实验十三 电子束线的电偏转与磁偏转

实验十三 电子束线的电偏转与磁偏转
实验十三 电子束线的电偏转与磁偏转

实验十三 电子束线的电偏转与磁偏转

实验目的

1.研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律。 2.了解电子束线管的结构和原理。 实验仪器

SJ —SS —2型电子束实验仪。 实验原理

在大多数电子束线管中,电子束都在互相垂直的两个方向上偏移,以使电子束能够到达电子接受器的任何位置,通常运用外加电场和磁场的方法实现,

显像管等器件就是在这个基础上运用相同的原理制成的。

1.电偏转原理

电偏转原理如图4-17-1所示。通常在示波管(又称电子束线管)的偏转板上

加上偏转电压V ,当加速后的电子以速度v 沿Z 方向进入偏转板后,受到偏转电场E (Y 轴方向)的作用,使电子的运动轨道发生偏移。假定偏转电场在偏转板l 范围内是均匀的,电子作抛物线运动,在偏转板外,电场为零,电子不受力,作匀速直线运动。在偏转板之内

22)(212

1v

Z m eE at Y == (4-17-1)

式中v 为电子初速度,Y 为电子束在Y 方向的偏转。电子在加速电压V A 的作用下,加速电压对电子所做的功全部转为电子动能,则A eV mv =22

1

将E =V /d 和v 2代入(4-17-1)式,得

d

V VZ Y A 42

=

电子离开偏转系统时,电子运动的轨道与Z 轴所成的偏转角?的正切为

d V Vl dZ dY tg A l x 2===? (4-17-2)

设偏转板的中心至荧光屏的距离为L ,电子在荧光屏上的偏离为S ,则

L S

tg =?

代入(4-17-2)式,得

d

V VlL S A 2= (4-17-3)

由上式可知,荧光屏上电子束的偏转距离S 与偏转电压V 成正比,与加速电压V A 成反比,由于上式中的其它量是与示波管结构有关的常数故可写成

A

e V V k S = (4-17-4)

k e 为电偏常数。可见,当加速电压V A 一定时,偏转距离与偏转电压呈线性关系。为了反映电偏转的灵敏程度,定义

)1(A e V k V S ==电δ (4-17-5)

电δ称为电偏转灵敏度,单位为毫米/伏。电δ越大,表示电偏转系统的灵敏度越高。

2.磁偏转原理

磁偏转原理如图4-17-2所示。通常在示波管的电子枪和荧光屏之间加上一均匀横向偏转磁场,假定在l 范围内是均匀的,在其它范围都为零。当电子以速度v 沿Z 方向垂直射入磁场B 时,将受到洛仑磁力的作用在均匀磁场B 内电子作匀速圆周运动,轨道半径为R ,电子穿出磁场后,将沿切线方向作匀速直线运动,最后打在荧光屏上,由牛顿第二定律得

R v m evB f 2

== 或 eB mv R =

电子离开磁场区域与Z 轴偏斜了θ角度,由图4-17-2中的几何关系得

mv leB

R l =

=

θsin

电子束离开磁场区域时,距离Z 轴的大小α是

)cos 1()cos 1(cos θθθα-=-=-=eB mv R R R

电子束在荧光屏上离开Z 轴的距离为 αθ+?=tg L S 如果偏转角度足够小,则可取下列近似

θθθ==tg sin 和 2

1cos 2

θθ-=

则总偏转距离

)

6174()2

(2)

(212

2

)

2

11(22

2

22--+=+

=?+?=?+

?=+?=+-+?=l L m v leB m v eB l m v leB L m v leB eB m v m v leB L eB m v L R L R L S θθθθθθ

又因为电子在加速电压V A 的作用下,加速场对电子所做的功全部转变为电子的动能,则

m eV v eV mv A A 2212

=

=即 代入(4-17-6)式,得

)21

(2l L meV leB S A

+=

(4-17-7)

上式说明,磁偏转的距离与所加磁感应强度B 成正比,与加速电压的平方根成反比。

由于偏转磁场是由一对平行线圈产生的,所以有

KI B =

式中I 是励磁电流,K 是与线圈结构和匝数有关的常数。代入(4-17-7)式,得

)21(2l L meV KleI S A += (4-17-8)

由于式中其它量都是常数,故可写成

A

m V I k S ?= (4-17-9)

k m 为磁偏常数。可见,当加速电压一定时,位移与电流呈线性关系。为了描述磁偏转的灵敏程度,定义

A

m V k I S 1==磁

δ (4-17-10)

磁δ称为磁偏转灵敏度,单位为毫米/安培。同样,磁δ越大,磁偏转的灵敏度越高。

仪器描述

本实验所采用仪器是SJ —SS —2型电子束实验仪,如图4-17-3所示。该仪器主要由示波管、显示电路、励磁电路、测量电路、电源等部分组成。仪器板面上各旋钮、电表的作用如下:

