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电子束在电场和磁场中的运动 　 1．了解示波管的基本结构。 2．理解带电子粒子在电场、磁场中的运动规律及聚焦原理。 3．学习电子荷质比的测量方法。 【实验原理】 1.阴极射线管(示波管)的基本结构， 如图一所示，示波管有电子枪，偏转板，和荧光屏三部分组成，其中电子枪是示波管的核心部分。电子枪由阴极K、?栅极G?、聚焦阳极A1、第二阳极A2等同轴金属圆筒组成。垂直偏转板Y、水平偏转板X、荧光屏S。阴极被灯丝加热而发射电子，电子受阳极的作用而加速，形成一束电子射线，打在荧光屏上。 电子从阴极发射出来时，可以认为它的初速度为零。电子枪内阳极Ａ２相对阴极Ｋ具有几百甚至几千伏的加速正电压U2，它使电子沿轴向加速。电子从速度为0到达Ａ２时速度为v。 由动能定理 知： （1） 控制栅极G相对于阴极K具有负电位，两者相距很近（约十分之几毫米），其间形成的电场对电子有排斥作用。用电位器R1调节G对K的电位，可以控制电子枪射出的电子数目，即控制屏上的光电亮度。 2.电子束的电偏转 过阳极Ａ2的电子具有ν的速度进入两个相对平行的偏转板间。若在两个偏转板上加上电压Ud，两个平行板间距离为ｄ。则平行板间的电场强度E=Ud/d, 电场强度的方向与电子速度ν的方向相互垂直。如图二所示： ?????????????????????? ?图二? ? 设电子的速度方向为Ｚ（沿轴向），电场方向为Ｙ轴。当电子进入平行板空间后收到垂直于z方向的电场力作用，在z方向作匀速直线运动，在y方向作初速度为零的匀加速运动。设平行板的长度为，电子通过所需的时间为ｔ，则有 ?（2） 电子在平行板间受电场力的作用，电子在与电场平行的方向产生的加速度大小为ay=eE/m，其中 ｅ为电子的电量，ｍ为电子的质量。当电子射出平行板时，在ｙ方向电子偏离轴的距离 ??? （3） 电子离开电场的速度为 将带入（3），得 （4） 由图二可以看出，电子在荧光屏上偏转距离Ｄ为 （5） （6） 将（4）、（6）式代入（5）得： （7） 从（7）式可看出,偏转量D随Ud增加而增加,与成正比。偏转量与U2和ｄ成反比。 3.电子束的磁偏转 图三 电子以速度v进入磁感应强度为B匀强磁场中，磁场中受到洛仑兹力的作用 在示波管段加垂直于纸面向外的均匀磁场，电子沿z轴进入磁场，在磁场中做匀速圆周运动，轨道半径为R。电子离开磁场后做匀速直线运动（重力忽略），最终打在荧光屏上。由牛顿运动定律知： 则 （8） 电子离开磁场区域作匀速直线运动,运动方向与z轴夹角 （9） 电子离开磁场区域时y周方向位移为 电子离开磁场区域后在y轴方向的位移为 所以电子打在荧光屏上点的y轴方向的位移为 如果偏角较小,则可做如下近似计算 即： （10） 将（1）代入（10）可得： （11） 上