2、用纵向磁聚焦法测定电子荷质比hbl.docx

2、:用纵向向磁聚焦焦法测定定电子荷荷质比:.图一用纵纵向磁聚聚焦法测测定电子子荷质比比实验装装置全图图带电粒粒子的电电量与质质量的比比值称荷荷质比，是是带电微微观粒子子的基本本参量之之一。荷荷质比的的测定在在近代物物理学的的发展中中具有重重大的意意义，是是研究物物质结构构的基础础。18897年年，汤姆姆逊（JJ.J. Thhomsson）正正是在对对“阴极射射线”粒子荷荷质比的的测定中中，首先先发现电电子的。测测定荷质质比的方方法很多多，汤姆姆逊所用用的是磁磁偏转法法，而本本实验采采用磁聚聚焦法。 .:实实验预习习:.图1 示波管管结构 1示示波管的的简单介介绍本实验所所用的88SJ331型示示波管的的构造以以及有关关几何参参数如图图1所示阴极K是是一个表表面涂有有氧化物物的金属属圆筒，经经灯丝加加热后温温度上升升，一部部分电子子作逸出出功后脱脱离金属属表面成成为自由由电子发发射自自由电子子在外电电场作用用下形成成电子流流栅极极G为顶端端开有小小孔的圆圆筒，套套在阴极极之外，其其电位比比阴极低低，使阴阴极发射射出来具具有一定定初速的的电子，通通过栅极极和阴极极间的电电场时减减速初初速大的的电子可可以穿过过栅极顶顶端小孔孔射向荧荧光屏，初初速小的的电子则则被电场场排斥返返回阴极极如果果栅极所所加电位位足够低低，可使使全部电电子返回回阴极这样，调调节栅极极电位就就能控制制射向荧荧光屏的的电子射射线密度度，即控控制荧光光屏上光光点的亮亮度，这这就是亮亮度调节节记符符号为“¤¤”为了使电电子以较较大的速速度打在在荧光屏屏上，使使荧光物物质发光光亮些，在在栅极之之后装有有加速电电极，相相对于阴阴极，其其电压一一般为11 KVV至2 KKV加加速电极极是一个个长形金金属圆筒筒，筒内内装有具具有同轴轴中心孔孔的金属属膜片，用用于阻挡挡离开轴轴线的电电子，使使电子射射线具有有较细的的截面加速电电极之后后是第一一阳极AA1和第二二阳极AA2第二二阳极通通常和加加速电极极相连，而而第一阳阳极对阴阴极的电电压一般般为几百百伏特这三个个电极所所形成的的电场，除除对阴极极发射的的电子进进行加速速外，并并使之会会聚成很很细的电电子射线线，这种种作用称称为聚焦焦作用改变第第一阳极极的电压压，可以以改变电电场分布布，使电电子射线线在荧光光屏上聚聚焦成细细小的光光点，这这就是聚聚焦调节节，记符符号为“”当当然，改改变第二二阳极的的电压，也也会改变变电场分分布，从从而进一一步改变变电子射射线在荧荧光屏上上聚焦的的好坏，这这是辅助助聚焦调调节，记记符号为为“”为使电子子射线能能够达到到荧光屏屏上的任任何一点点，必须须使电子子射线在在两个互互相垂直直的方向向上都能能偏转，这这种偏转转可以用用静电场场或者磁磁场来实实现一一般示波波管采用用静电场场使电子子射线偏偏转，称称静电偏偏转静静电偏转转所需要要的电场场，由两两对互相相垂直的的偏转板板提供其中一一对能使使电子射射线在XX方向偏偏转，称称X向偏转转板Dx另一一对能使使电子射射线在YY方向偏偏转，称称Y向偏转转板Dy2电子子射线的的磁聚焦焦原理（偏偏转电场场为零）（1）若若将示波波管的加加速电极极、第一一阳极AA1、第二二阳极AA2、偏转转电极DDx和Dy全部连连在一起起，并相相对于阴阴极K加同一一加速