电子束的磁偏转及磁聚焦.docx

第 3 章基础实验 25
实验 电子束的磁偏转及磁聚焦
【实验目的】
1 ? 学习示波管中电子束的磁偏转及磁聚焦原理，观察电子束在磁场中偏转和聚焦现象 , 进重量 V x,将受洛仑兹力 fB
二 ev x B 的作用，在垂直于
B 的平面内做匀速率圆 周运动。电子做圆周运动的同时，
还在加速电压
V2
影响下沿 Z 轴方向做匀速（速度为
u ）
直线运动，两运动合成的结果是电子沿
B 的方向作螺旋线运动， 如图 3-18
所示。则电子做螺
旋线运动的回旋半径 R 和周期 T 分别为
mv x
(3-37 )
eB
2 nR
=2
(3-38 )
由此可知，电子的回旋半径

R 与

Vx 成正比，与

B 成反比；周期

T

与

B

成反比而与

Vx 无 关。它表示

Vx 大的电子绕半径
大的轨道运动，
一周的时间都相等。
电子做螺旋线运动的螺距为

Vx 小的电子绕半径小的轨道运动，但它们运动
h = V z T = 2 冗印 ^
（ 3-39 ）
eB
诚然它们的初始轴向速度也是不一样样的，但它们的螺距是相等的，也就是经过一个周期 后，同时从电子枪发射出来但运动
方向不一样的电子，又交汇在同一点（见图
3-18 ）,这就是
28 大学物理实验 9
磁聚焦作用。而且每经过一个周期（一个螺距） ，有一个聚焦点。
第 3 章基础实验 29
图 3-18 电子束的磁聚焦
调整磁场的 B 来改变螺距 h ，可使电子枪出口到荧光屏的距离 L 为 h 的整数倍，这样我
们就可以观察到多次磁聚焦现象。
利用磁齐聚现象能够测定电子的荷质比。第 1 次聚焦时，则有 :
mv z
(3-40 )
eB
而 Vz = 代入上式可得 :
e 8 nV 2 m~
(3-41 )
L2B2
有限长螺线管中点的磁感觉强度为
7NI
.l2 D 2
所以
2
2
e 8 nV 2 — =i
8nV 2
(3-42 )
2 2 m L B
L2
其中， N

为螺线管线圈总匝数，

L

为电子束交织点到荧光屏的距离，

V2 为加速电压，

I

为
励磁电流强度，

I

为螺线管的长度（单位为

m ）,

D

为螺线管的直径（单位为

m ）。
N 、L、I、D

由实验室给出，只要测出

V 2 和

I

即可算出电子的荷质比

"e/m

”（标准值：
11
e/m =

10 C/Kg

）。
的实质结构比较复杂，电场和外磁场的场强不会是理想的匀强分布，所以很难精确考虑，因

此电子在场中的运动规律与实质
有必然的偏离，反响在 L 不能够正确地确定上。其他，若是电
子束的电流密度较大，加速电压甚低，那么电子间的相互排斥作用更为显然，造成电子束的 扩大，这种效应称为空间电荷效
应，但是，当“亮度”较低，加速电压很高时，空间电荷效
应很小，由它引起测量 - 的系统误差能够大大减小。
m
【实验内容及操作】
? 电子在横向磁场作用下的运动（磁偏转实验）
（ 1）将仪器面板上的“示波管管脚”与相应的“电源输出端”相连接。详尽接线以下 11 : “示波管管脚”
“电源输出端” G
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“示波管管脚
”
8 T
电源输出端”
H
(A ) ” 和“(B) ”。
“示波