辉度:用来改变加在控制栅板G 上的电压,以调节屏上亮点的亮度。

聚焦:用来改变加在第一阳极A 1上的电压,以调节屏上亮点的粗细。

辅助聚焦: 用来改变加在第二阳极A 2上的电压与“聚焦”旋钮配合使用,调节屏上亮点的粗细。

高压调节:用来改变示波管各电极的电压大小,但不改变各电极的电压比。

电偏转:用来改变加在垂直(或水平)偏转板上的电压,以调节屏上亮点的上下(或左右)位置。

功能选择:用于选择实验项目。

励磁电流:用于调节磁聚焦线圈中,或磁偏转线圈中的电流大小。

KV 表:用以直接指示V 2电压的大小。

mA —V 表:经“功能选择”开关的转换,可以分别测量聚焦电压V 1(量程为0—50V ×15),电偏电压(量程为0—50V ×3),磁聚励磁电流(0—50mA ×20),磁偏励磁电流(量程为0—50mA ×1)。

插头指示(安全指示):用于指示仪器是否处于安全使用状态,其作用与验电笔相似,手触指示灯管时,若指示灯发亮,则表明是安全的。

本仪器使用时,周围应无其它强磁场存在,仪器应南北方向测试,避免地磁场的影响。 实验内容 1.电偏转

(1)将“功能选择”置于X或Y电偏位置,按图4-17-4(X电偏接线)或图4-17-5(Y电偏接线)插入导联线。

(2)接通“高压电源开”,调节“高压调节”,“辅助聚焦V2”,将V2调节至最大值,保持辉度适中,

调节V1聚焦。

(3)将“电偏电压”调节至最小,调节“X位移”、“Y位移”,使光点移至坐标原点。

(4)保持“辉度”、V1、V2不变,调节“电偏电压”,使光点朝X(或Y)方向偏转,每偏5mm读取相应的电偏电压V及S。根据测出的S、V值,作出S~V图线,验证S~V为线性正比关系。

(5)改变电源极性,可改变X(或Y)的偏转方向,如图中虚线连接,分别测出S、V数据。

2.磁偏转

(1)将“功能选择”置于磁偏转位置,接图4-17-6插入导联线。

(2)接通“高压电源开”,将V2调至最大,调节V1使光点聚焦,保持辉度适中,调节X位移,使光点位于坐标Y轴某点y s,并以该点为新的坐标原点。

(3)“励磁电流”复位到零,接通“励磁电源开”顺时针方向调节“励磁电流”使光点偏转,读取不同偏转量S及其对应的I值,作出S~I图线,验证S~I为线性正比关系。

(4)改变电源极性(即改变偏转线圈中的电流方向),如图中虚线连接,可作反向磁偏转,测出S、I 数据。

(5)由测出的各组S、I值,求出各组的偏转灵敏度,然后再求其算术平均值,得出本仪器的偏转灵敏度

δ。

思考题

1.偏转量的大小改变时,光点的聚焦是否改变?为什么?

2.偏转量的大小与光点的亮度是否有关?为什么?

3.在偏转板上加交流信号时,会观察到什么现象?

电子束的偏转与聚焦实验报告

南昌大学物理实验报告 课程名称:普通物理实验(2) 实验名称:电子束的偏转与聚焦 学院:专业班级: 学生姓名:学号: 实验地点:座位号: 实验时间: 一、实验目的: 1、了解示波管的构造和工作原理。 2、定量分析电子束在匀强电场作用下的偏转情况和在均匀磁场作用下的偏转情况。 3、学会规范使用数字多用表。 4、学会磁聚焦法测量电子比荷的方法。

二、实验仪器: EB—Ⅲ电子束实验仪、直流稳压电源30V,2A、数字多用表。 三、实验原理: 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管,其密封在高真空的玻璃壳之中,它的构造如图1所示,主要包括三个部分:前端为荧光屏,(S,其用来将电子束的动能变为光),中间为偏转系统(Y:垂直偏转板,X:水平偏转板),后端为电子枪(K:阴极,G:栅极,A1:聚焦阳极,A2:第二阳极,A3:前加速阳极)。灯丝H用交流供电,其作用是将阴极加热,使阴极发射电子,电子受阳极的作用而加速。 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中,阴极被加热发射电子,电子受阳极产生的正电场作用而加速运动,同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K 的电压低20~100V,由阴极发射电子,受到栅极与阴极间减速电场的作用,初速度小的电子被阻挡,而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数,从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时,可使电子射线截止,辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极,聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同,在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲,这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散,这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布,可以改变等势面的弯曲程度,从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中,电子从被加热的阴极K逸出后,由于受到阳极电场的加速作用,使电子获得沿示波管轴向的动能。电场力做的功eU应等于电子获得的动能

