实验十四电子束的电聚焦和磁聚焦-实验十八电子束线的电聚焦.doc

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图 4 -18-3
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实验十四电子束线的电聚焦与磁聚焦
实验目的
1. 研究带电粒子在电场和磁场中聚焦的规律。
2. 了解电子朿线管的结构和原理。
3. 掌握测量电子荷质比的一种方法。 实验仪器
SJ-SS—2型电子束实验仪。
实验原理
1. 电聚焦原理
从示波管阴极发射的电子在第一阳 极川的加速电场作用下，先会聚于控制栅 孔附近一点（图4一 18—1中0点）,往后， 电子束又散射开来。为了在示波管荧光屏 上得到一个又亮又小的光点，必须把散射 开来的电子朿会聚起来，与光学透镜对光 束的聚焦作用相似，由第一阳极川和第二 阳极压组成电聚焦系统°儿、金是两个相 邻的同轴圆简，在川、和上分别加上不同 的电圧%,当Vi>V2时，在川、出 之间形成一非均匀电场，电场分布情况如 图4一 18 — 2所示，电场对Z轴是对称分 布的。
电子束中某个散离轴线的电子沿轨 迹S进入聚焦电场，图4一 18—3画出了 这个电子的运动轨迹。
在电场的前半区，这个电子受到与电 力线相切方向的作用力F可分解为垂 直指向轴线的分力Fr与平行于轴线的分 力Fz。Fr的作用使电子向轴线靠拢，Fz 的作用使电子沿Z轴得到加速度。电子到 达电场后半区时，受到的作用力F'可分 解为相应的和F夕两个分量。F?分力仍 使电子沿Z轴方向加速，而分力却使 电子离开轴线。但因为在整个电场区域里 电子都受到同方向的沿Z轴的作用力（丘和F4由于在后半区的轴向速度比在前半区的大
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得多。因此，在后半区电子受"的作用时间短得多。这样，电子在前半区受到的拉向轴线的 作用大于在后半区受到离开轴线的作用，因此也效果是使电子向轴线靠拢，最后会聚到轴上 某一点。调节阳极川和比的电压可以改变电极间的电场分布，使电子束的会聚点正好与荧 光屏重合，这样就实现了电聚焦。
2. 磁聚焦原理
将示波管的第一阳极川，第二阳极出，水平，垂直偏转板全连在一起，相对于阴极板 加一电压匕I,这样电子一进入內后，就在零电场中作匀速运动，这时来自交叉点（图4一18 一1中0点）的发散的电子束将不再会聚，而在荧光屏上形成一个而积很大的光斑。下而介 绍用磁聚焦的方法使电子束聚焦的原理。
在示波管外套一载流长螺线管，在Z轴方向即产生一均匀磁场B,电子离开电子束交叉 点进入第一阳极川后，即在一均匀磁场B （电场为零）中运动，如图4一 18 — 4所示…可分 解为平行B的分量v，和垂直于B的分量山，磁场对"分量没有作用力，w分量使电子沿B 方向作匀速直线运动：人分量受洛仑兹力的作用，使电子绕B轴作匀速圆周运动。因此，电 子的合成运动轨道是螺旋线（见图4-18-4）,螺旋线的半径为
尺=巴丄 （4-18-1）
eB
式中加是电子的质疑，e是电子的电荷量。
电子作圆周运动的周期为
T=2^R_=l^n_ （4-18-2）
v± eB
从（4-18-2）式看岀，T与心无关，即在同一磁场下，不同速度的电子绕圆一周所需的时 间是相等的，只不过速度大的电子绕的圆周大，速度小的电子绕的圆周小而已。
螺旋线的螺距为
h=Tv"=^!Lv“