电子束的聚焦

电子束的聚焦
【实验目的】
1、研究带电粒子在电场和磁场中的聚焦规律。

2、进一步了解电子束线管的结构和原理。

3、掌握测量电子荷质比的一种方法。

【实验仪器】
DS-III 型电子束实验仪、 DX-III 型电子束示波器综合实验仪
【实验原理】
一、电聚焦
1A 和2A 相对阴极K 加上不同的电压1U ，2U 。

当21U U >时，如下图所示。

E
可分解为Z E 和
r E 两个分量。

在近1A 2A 端部时，r E 较大，而且r 越大，r E 越大，中部一段r E 很小，几乎只
受Z E 作用。

电子在电场中一方面被Z z F eE =-所加速，一方面受r r F eE =-作用而改变r V ，使 其变小。

电子偏离Z 越远，r 越大，r F 冲量越大，r V 该变量越大。

r F 的作用结果在前半区电子 运动轨迹向Z 轴方向弯——汇聚。

在后半区，因为r E 与前半区的反向，电子向上弯曲——发散。

但是由于Z F 的加速作用，在后半区的时间比前半区短，即总效果是汇聚。

若1U 、2U 选择恰当， 电子束将聚于荧光屏上，一般只要满足2
1
U G U =≈常数，即可认为此时光点处于聚焦状态。

二、磁聚焦
在示波管外套上同轴螺线管，若管长很大，则可看作成均匀磁场。

电子将做螺旋线运动。

存在
2
mv ev B R ⊥⊥= ⇒ mv R eB ⊥= ， 22R m
T v eB
ππ⊥==。

v 不变，螺距为2m h T v v eB π== 调节B ，使L 其恰为h 时，可得：
2e v m hB π= 又 212
a mv eU = 联立上述两式得： 2228a
U e m L B
π= 70122(cos cos )10B n I πθθ-=-⨯ 其中0n 为螺线管单位长度匝数，1θ、2θ为螺线管中心对两端的张角。

【实验内容】
一、电场聚焦
选三种不同的栅压，分别调1U 、2U ，使光点聚焦，测2
1
U G U =，验证G 是否为常数。

二、磁场聚焦
套上螺线管，并通电。

加适量大小的dy U ，使光斑位于原点上方以便观察螺旋运动。

有小到大逐渐增大偏转电流，使其发生第一、二、三次聚焦，记下各次聚焦时的电流1I 、2I 、3I
【数据记录与处理】
一、电场聚焦
有上述数据可得结论： 二、磁场聚焦
1____I A =；2____I A =；3____I A =。

电流取平均值为：123
____123
I I I I A ++=
=++。

此时加速电压：____a U A =。

2227082____(2cos 10)a
a U U e A m L B L n I πθ-===⨯ 。

【注意事项】
1、实验中所需数据可由螺线管读出。

2、电子荷质比标准值为11
1.75910C
Kg
⨯。

3、实验前，切记将偏转电流调至最小处，然后再由小到大调节。

4、螺线管要轻拿轻放，切勿损坏。

【思考练习】
若螺线管既不加任何偏转电压，也不人为外加横向磁场，把螺线管聚焦调好以后，将仪器原地转一圈。

观察荧光屏上光点位置是否变？是否可根据光点的变化来估算当地地磁场的磁感应强度？。