微波段电子自旋共振实验报告

微波段电子自旋共振实验 电子自旋共振(ESR )谱仪是根据电子自旋磁矩在磁场中的运动与外部高频电磁场相互作用,对电磁波共振吸收的原理而设计的。因为电子本身运动受物质微观结构的影响,所以电子自旋共振成为观察物质结构及其运动状态的一种手段。又因为电子自旋共振谱仪具有极高的灵敏度,并且观测时对样品没有破坏作用,所以电子自旋共振谱仪被广泛应用于物理、化学、生物和医学生命领域。 一. 实验目的 1. 本实验的目的是在了解电子自旋共振原理的基础上,学习用微波频段检测电子自旋共振信号的方法。 2. 通过有机自由基DPPH 的g 值和EPR 谱线共振线宽并测出DPPH 的共振频率,算出共振磁场,与特斯拉计测量的磁场对比。 3. 了解、掌握微波仪器和器件的应用。 4. 学习利用锁相放大器进行小信号测量的方法。 二. 实验原理 具有未成对电子的物质置于静磁场B 中,由于电子的自旋磁矩与外部磁场相互作用,导致电子的基态发生塞曼能级分裂,当在垂直于静磁场方向上所加横向电磁波的量子能量等于塞曼分裂所需要的能量,即满足共振条件B ?=γω,此时未成对电子发生能级跃迁。 Bloch 根据经典理论力学和部分量子力学的概念推导出Bloch 方程。Feynman 、Vernon 、Hellwarth 在推导二能级原子系统与电磁场作用时,从基本的薛定谔方程出发得到与Bloch 方程完全相同的结果,从而得出Bloch 方程适用于一切能级跃迁的理论,这种理论被称之为FVH 表象。 原子核具有磁矩: L ?=γμ; (1) γ称为回旋比,是一个参数;L 表示自旋的角动量; 原子核在磁场中受到力矩: B M ?=μ; (2)

电子束偏转与聚焦试验中

电子束的偏转与聚焦实验 一、实验目的 1、了解示波管的构造和工作原理,分析电子束在匀强电场和匀强磁场作用下的偏转情况; 2、学会使用数字万能表和聚焦法测量电子荷质比的方法。 二、实验原理 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管,其密封在高真空的玻璃壳之中,它的构造如图1所示,主要包括三个部分:前端为荧光屏,(S,其用来将电子束的动能变为光),中间为偏转系统(Y:垂直偏转板,X:水平偏转板),后端为电子枪(K:阴极,G:栅极,A1:聚焦阳极,A2:第二阳极,A3:前加速阳极)。灯丝H用6.3V交流供电,其作用是将阴极加热,使阴极发射电子,电子受阳极的作用而加速。 K G A Y1S Y2 G U1 K U2 图1 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中,阴极被加热发射电子,电子受阳极产生的正电场作用而加速运动,同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20~100V,由阴极发射电子,受到栅极与阴极间减速电场的作用,初速度小的电子被阻挡,而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数,从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时,可使电子射线截止,辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极,聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同,在它们之间形成了

图2 弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲,这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散,这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布,可以改变等势面的弯曲程度,从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中,电子从被加热的阴极K 逸出后,由于受到阳极电场的加速作用,使电子获得沿示波管轴向的动能。令Z 轴沿示波管的管轴方向从灯丝位置指向荧光屏;同时,从荧光屏上看,令X 轴为水平方向向右,Y 轴为垂直方向向上。假定电子从阴极逸出是初速度忽略不计,则电子经过电势差为U 的空间后,电场力做的功eU 应等于电子获得的动能 2m 2 1 v eU = (1) 显然,电子沿Z 轴运动的速度v z 与第二阳极A 2的电压U 2的平方根成正比,即 22v U m e z = (2) 若在电子运动的垂直方向加一横向电场,电子在该电场作用下将发生横向偏 转,如图2所示。 若偏转板板长为l 、偏转板末端到屏的距离为L 、偏转电极间距离为d 、轴向加速电压(即第二阳极A 2电压)为U 2,横向偏转电压为U d ,则荧光屏上光点的横向偏转量D 由下式给出: d l U U L D d 2)2l (2+= (3) 由式(3)可知,当U 2不变时,偏转量 D 随U d 的增加而线性增加。所以,根 据屏上光点位移与偏转电压的线性关系, 可以将示波管做成测量电压的工具。若 改变加速电压U 2,适当调节U 1到最佳 聚焦,可以测定D-U d 直线随U 2改变而 使斜率改变的情况。 4、磁偏转原理 电子通过A 2后,若在垂直Z 轴的X 方向外加一个均匀磁场,那么以速度v 飞越子电子在Y 方向上也会发生偏转,如图所示。 由于电子受洛伦兹力F=eBv 作用,F 的大小不变,方向与速度方向垂直,因此电子在F 的作用下做匀速圆周运动,洛伦兹力就是向心力,即有eBv=mv 2/R ,所以 eB R z mv = (4) 电子离开磁场后将沿圆切线方向飞出,直射到达荧光屏。在偏转角φ较小的