电电压Ua，这样样电子一一进入加加速电极极就在零零电场中中作匀速速运动，如如图2所示这时来来自电子子射线第第一聚焦焦点F1（在栅栅极G的小圆圆孔前方方）的发发散电子子射线将将不再会会聚，而而在荧光光屏上形形成一个个光斑为了能能使电子子射线聚聚焦，可可在示波波管外套套一个通通用螺线线管，使使在电子子射线前前进的方方向产生生一个均均匀磁场场，磁感感应强度度为B在8SSJ311型示波波管中，栅栅极和加加速电极极很靠近近，仅11.8 mm因此，可可以认为为电子离离开第一一聚焦点点F1后立即即进入电电场为零零的均匀匀磁场中中运动（2）在在均匀磁磁场B中以速速度运动动的电子子，受到到洛仑兹兹力F的作用用（1）当v和BB平行时时，F等于零零，电子子的运动动不受磁磁场的影影响，仍仍以原来来的速度度v作匀速速直线运运动当当v和B垂直时时，力FF垂直于于速度vv和磁感感应强度度B，电子子在垂直直于B的平面面内作匀匀速圆周周运动，如如图3（a）所示示（图中中的F和v只表示示作大圈圈运动电电子的洛洛仑兹力力和速度度的方向向）维维持电子子作圆周周运动的的力就是是洛仑兹兹力，即即        （22）电子运动动轨道的的半径为为：              （3）电子绕圆圆一周所所需的时时间（周周期）TT为          （44） 从（33）、（44）两式式可见，周周期T和电子子速度vv无关，即即在均匀匀磁场中中不同速速度的电电子绕圆圆一周所所需的时时间是相相同的但速度度大的电电子所绕绕圆周的的半径也也大因因此，已已经聚焦焦的电子子射线绕绕一周后后又将会会聚到一一点（3）在在一般情情况下，电电子束呈呈圆锥形形向荧光光屏运动动，如电电子速度度v和磁感感应强度度B之间成成一夹角角，此时时可将vv分解为为与B平行的的轴向速速度v/ （v/ = vcossq ）和与与B垂直的的径向速速度v (v= vsinnq )，两部部分如图图3（b）所示示v/ 使电子子沿轴方方向作匀匀速运动动，而vv在洛仑仑兹力的的作用下下使电子子绕轴作作圆周运运动，合合成的电电子轨迹迹为一螺螺旋线，其其螺距为为          （55） 对于从从第一聚聚焦点FF1出发的的不同电电子，虽虽然径向向速度vv不同，所所走的圆圆半径RR也不同同，但只只要轴向向速度vv/ 相等，并并选择合合适的轴轴向速度度v/ 和磁感感应强度度B（改变变v的大小小，可通通过调节节加速电电压Ua；改变变B的大小小可调节节螺线管管中的励励磁电流流I），使使电子在在经过的的路程ll中恰好好包含有有整数个个螺距hh，这时时电子射射线又将将会聚于于一点，这这就是电电子射线线的磁聚聚焦原理理.:实实验仪器器:.EMB-2型电电子射线线、电子子荷质比比测定仪仪：励磁磁螺线管管、示波波管和直直流稳压压，电源源换向开开关等本实验验仪器的的参数如如下：N = 15996匝L0.2260 mD内0.0090 mD外0.0098 ml0.1999 mll中=0.1107 ml后= 0.1233 m  图一 电电子荷质质比实验验仪器.:实实验图片片:. .:思思考题:.1为什什么螺线线管磁场场要反向向测量后后求平均均磁感应应强度来来计算ee / m？提示：螺螺线管磁磁场与地地磁场平平行。 2如如何判断断一次聚聚焦、二二次聚焦焦、三次次聚焦提示：聚聚焦时光光斑是怎怎样的？