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实验五 磁聚焦法测定电子荷质比 带电粒子的电量与质量的比值称荷质比，是带电微观粒子的基本参量之一．荷质比的 测定在近代物理学的发展中具有重大的意义，是研究物质结构的基础．1897 年，汤姆逊（J.J. Thomson ）正是在对“阴极射线”粒子荷质比的测定中，首先发现电子的．测定荷质比的 方法很多，汤姆逊所用的是磁偏转法，本实验采用了磁聚焦法． 【实验目的】 1．学习测量电子荷质比的方法； 2 ．了解 电粒子在电磁场中的运动规律及磁聚焦原理． 【实验原理】 1．示波管的简单介绍 本实验所用的8SJ31 型示波管的构 造以及有 几何参数如图1 所示． 阴极K 是一个表面涂有氧化物的 金属圆筒，经灯丝加热后温度上升， 一部分电子作逸出功后脱离金属表面 成为自由电子发射．自由电子在外电 场作用下形成电子流．栅极G 为顶端 开有小孔的圆筒，套在阴极之外，其 图1 示波管结构 电位比阴极低，使阴极发射出来具有 一定初速的电子，通过栅极和阴极间的电场时减速．初速大的电子可以穿过栅极顶端小孔 射向荧光屏，初速小的电子则被电场排斥返回阴极．如果栅极所加电位足够低，可使全部 电子返回阴极．这样，调节栅极电位就能控制射向荧光屏的电子射线密度，即控制荧光屏 上光点的亮度，这就是亮度调节．记符号为 “¤”． 为了使电子以较大的速度打在荧光屏上，使荧光物质发光亮 ，在栅极之后装有加速 电极，相对于阴极，其电压一般为1 KV 至2 KV ．加速电极是一个长形金属圆筒，筒内装 有具有同轴中心孔的金属膜片，用于阻挡离开轴线的电子，使电子射线具有较细的截面．加 速电极之后是第一阳极 A 和第二阳极 A ．第二阳极通常和加速电极相连，而第一阳极对 1 2 阴极的电压一般为几百伏特．这三个电极所形成的电场，除对阴极发射的电子进行加速外， 并使之会聚成很细的电子射线，这种作用称为聚焦作用．改变第一阳极的电压，可以改变 电场分布，使电子射线在荧光屏上聚焦成细小的光点，这就是聚焦调节，记符号为“⊙”．当 然，改变第二阳极的电压，也会改变电场分布，从而进一步改变电子射线在荧光屏上聚焦 的好坏，这是辅助聚焦调节，记符号为 “○”． 为使电子射线能够达到荧光屏上的任何一点，必须使电子射线在两个互相垂直的方向 上都能偏转，这种偏转可以用静电场或者磁场来实现．一般示波管采用静电场使电子射线 偏转，称静电偏转．静电偏转所需要的电场，由两对互相垂直的偏转板提供．其中一对能 使电子射线在X 方向偏转，称X 向偏转板D ．另一对能使电子射线在Y 方向偏转，称Y x 37 向偏转板D ． y 2 ．电子射线的磁聚焦原理（偏转电场为零）． （1） U- ¤ ⊙ U+ U n K G A1 A2 H 8SJ31 D Dy x H 图2 偏转电场为零时接线图 若将示波管的加速电极、第一阳极A 、第二阳极A 、偏转电极D 和D 全部连在一 1 2 x y 起，并相对于阴极K 加同一加速电压U ，这样电子一进入加速电极就在零电场中作匀速运