电子自旋共振实验报告

微波电子自旋共振 【摘要】本文通过电子自旋共振实验,解释恒定磁场中的电子自旋磁矩在射频电磁场 的作用下会发生磁能级间的共振跃迁现象。 一、引言 电子自旋的概念首先由Pauli于1924年提出。而电子自旋共振实验则是从1945年开始才发展起来的一项新技术。 电子自旋共振研究的对象是具有未偶电子的物质,如具有奇数个电子的原子、分子、内电子壳层未被充满的离子、受辐射作用产生的自由基及半导体、金属等。通过共振谱线的研究,可以获得有关分子、原子及离子中未偶电子的状态及其周围环境方面的信息,从而得到有关物质结构和化学键的信息,故电子自旋共振是一种重要的近代物理实验技术,在物理、化学、生物、医学等领域有广泛用途。 “自旋”概念的明确提出:1925年,两位年轻的荷兰学生乌伦贝克和哥德斯密特,“为了解释反常塞曼效应”,受泡利不相容原理的启发,明确提出了电子具有自旋的概念,并证明了“自旋”就是泡利提出的“新自由度”。1926年,海森伯和约旦引进自旋S,用量子力学理论对反常塞曼效应作出了正确的计算。1927年,泡利引入了泡利矩阵作为自旋操作符号的基础,引发了保罗-狄拉克发现描述相对论电子的狄拉克方程式。 电子自旋共振(ESR,Electron Spin Resonance)是一种奇妙的实验现象,也被称为电子顺磁共振(EPR,Electron Paramagnetic Resonance)。它利用具有未偶电子的物质在外加恒定磁场作用下对电磁波的共振吸收特性,来探测物质中的未偶电子,研究其与周围环境的相互作用,从而获得有关物质微观结构的信息。电子自旋共振现象直到1944年才由苏联喀山大学的扎沃伊斯基(E.K.Зabouchuǔ)在实验中观察到。 二、实验原理 1、量子力学解释 μ的关系为: 电子具有自旋,其自旋角动量Pe和自旋磁矩e 图1 自旋能级在磁场中的取向 g为朗德因子,Bμ为玻耳磁子,其值为5.7883785×1O-11MevT-1。若电子处于外磁场 μ在空间的取向是量子化的,Pe在Z方向的B(沿Z方向)中,据量子力学可知Pe和e

电子束的偏转与聚焦实验报告Word版

南昌大学物理实验报告课程名称:普通物理实验(2) 实验名称:电子束的偏转与聚焦 学院:专业班级: 学生姓名:学号: 实验地点:座位号: 实验时间:

一、实验目的: 1、了解示波管的构造和工作原理。 2、定量分析电子束在匀强电场作用下的偏转情况和在均匀磁场作用 下的偏转情况。 3、学会规范使用数字多用表。 4、学会磁聚焦法测量电子比荷的方法。 二、实验仪器: EB—Ⅲ电子束实验仪、直流稳压电源30V,2A、数字多用表。 三、实验原理: 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管,其密封在高真空的玻璃壳之中,它的构造如图1所示,主要包括三个部分:前端为荧光屏,(S,其用来将电子束的动能变为光),中间为偏转系统(Y:垂直偏转板,X:水平偏转板),后端为电子枪(K:阴极,G:栅极,A1:聚焦阳极,A2:第二阳极,A3:前加速阳极)。灯丝H用6.3V交流供电,其作用是将阴极加热,使阴极发射电子,电子受阳极的作用而加速。 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中,阴极被加热发射电子,电子受阳极产生的正电场作用而加速运动,同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K 的电压低20~100V,由阴极发射电子,受到栅极与阴极间减速电场的作用,初速度小的电子被阻挡,而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数,从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时,可使电子射线截止,辉度为0。

加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极,聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同,在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲,这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散,这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布,可以改变等势面的弯曲程度,从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中,电子从被加热的阴极K 逸出后,由于受到阳极电场的加速作用,使电子获得沿示波管轴向的动能。电场力做的功eU 应等于电子获得的动能 2m 21v eU = (1) 显然,电子沿Z 轴运动的速度vz 与第二阳极A2的电压U2的平方根成正比,即 22v U m e z = (2) 若在电子运动的垂直方向加一横向电场,电子在该电场作用下将发生横向偏转,如图2所示。 若偏转板板长为l 、偏转板末端到屏的距离为L 、偏转电极间距离为d 、轴向加速电压(即第二阳极A2电压)为U2,横向偏转电压为Ud ,则荧光屏上光点的横向偏转量D 由下式给出: d l U U L D d 2) 2l (2+= (3) 由式(3)可知,当U2不变时,偏转量D 随Ud 的增加而线性增加。所以,根据屏上光点位移与偏转电压的线性关系,可以将示波管做成测量电压的工具。若改变加速电压U2,适当调节U1到最佳聚焦,可以测定D-Ud 直线随U2改变而使斜率改变的情况。 4、磁偏转原理 电子通过A2后,若在垂直Z 轴的X 方向外加一个均匀磁场,那么以速度v 飞越子电子在Y 方向上也会发生偏转,如图所示。 由于电子受洛伦兹力F=eBv 作用,F 的大小不变,方向与速度方向垂直,因此电子在F 的作用下做匀速圆周运动,洛伦兹力就是向心力,即有eBv=mv2/R ,所以 eB R z mv = (4)

