磁聚焦法測(cè)電子荷質(zhì)比

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1、電子荷質(zhì)比的測(cè)量胡洋洋能動(dòng)07班10031172電子荷質(zhì)比的測(cè)量———實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介帶電粒子的電荷量與質(zhì)量的比值，稱為荷質(zhì)比。荷質(zhì)比是帶電粒子的基本參量之一，是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。目前測(cè)得的電子荷質(zhì)比的數(shù)值為。帶電粒子在磁場(chǎng)中受電場(chǎng)力的作用，在磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力的作用，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將發(fā)生變化。這種現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，為科學(xué)實(shí)驗(yàn)及工程技術(shù)帶來(lái)了極大的應(yīng)用價(jià)值。受電場(chǎng)力或磁場(chǎng)力的作用，帶電粒子可以聚焦，形成細(xì)束流，這是示波管和顯像管的工作基礎(chǔ)。利用帶電粒子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中的受力聚焦而形成的電透鏡或磁透鏡，是構(gòu)成電子顯微鏡的基層本組件

2、。帶電粒子受力加速或改變運(yùn)動(dòng)方向，這又是直線加速器或回旋加速器的工作原理。此類電磁元件和儀器設(shè)備極大地豐富了科學(xué)研究和工程技術(shù)的方法和手段，推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)原理磁聚焦法測(cè)定電子荷質(zhì)比1．?帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)：a．設(shè)電子e在均勻磁場(chǎng)中以勻速V運(yùn)動(dòng)。當(dāng)時(shí)，則在洛侖茲力f作用下作圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)半徑為R，由（1）得（2）如果條件不變，電子將周而復(fù)始地作圓周運(yùn)動(dòng)?？傻贸鲭娮釉谶@時(shí)的運(yùn)動(dòng)周期T：（3）由此可見(jiàn)：T只與磁場(chǎng)B相關(guān)而與速度V無(wú)關(guān)。這個(gè)結(jié)論說(shuō)明：當(dāng)若干電子在均勻磁場(chǎng)中各以不同速度同時(shí)從某處出發(fā)時(shí)，只

3、要這些速度都是與磁場(chǎng)B垂直，那么在經(jīng)歷了不同圓周運(yùn)動(dòng)，會(huì)同時(shí)在原出發(fā)地相聚。不同的只是圓周的大小不同，速度大的電子運(yùn)動(dòng)半徑大，速度小的電子運(yùn)動(dòng)半徑小（圖1）。圖1v垂直于B圖2v與B成角b．若電子的速度V與磁場(chǎng)B成任一角度：我們可以把V分解為平行于磁場(chǎng)B的分量和垂直于B的分量；這時(shí)電子的真實(shí)運(yùn)動(dòng)是這兩種運(yùn)動(dòng)的合成：電子以作垂直于磁場(chǎng)B的圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，以作沿磁場(chǎng)方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)。從圖2可看出這時(shí)電子在一條螺旋線上運(yùn)動(dòng)?？梢杂?jì)算這條螺旋線的螺距：由式3得（4）由此可見(jiàn)，只要電子速度分量大小相等則其運(yùn)動(dòng)的螺距就相同。

4、這個(gè)重要結(jié)論說(shuō)明如果在一個(gè)均勻磁場(chǎng)中有一個(gè)電子源不斷地向外提供電子，那么不論這些電子具有怎樣的初始速度方向，他們都沿磁場(chǎng)方向作不同的螺旋線運(yùn)動(dòng)，而只要保持它們沿磁場(chǎng)方向的速度分量相等，它們就具有相同的由式4決定的螺距。這就是說(shuō)，在沿磁場(chǎng)方向上和電子源相距處，電子要聚集在一起，這就是電子的旋進(jìn)磁聚焦現(xiàn)象。至于時(shí)，則磁場(chǎng)對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)和聚焦均不產(chǎn)生影響。2．?利用示波管測(cè)定電子的荷質(zhì)比把示波管的軸線方向沿均勻磁場(chǎng)B的方向放置，在陰極K和陽(yáng)極之間加以電壓，使陰極發(fā)出的電子加速。設(shè)熱電子脫離陰極K后沿磁場(chǎng)方向的速度為零。經(jīng)陰

