观察电子束在磁场中的运动

【目的和要求】

　　观察电子束在偏转电场中的运动轨迹以及加速电压、偏转电压时运动轨迹的影响；观察电子束在匀强磁场中的运动轨迹以及磁感应强度的大小和方向对运动轨迹的影响。

【仪器和器材】

　　电子束演示仪，亥姆霍兹线圈，学生多用[电]表（J0411型）或0－250伏直流电压表，学生电源（J1202型或J1202－1型），滑动变阻器（J2354－4型），蹄形磁铁（U081），单刀开关（J2352型），导线若干。

【实验原理】

　　（1）把蹄形磁铁由上往下靠近电子束管，并使N、S极间磁力线与电子束运动方向垂直，观察电子束的偏转方向，并用左手定则判定，看所判定的洛伦兹力的方向与电子束偏转方向是否一致。将磁铁南、北极位置对调，再进行一次观察和判断。

　　（2）固定磁铁与电子束管之间的相对位置，旋转“加速电压调节”旋钮，增大或减小加速电压，观察电子束的偏转情况。由观察结果可以得出什么结论？

　　（3）把亥姆霍兹线圈竖立在电子束管两侧，位于标尺和偏转极板之间。使两线圈距离等于线圈直径，相互平行，线圈平面平行于电子束管轴线。顺向串联两线圈后，将它与学生电源、变阻器和电键组成图4．28－3所示的电路。闭合所有电源开关，把“偏转电压方向选择”开关置“上”，“加速电压调节”旋钮和“偏转电压调节”旋钮都 旋至适中，观察电子束的偏转情况。若电子束进入亥姆霍兹线圈所形成的近似匀强磁场区后，继续沿着原偏转方向更厉害地偏转，则需将“偏转电压方向选择”开关改置在“下”（或将线圈电路的电源正、负极接线交换位置）。适当调节“偏转电压调节”旋钮，“加速电压调节”旋钮和变阻器R，就可观察到在线圈内部所形成的磁场区内，电子束的轨迹呈圆弧形，解释这种实验现象。分析偏转电压的大小、加速电压的大小，线圈中电流的大小对圆半径的影响，并用实验验证之。

　　（4）把亥姆霍兹线圈顺向串联后套在电子束管上，位于标尺和偏转极板之间，使两线圈距离等于线圈直径，且相互平行，线圈平面垂直于电子束管的轴线。仍将它连入图4．28－3所示的电路。“偏转电压方向选择”开关置“断”，“加速电压调节”旋钮旋至适中，闭合所有电源开关，观察电子束的运动轨迹，解释所观察到的现象。把“ 偏转电压调节”旋钮调至适中，“偏转电压方向选择开关”拨至“上”或“下”。当所用加速电压约150伏，偏转电压约15伏，逐渐增大线圈中的电流，就可观察到电子束的轨迹呈螺旋状，试解释这个现象。改变偏转电压、加速电压和线圈中的电流，可以观察到它们对螺旋轨迹的半径和螺距的影响。