顺磁共振实验报告

近代物理实验报告 顺磁共振实验 学院 班级 姓名 学号 时间 2014年5月10日

顺磁共振实验 实验报告 【摘要】 电子顺磁共振又称电子自旋共振。由于这种共振跃迁只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中,因此被称为电子顺磁共振;因为分子和固体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡献所以又被称为电子自旋共振。简称“EPR ”或“ESR ”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多,在同样的磁场下,电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象,本实验使用微波进行电子顺磁共振实验。 【关键词】 顺磁共振,自旋g 因子,检波 【引言】 顺磁共振(EPR )又称为电子自旋共振(ESR ),这是因为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。电子自旋共振即为处于恒定磁场中的电子自旋在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象。顺磁共振技术得到迅速发展后广泛的应用于物理、化学、生物及医学等领域。电子自旋共振方法具有在高频率的波段上能获得较高的灵敏度和分辨率,能深入物质内部进行超低含量分析,但并不破坏样品的结构,对化学反应无干扰等优点,对研究材料的各种反应过程中的结构和演变,以及材料的性能具有重要的意义。研究了解电子自旋共振现象,测量有机自由基DPPH 的g 因子值,了解和掌握微波器件在电子自由共振中的应用,从矩形谐振长度的变化,进一步理解谐振腔的驻波。 【正文】 一、实验原理 (1)电子的自旋轨道磁矩与自旋磁矩 原子中的电子由于轨道运动,具有轨道磁矩,其数值为: 2l l e e P m μ=- ,负号表示方向同l P 相反。在量子力学中(1)l P l l =+,因而 (1)(1)2l B e e l l l l m μμ=+=+,其中2B e e m μ=称为玻尔磁子。电子除了轨道运动外

实验电子束的电偏转

实验电子束的电偏转 篇一:实验十三电子束线的电偏转与磁偏转 实验十三电子束线的电偏转与磁偏转 实验目的 1.研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律。2.了解电子束线管的结构和原理。实验仪器 SJ—SS—2型电子束实验仪。实验原理 在大多数电子束线管中,电子束都在互相垂直的两个方向上偏移,以使电子束能够到达电子接受器的任何位置,通常运用外加电场和磁场的方法实现, 显像管等器件就是在这个基础上运用相同的原理制成的。 1.电偏转原理 电偏转原理如图4-17-1所示。通常在示波管(又称电子束线管)的偏转板上 加上偏转电压V,当加速后的电子以速度v沿Z方向进入偏转板后,受到偏转电场E (Y轴方向)的作用,使电子的运动轨道发生偏移。假定偏转电场在偏转板l范围内是均匀的,电子作抛物线运动,在偏转板外,电场为零,电子不受力,作匀速直线运动。在偏转板之内 Y?1at2?1eE(Z)2 (4-17-1) 2 2mv 式中v为电子初速度,Y为电子束在Y方向的偏转。电子在加速电压VA的作用下,加速电压对电子所做的1 功全部转为电子动能,则mv2?eVA。 2 将E=V/d和v2代入(4-17-1)式,得 2 Y?VZ 4VAd 电子离开偏转系统时,电子运动的轨道与Z轴所成的偏转角?的正切为 tg??dY?Vl(4-17-2) dZx?l2VAd设偏转板的中心至荧光屏的距离为L,电子在荧光屏上的偏离为S,则 S tg?? L代入(4-17-2)式,得 S?VlL (4-17-3) 2VAd 由上式可知,荧光屏上电子束的偏转距离S与偏转电压V成正比,与加速电压VA成反比,由于上式中的其它量是与示波管结构有关的常数故可写成 S?keV(4-17-4)

