济南大学电子束荷质比实验讲义.docx

电子束荷质比实验
测量物理学方面的一些常数（例如光在真空中的速度 c,阿伏加德罗常数 N，电子电荷 e,电子的静止质
m ）是物理学实验的重要任务之一，而且测量的精确度往往会影响物理学的进一步发展和一些重要的
新发现。本实验将通过较为简单的方法，对电子e/m 进行测量。
一、实验目的
1、了解示波管的结构；
2、了解电子束发生电偏转、电聚焦、磁偏转、磁聚焦的原理；
3、掌握一种测量荷质比的方法。
二、原理
（一）、 电子束实验仪的结构原理
电子束实验仪的工作原理与示波管相同，它包括抽成真空的玻璃外壳、电子枪、偏转系统与荧光屏四个部分。
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1、电子枪
电子枪的详细结构如图 1 所示。电子源是阴极，它是一只金属圆柱筒，里面装有一根加热用的钨丝，
两者之间用陶瓷套管绝缘。当灯丝通电（ 伏交流）被加热到一定温度时，将会在阴极材料表面空间逸
出自由电子（热电子） 。与阴极同轴布置有四个圆筒的电极，它们是各自带有小圆孔的隔板。电极 G称为
栅极，它的工作电位相对于阴极大约是 5-20V 的负电位，它产生一个电场是要把从阴极发射出的电子推回
到阴极去，只有那些能量足以克服这一阻止电场作用的电子才能穿过控制栅极。因此，改变这个电位，便
可以限制通过 G小孔的电子的数量，也就是控制电子束的强度。电极 G′在管内与 A 2 相连，工作电位 V 2
相对于 K 一般是正几百伏到正几千伏。 这个电位产生的电场是使电子沿电极的轴向加速。 电极 A 1 相对于 K
具有电位 V 1，这个电位介于 K 和 G′的电位之间。 G′与 A 1 之间的电场和 A1 与 A 2 之间的电场为聚焦电场（静电透镜），可使从 G发射出来的不同方向的电子会聚成一细小的平行电子束。这个电子束的直径主要取决于 A 1 的小孔直径。适当选取 V1 和 V 2，可获得良好的聚焦。
2、偏转系统
电偏转系统是由一对竖直偏转板和一对水平偏转板组成，每对偏转板是由两块平行板组成，每对偏转板之间都可以加电势差，使电子束向侧面偏转。磁偏转系统是由两个螺线管形成的。
3、荧光屏
荧光屏是内表面涂有荧光粉的玻璃屏，受到电子束的轰击会发出可见光，显示出一个小光点。
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（二）、实验原理
1、电偏转：电子束
+横向电场
Y
电偏转原理如图 2 所示。通常在示波管（又称电子束线
l
管）的偏转板上加上偏转电压
Vd，当加速后的电子以速度
v0
沿 Z 方向进入偏转板后，受到偏转电场
E（Y 轴方向）的作
+ + + + + +
用，使电子的运动轨道发生偏移。假定偏转电场在偏转板
l
范围内是均匀的，电子作抛物线运动，在偏转板外，电场为
e 0
d
零，电子不受力，作匀速直线运动。在偏转板之内
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