空间科学与应用物理系 电子射线的磁聚焦和电子 荷质比的测定
[实验目的] 1.掌握电子射线磁聚焦的基本原理，加深对电子(及 带电粒子)在磁场中运动规律的理解； 2.通过用零电场法测电子的荷质比，学习科学实验的 分析方法和培养学生科学实验的探索精神
⚫EMB-2型电子射线电子比荷测定仪、励 磁电源、励磁螺线管、导线。 [实验仪器]
1.示波管 [实验原理]
二、电子射线的磁聚焦原理(电场为零)
在均匀磁场B中以速度v运动的电子，受到洛仑兹力F的作用， 当v 和B 垂直时， 电子运动轨道的半径为： 电子绕圆一周所需的时间(周期)T为： R v F evB m 2 = = eB mv R = eB m v R T 2 2 = =
⚫ 其螺距为： 对于从第一聚焦点F1出发的不同电子，虽然径向速度 不同，所走的圆半径不同，但只要轴向速度相等，并选 择合适的轴向速度和磁感应强度 ,使电子在经过的路程 中恰好包含有整数个螺距，这时电子射线又将会聚于一 点，这就是电子射线的磁聚焦原理。 // // 2 v eB m h v T = =
三、零电场法测定电子荷质比 ⚫ 忽略电子离阴极时的速度（因为比较小）,电子运动的速 度就由加速电压决定： ，因θ角很小，近似 可见电子在均匀磁场中运动时，具有相同的轴向速度。但 因θ角不同，径向速度将不同。因此，它们将以不同的半径 和相同的螺距作螺旋线运动。 a mv = eU 2 2 1 m eU v v a 2 // ≈ =
⚫ 经过T时间后，所有的电子射线在 的地方聚 焦。调节磁感应强度B 的大小，使螺距h恰好等于电子射 线第一聚焦点F1到荧光屏之间的距离l，这时在荧光屏上 的光斑将聚焦成一个小亮点，于是 故电子荷质比 ： 为简便，磁感应强度B仍用薄螺线管公式计算。轴线中点 的磁感应强度 。 v eB m h 2 = m eU eB m v eB m l h 2 2 2 a = = = 2 2 2 8 l B U m e a = B= 0 nI cos
[实验内容和步骤] 1. 按电路图五连接电路。 2. 选择一定的加速电压，在该加速电压下，调节励磁电流的大小实现 电子射线的二次磁聚焦。记录第一次，第二次，第三次聚焦时的励 磁电流分别为I1 , I2，I3 (为了减小偶然误差，各测四次，求平均值)， 然后再把I1 ,I2， I3折算为第一次聚焦时的平均励磁电流，即加权平均 值 ，根据原理，计算出电子荷质比。 3. 改变加速电压的大小重复步骤2。 4. 将螺线管磁场的方向反向，再做一次。 5. 按要求测定各项数据，计算出电子比荷的平均值并与 公认值 相比较。 1 2 3 1 2 3 + + + + = I I I I 11 -1 = 1.76 10 c • kg m e