磁共振实验报告

近代物理实验题目磁共振技术 学院数理与信息工程学院 班级物理082班 学号08220204 姓名 同组实验者 指导教师

光磁共振实验报告 【摘要】本次实验在了解如光抽运原理,弛豫过程、塞曼分裂等基本知识点的基础上,合理进行操作,从而观察到光抽运信号,并顺利测量g因子。 【关键词】光磁共振光抽运效应塞曼能级分裂超精细结构 【引言】光磁共振实际上是使原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁共振同时发生的一种双共振现象。这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。由于这种方法最早实现了粒子数反转,成了发明激光器的先导,所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。光磁共振方法现已发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。它大大地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计,也可以制成高稳定度的原子频标。 【正文】 一、基本知识 1、铷原子基态和最低激发态能级结构及塞曼分裂 本实验的研究对象为铷原子,天然铷有两种同位素;85Rb(占72.15%)和87Rb(占27.85%).选用天然铷作样品,既可避免使用昂贵的单一同位素,又可在一个样品上观察到两种原子的超精细结构塞曼子能级跃迁的磁共振信号.铷原子基态和最低激发态的能级结构如图1所示.在磁场中,铷原子的超精细结构能级产生塞曼分裂.标定这些分裂能级的磁量子数m F=F,F-1,…,-F,因而一个超精细能级分裂为2F+1个塞曼子能级. 设原子的总角动量所对应的原子总磁矩为μF,μF与外磁场B0相互作用的能量为 E=-μF·B0=g F m FμF B0(1) 这正是超精细塞曼子能级的能量.式中玻尔磁子μB=9.2741×10-24J·T-1 ,朗德因子g F= g J [F(F+1)+J(J+1)-I(I+1)] ? 2F(F+1)(2) 图1 其中g J= 1+[J(J+1)-L(L+1)+S(S+1)] ? 2J(J+1)(3) 上面两个式子是由量子理论导出的,把相应的量子数代入很容易求得具体数值.由式(1)可知,相邻塞曼子能级之间的能量差 ΔE=g FμB B0(4) 式中ΔE与B0成正比关系,在弱磁场B0=0,则塞曼子能级简并为超精细结构能级.

电子束的偏转与聚焦现象

南昌大学物理实验报告 课程名称:大学物理实验 实验名称:电子束的偏转与聚焦现象实验 学院:机电工程学院 专业班级:机制154班

学生:郝为权学号:5901115110 实验地点:基础实验大楼213座位号:31 实验时间:第 1周星期一 一、实验目的 1、了解示波管的构造和工作原理,分析电子束在匀强电场和匀强磁场作用下的偏转情况; 2、学会使用数字万能表和聚焦法测量电子荷质比的方法。 二、实验原理 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管,其密封在高真空的玻璃壳之中,它的构造如图1所示,主要包括三个部分:前端为荧光屏,(S,其用来将电子束的动能变为光),中间为偏转系统(Y:垂直偏转板,X:水平偏转板),后端为电子枪(K:阴极,G:栅极,A1:聚焦阳极,A2:第二阳极,A3:前加速阳极)。灯丝H用6.3V交流供电,其作用是将阴极加热,使阴极发射电子,电子受阳极的作用而加速。

2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中,阴极被加热发射电子,电子受阳极产生的正电场作用而加速运动,同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20~100V,由阴极发射电子,受到栅极与阴极间减速电场的作用,初速度小的电子被阻挡,而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数,从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时,可使电子射线截止,辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极,聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同,在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲,这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散,这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布,可以改变等势面的弯曲程度,从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中,电子从被加热的阴极K逸出后,由于受到阳极电场的加速作用,使电子获得沿示波管轴向的动能。令Z轴沿示波管的管轴方向从灯丝位置指向荧光屏;同时,从荧光屏上看,令X轴为水平方向向右,Y轴为垂直方向

电子束的偏转

参考答案 答案1: 答案2: 答案3: 答案4: 正确答案为:4 你做的答案为:1 答案1:限制通过小孔的电子数量;产生自由电子;使电子沿轴线加速;使电子束侧面偏转。

答案2:产生自由电子;限制通过小孔的电子数量;使电子沿轴线加速;使电子束侧面偏转。 答案3:产生自由电子;限制通过小孔的电子数量;使电子束侧面偏转;使电子沿轴线加速。 答案4:限制通过小孔的电子数量;产生自由电子;使电子束侧面偏转;使电子沿轴线加速。 正确答案为:2 你做的答案为:3 答案1: 正比;反比 答案2: 反比;正比 答案3:正比;正比 答案4:反比;反比 正确答案为:2 你做的答案为:3

答案1:V4> V3> V1> V2 答案2: V3> V4> V2> V1 答案3: V4> V3> V2> V1 答案4:V3> V4> V1> V2 正确答案为:1 你做的答案为:4 (电偏转、电聚焦)在下列各电压中,与电子从电子枪口出射速度相关的有_______ 答案1: 聚焦电压V1 答案2:加速电压V2 答案3:栅压V G 答案4:偏转电压V dx、V dy 正确答案为:2 你做的答案为:3 参考答案

