亮點(diǎn)聚焦達(dá)到最佳狀態(tài)并記錄數(shù)據(jù)。3.地磁水平分量測(cè)量。（1）安裝好示波管和刻度盤，不加任何偏轉(zhuǎn)線圈。借助指南針將儀器大致東西方向放置；（2）開啟電源，置直流檔。借助指南針使示波管與南北方向

23、平行放置，調(diào)節(jié)X、Y偏轉(zhuǎn)（或調(diào)零），使光點(diǎn)打在刻度盤中心，旋轉(zhuǎn)儀器，當(dāng)光點(diǎn)偏離中心位置最大處（即示波管與東西方向平行放置）；（3）轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)90度時(shí)（即示波管與東西方向平行）讀出偏移值D1，270度時(shí)讀出偏移值D2；（本實(shí)驗(yàn)中使用的刻度盤每格為2mm長(zhǎng)，測(cè)偏移量時(shí)最好應(yīng)使用精度更好的直尺）；4.電子束+橫向磁場(chǎng)，測(cè)量磁偏轉(zhuǎn)靈敏度。(選做)（1）按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3，將儀器調(diào)整為示波管南北方向放置；（2）先斷開電源，安裝好橫向磁感線圈；（3）打開電源，調(diào)節(jié)、旋鈕，X調(diào)零（偏轉(zhuǎn)），Y調(diào)零（偏轉(zhuǎn)），使光點(diǎn)亮度適中，并打在熒光屏中心；（4）對(duì)一定的加速電壓V2，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕改變磁場(chǎng)電流I的大小

24、，測(cè)量電子束的偏轉(zhuǎn)量S與磁場(chǎng)電流I；（5）保持磁場(chǎng)電流I不變，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓大小來(lái)改變加速電壓的大小，測(cè)量偏轉(zhuǎn)量S與加速電壓；5.電子束+縱向磁場(chǎng)，利用磁聚焦法測(cè)量電子荷質(zhì)比。為了能觀察到電子在外磁場(chǎng)中的回旋現(xiàn)象，可以采用下述實(shí)驗(yàn)方法：首先通過(guò)靜電聚焦（調(diào)節(jié)示波管的第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極的電位值，可達(dá)到這一目的）作用，使從陰極K發(fā)射出的電子束聚焦在示波管屏上；然后在Y（垂直）偏轉(zhuǎn)極上加一適當(dāng)?shù)慕蛔冸妷?，使電子束在示波管屏幕的Y方向上掃描成一段線光跡，最后加上軸向磁場(chǎng)，使電子在示波管所在空間內(nèi)作螺線運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)軸向外磁場(chǎng)從零逐漸增強(qiáng)時(shí)，熒光屏上的直線光跡將一邊旋轉(zhuǎn)一邊縮短，直到使得電子的螺旋形運(yùn)動(dòng)軌

25、跡的螺距正好等于垂直偏轉(zhuǎn)極中心智熒光屏的距離時(shí)，電子束將被軸向外磁場(chǎng)再次聚焦成一光點(diǎn)。這樣，根據(jù)這時(shí)的UA2, B和L值，求得e/m值。（1）先斷開電源，安裝好縱向磁感線圈，接線柱向外放置，注意接線極性；（2）打開電源，調(diào)節(jié)、旋鈕，X調(diào)零（偏轉(zhuǎn)），Y調(diào)零（偏轉(zhuǎn)），使熒光屏中心出現(xiàn)一點(diǎn)，且亮度適中；（3）撥交流擋，調(diào)整偏轉(zhuǎn)(調(diào)零)旋鈕，使熒光屏中心出現(xiàn)一條亮線，使其長(zhǎng)度、亮度適中；（4）調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕，使得線圈勵(lì)磁電流由零逐漸增大，觀察熒光屏亮線的變化(屏上的直線段將邊旋轉(zhuǎn)邊縮短，直到收縮成一點(diǎn))。當(dāng)聚成點(diǎn)時(shí)，記錄勵(lì)磁電流I1 。繼續(xù)增大電流，當(dāng)?shù)诙尉鄢梢稽c(diǎn)時(shí)，記錄勵(lì)磁電流I2，當(dāng)?shù)谌尉鄢梢稽c(diǎn)時(shí)，記錄勵(lì)磁電流I3及加速電壓。（5）為消除地磁場(chǎng)的影響，可將