5、極K與陽(yáng)極之間的電場(chǎng)加速后，速度為。這時(shí)電子動(dòng)能增量為。由能量守恒定律可知，電子動(dòng)能的增加應(yīng)等于電場(chǎng)力對(duì)它做的功。如果第一陽(yáng)極與陰極K間的電位差為（和接在一起），則此功應(yīng)為：，有（5）只要電壓確定，電子沿磁場(chǎng)的速度分量是確定的。而且電子經(jīng)過(guò)第一陽(yáng)極后，由于第二陽(yáng)極和兩對(duì)偏轉(zhuǎn)都與同電位，因此電子將不再受電場(chǎng)力的作用，電子沿磁場(chǎng)方向的速度分量將不再改變。把5式代入4式有（6）可以看到是B和的函數(shù)。調(diào)節(jié)和B的大小，可以使電子束在磁場(chǎng)的方向上任意位置聚焦。當(dāng)正好等于示波管陽(yáng)極和熒光屏之間的距離d時(shí)，可以在熒光屏上看到一個(gè)很

6、小的亮點(diǎn)。若B值增大到2倍或3倍時(shí)，會(huì)使或，相應(yīng)地在熒光屏上將看到第二次、第三次聚焦。當(dāng)不等于這些值時(shí)，只能看到較大的不等的光斑而不會(huì)聚焦。由式6有（7）將和B之值代入上式可得電子的荷質(zhì)比。對(duì)于SJ-SS-I型電子束實(shí)驗(yàn)儀來(lái)說(shuō)，B是螺線管中磁場(chǎng)的平均值，與電流I的關(guān)系可表示為：（8）K為每臺(tái)儀器常數(shù)，由一起給定。對(duì)于SJ-SS-II型電子束實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，B可取螺線管中部的磁場(chǎng)值。當(dāng)位于螺線管中心時(shí)，令，可得（9）令，則（10）代入7式得出（11）式中D是螺線管的直徑，L是螺線管的長(zhǎng)度，N是螺線管的匝數(shù)，d是示波管的陽(yáng)極

7、到熒光屏之間的距離。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.研究磁場(chǎng)幾乎平行于電子束情況下電子的運(yùn)動(dòng)。2.用磁聚焦法測(cè)定電子荷質(zhì)比。實(shí)驗(yàn)儀器電子荷質(zhì)比的測(cè)量———實(shí)驗(yàn)儀器電子束實(shí)驗(yàn)儀電子束實(shí)驗(yàn)儀顯示屏電流表、電壓表實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?用電子實(shí)驗(yàn)儀測(cè)荷質(zhì)比（1）按圖9所示方法連接導(dǎo)線，則機(jī)內(nèi)示波管電路如圖10所示。此時(shí)第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極、水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板均連接在一起，它們的電位均為。勵(lì)磁電源提供磁聚焦線圈所需的勵(lì)磁電流，產(chǎn)生與示波管軸線平行的磁場(chǎng)，使電子作螺旋線運(yùn)動(dòng)。圖9正向聚焦面板接線圖（2）將儀器面板上“功能選擇”開(kāi)關(guān)旋至“磁聚”處，此時(shí)儀器工

8、作在磁聚焦?fàn)顟B(tài)。（3）接通總電源，預(yù)熱幾分鐘后，熒光屏上出現(xiàn)亮斑，亮斑輝度不夠時(shí)，可調(diào)節(jié)輝度旋鈕或加大。（4）在接通勵(lì)磁電源開(kāi)關(guān)前，先將“勵(lì)磁電流”旋鈕旋至最?。鏁r(shí)針?lè)较颍?。?）取為800V，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使光斑聚焦，記下三次聚焦時(shí)勵(lì)磁電流的讀數(shù)。（6）取為1000V，1200V，重復(fù)步驟（6）。（7）關(guān)閉總電源幾分鐘，改接線方式為圖11所示，此時(shí)儀器工