答案1:限制通过小孔的电子数量;产生自由电子;使电子沿轴线加速;使电子束侧面偏转。答案2:产生自由电子;限制通过小孔的电子数量;使电子沿轴线加速;使电子束侧面偏转。答案3:产生自由电子;限制通过小孔的电子数量;使电子束侧面偏转;使电子沿轴线加速。答案4:限制通过小孔的电子数量;产生自由电子;使电子束侧面偏转;使电子沿轴线加速。 2 正确答案为: 你做的答案为:2 (电偏转、电聚焦)栅压电压的绝对值越大,荧光屏的亮度越_____;加速电压越大,荧光屏的亮度越_____。 答案1:暗;暗 答案2:暗;亮 答案3:亮;暗 答案4:亮;亮 2 正确答案为: 你做的答案为: 2 答案1:是;U dy/ed 答案2:否;U dy/ed

铁磁共振实验报告

一、实验背景 早在1935年,著名苏联物理学家兰道(Lev Davydovich Landau 1908—1968)等就提出铁磁性物质具有铁磁共振特性.经过十几年,在超高频技术发展起来后,才观察到铁磁共振吸收现象,后来波耳得(Polder )和侯根(Hogan )在深入研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上,发明了铁氧体的微波线性器件,使得铁磁共振技术进入了一个新的阶段.自20世纪40年代发展起来后,铁磁共振和核磁共振、电子自旋共振等一样,成为研究物质宏观性能和用以分析其微观结构的有效手段. 微波铁磁共振现象是指铁磁介质处在频率为?0的微波电磁场中,当改变外加恒定磁场H 的大小时,发生的共振吸收现象.通过铁磁共振实验,我们可以测量微波铁氧体的共振线宽、张量磁化率、饱和磁化强度、居里点等重要参数.该项技术在微波铁氧体器件的制造、设计等方面有着重要的应用价值. 二、实验目的 1.了解微波谐振腔的工作原理,学习微波装置调整技术. 2.掌握铁磁共振的基本原理,观察铁磁共振现象. 3.测量微波铁氧体的共振磁场B ,计算g 因子. 三、实验原理 1.磁共振 自旋不为零的粒子,如电子和质子,具有自旋磁矩.如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中,粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂,分裂后两能级间的能量差为: 02B h E πγ=? (1) (其中,γ为旋磁比,h 为普朗克常数,0B 为稳恒外磁场). 又有e m e g 2=γ,故0022B g B h m e g E B e μπ =?=?.(其中,g 即为要求的朗德g 因子,其值约为2.πμe B m eh 4=为玻尔磁子, 其值为1241074.29--??T J ) 若此时再在稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场,该电磁场的能量为

试验二十四电子射线的电偏转与磁偏转

实验二十四 电子射线的电偏转与磁偏转 一、实验目的 1. 掌握电子束在外加电场和磁场作用下偏转的原理和方式; 2. 了解阴极射线管的构造与作用。 三、实验仪器 1. TH-EB 电子束实验仪; 2. 0~30V 可调直流电源; 3. 数字式万用表。 三、实验原理 1 电偏转原理 电子束电偏转原理如图1所示。通常在示波管的偏转板上加 偏转电压V ,当加速后的电子以速度v 沿x 方向进入偏转板后, 受到偏转电场E (y 轴方向)的作用,使电子的运动轨迹发生偏 转。假定偏转电场在偏转板l 范围内是均匀的,电子将作抛物线运动,在偏转板外,电场为零,电子不受力,作匀速直线运动。荧光屏上电子束的偏转距离D 可以表示为 式中V 为偏转电压,V A 为加速电压,k e 是一个与示波管结构有关的常数,称为电偏常数。为了反映电偏转的灵敏程度,定义 δ电称为电偏转灵敏度,用mm/V 为单位。δ电越大,电偏转的灵敏度越高。 2 磁偏转原理 电子束磁偏转原理如图2所示。通常在示波管的瓶颈的两侧加上一均匀横向磁场,假定在l 范围内是均匀的,在其他范围都为 零。当加速后的电子以速度v 沿x 方向垂直 射入磁场时,将受到洛仑 兹力作用,在均匀磁场B 内作匀速圆周运动,电子穿出磁场后,则做匀速直线运动,最后打在荧光屏上,磁偏转的距离可以表示为: 式中I 是偏转线圈的励磁电流,单位A ;k m 是一个与示波管结构有关的 常数称为磁偏常数。为了反映磁偏转的灵敏程度,定义 )3( A m V I k D =(2)  电A e V k V D ==δ(1) / A e V V k D = l e 图1 电子束电偏转原理 e v 图2 电子束磁偏转原理

