第1页共7页图4－18－1HKGOA1电子轨迹图4－18－3θ电子电力线等位线ZF’rF’F’zFzFrF电力线ZV1V2图4－18－2V1V2A1A1A2A2等位面编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共7页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A1的加速电场作用下，先会聚于控制栅孔附近一点（图4－18－1中O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束会聚起来，与光学透镜对光束的聚焦作用相似，由第一阳极A1和第二阳极A2组成电聚焦系统。A1、A2是两个相邻的同轴圆筒，在A1、A2上分别加上不同的电压V1、V2，当V1>V2时，在A1、A2之间形成一非均匀电场，电场分布情况如图4－18－2所示，第2页共7页第1页共7页图4－18－4hB（Z）v⊥vv∥编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共7页电场对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4－18－3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。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F’r和F’Z两个分量。F’z分力仍使电子沿Z轴方向加速，而F’r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（FZ和F’Z），由于在后半区的轴向速度比在前半区的大得多。因此，在后半区电子受F’r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，因此总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A1和A2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A1，第二阳极A2，水平，垂直偏转板全连在一起，相对于阴极板加一电压VA，这样电子一进入A1后，就在零电场中作匀速运动，这时来自交叉点（图4－18－1中O点）的发散的电子束将不再会聚，而在荧光屏上形成一个面积很大的光斑。下面介绍用磁聚焦的方法使电子束聚焦的原理。第3页共7页第2页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共7页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A1后，即在一均匀磁场B（电场为零）中运动，如图4－18－4所示。v可分解为平行B的分量v∥和垂直于B的分量v⊥，磁场对v∥分量没有作用力，v∥分量使电子沿B方向作匀速直线运动；V⊥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R=mν¿eB（4－18－1）式中m是电子的质量，e是电子的电荷量。电子作圆周运动的周期为T=2πRv¿=2πmeB（4－18－2）从（4－18－2）式看出，T与v⊥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∥＝2πmeBv∥（4－18－3）在示波管中，由电子束交叉点射入均匀磁场中的一束电子流中，各电子与Z轴的夹角θ是不同的，但是夹角θ都很小。则v∥＝vcosθ≈vv¿=vcosθ≈vθ由于v⊥不同，在磁场的作用下，各电子将沿不同半径的螺旋线前进见（4－18－1）式），但由于各电子的v∥分量近似相等，其大小由阳极所加的电压VA决定，因为12mv∥2＝eVA即v∥第4页共7页第3页共7页图4－18－5h编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页共7页＝√2eVAm所以各螺旋线的螺距是相等的（见（4－18－3）式）。这样，由同一点O出发的各电子沿不同半径的螺旋线，经过同一距离h后，又重新会聚在轴线上的一点，如图4－18－5所示。调节磁场B的大小，使l／h＝n’为一整数（l是示波管中电子束...
