磁聚焦实验

【实验目的】

演示运动电荷在磁场中受到的洛仑兹力和磁场对电子束的聚焦作用。

【实验器材】

示波管，聚焦线圈，磁场开关，电源开关，灰度调节，位移调节，线圈电源插座。其中电源电压交流220V，示波管采用8SJ31J示波管，其加速电压为1100V，外型尺寸400×280×260mm。

图68-1

【实验原理】

如图68-2所示，当带电粒子沿与磁场成角方向以速度斜向进入磁场时，磁场对其的分运动作用，使之在垂直的平面内作匀速率圆周运动，磁场对的分运动无作用，粒子在沿方向上作匀速直线运动。结果带电粒子沿方向作螺旋线运动。

带电粒子的回旋半径：（68-1）

带电粒子的回旋周期：（68-2）

带电粒子的螺距：（68-3）

从式（68-2）可知，带电粒子的回旋周期与速度大小无关。

设有许多速度大小相同、方向各异的带电粒子组成的带电粒子束从点出发，如图68-3所示。因为带电粒子的回旋周期与带电粒子的速度无关，所以，所有带电粒子将同时回到所在的那条母线上。又由于各带电粒子速度方向各异即不同，其各不相同，因此在同一时间内，它们沿母线前进的距离不等，即这些粒子不能会聚于点。

但当带电各粒子的角均很小时，，。则从出发的带电各粒子将在时间内前进相同距离

（68-4）

而会聚于点。此即“磁聚焦”。电子显微镜中的“磁透镜”就是根据此原理而制成的。

【实验操作与现象】

1．打开电源开关，预热3分钟，在示波管显示屏上出现电子束光斑。记住光斑形状。

2．调节灰度及位移旋钮，使光斑位于显示屏中央且灰度适中。

3．打开聚焦线圈磁场开关，则观察到在线圈的磁场作用下，电子束光斑会聚于显示屏中间一点，并与关闭磁场开关时的电子束光斑比较。

4．移动聚焦磁场线圈，仔细观察，可以看到，电子束的螺旋轨迹和光斑会聚过程。

5．关闭聚焦线圈电源即关闭磁场开关，外加一永久磁铁，将会观察到电子束在洛仑兹力的作用下产生偏转的现象。

【注意事项】

1．在演示磁聚焦时，注意不要有外磁场的影响。

2．线圈电源打开时间不易过长，以免线圈过热烧毁。

3．示波管比较娇贵，注意保护，避免受到硬物的撞击。