顺磁共振实验报告

近代物理实验报告顺磁共振实验 学院 班级 姓名 学号 时间2014 年 5 月10 H

顺磁共振实验实验报告 【摘要】 电子顺磁共振又称电子自旋共振。由于这种共振跃迁只能发生在原子的周有磁矩不为零的顺磁材料中,因此被称为电子顺磁共振;因为分子和周体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡獻所以又被称为电子自旋共振。简称“EPR”或“ESR”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多,在同样的磁场下,电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象,本实验使用微波进行电子顺磁共振实验。 【关键词】 顺磁共振,自旋兰闵子,检波 【引言】 顺磁共振(EPR)又称为电子肖旋共振(ESR),这是冈为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。电子自'旋共振即为处于恒定磁场中的电子自旋在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象。顺磁共振技术得到迅速发展后广泛的应用于物理、化学、生物及医学等领域。电子肖旋共振方法具有在高频率的波段上能获得较高的灵敏度和分辨率,能深入物质内部进行超低含量分析,但并不破坏样品的结构,对化学反应无干扰等优点,对研究材料的各种反应过程中的结构和演巫,以及材料的性能具有重要的意义。研究了解电子自旋共振现象,测量有机自由基DPPH的g闵子值,了解和掌握微波器件在电子自由共振中的应用,从矩形谐振长度的变化,进一步理解谐振腔的驻波。

【正文】 一、实验原理 (1)电子的肖旋轨道磁矩与肖旋磁矩 原子中的电子由于轨道运动,具有轨道磁矩,其数值为:刀儿,负 号表示方向同E相反。在量子力学中E=』(/+1)方,因而均=屮Q+1)-^― = Jo + “B = 4r~ -九,其中2叫称为玻尔磁子。电子除了轨道运动外 “、= y]s(S+\) —还具有自旋运动,因此还具有肖旋磁矩,其数值表示为:m 叫。 由于原子核的磁矩可以忽略不计,原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成原子 少 _ & 丄号&=] + 旳+Ta+i)+s(w) 的总磁矩:2他,其中弐是朗德闵子:2山+ 1) 。 在外磁场中原子磁矩要受到力的作用,其效果是磁矩绕磁场的方向作旋进,也e 就是巧绕着磁场方向作旋进,引入回磁比2叫,总磁矩可表示成H严泻。同 时原子角动量巧和原子总磁矩"丿取向是量子化的。勺在外磁场方向上的投影为: Pj =斤谄,m = jJ-\J-2,...-j o其中m称为磁量子数,相应磁矩在外磁场方向 上的投影为:“丿=ymh=-mg“B ; m = j,j-Xj-2、??.一j。 (2)电子顺磁共振

实验二十四电子束的偏转

实验二十四 电子束的偏转 示波器中用来显示电信号波形的示波管和电视机、摄像机里显示图像的显像管、摄像管都属于电子束线管,虽然它们的型号和结构不完全相同,但都有产生电子束的系统和电子加速系统,为了使电子束在荧光屏上清晰的成像,还要设聚焦、偏转和强度控制系统。对电子束的聚焦和偏转,可以利用电极形成的静电场实现,也可以用电流形成的恒磁场实现。前者称为电聚焦或电偏转。随着科技的发展,利用静电场或恒磁场使电子束偏转、聚焦的原理和方法还被广泛地用于扫描电子显微镜、回旋加速器、质谱仪等许多仪器设备的研制之中。本实验在了解电子束线管的结构基础上,先讨论电子束的偏转特性及其测量方法。 【目的】 1.了解示波管结构和原理。 2.研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律。 3.测试示波管的电偏灵敏度和磁偏灵敏度与加速电压的关系。 【原理】 示波管的基本结构主要由以下4个部分组成 (1)示波管 示波管的构造如图4-43所示。当加热电流通过灯丝时,阴极K 被加热并发射电子,栅极G 加上相对于阴极为负的电压,调节栅极电压的大小,可以控制阴极发射电子的多少,即控制光点的亮度。第一阳 极A 1相对于阴极K 有很高的电压(约 1 500V )用以加速电子;第二阳极 A 2与第一阳极A 1之间构成聚焦电 场,使发散的电子束在聚焦电的作用下汇聚起来,打在荧光屏上发出荧光。X 、Y 偏转板是2对分别平行且相互垂直的属极,在平行板上加不同的电压控制荧光屏上的光点的位置。光点移动距离的大小与加在偏转板上的电压成正比。 (2)扫描电压发生器 扫描电压发生器是产生扫描电压的装置。 示波器通常是要观察轴输入的周期性信号电压的波形。如果只把被测信号(如正弦电压)加在Y 偏转板上,而亮线。要在荧光屏上显示出正弦电压的波形,就必须使亮点在Y 轴上的运动沿X 方向展开。为此必须在X 偏转板上加一周期性随时间线性变化的电压,这种电压称为扫描电压。这样荧光屏上光点在作竖直运动的同时还要作自左向右的匀速运动。如果扫描电压的周期T x与正弦电压的周期T y相同,荧光屏上将显示一个完整的正弦波形。如果T x是T y的整数倍,则荧光屏上将显示出n 个完整的正弦波形。若用频率表示,则为: f X=nf Y 为了能用示波器观察各种频率的信号电压波形,扫描电压的频率必须在很大的范围内连续可调,调节扫描电压的频率,使其与Y 轴输入信号电压的频率成整数比方可。这一调整过程称为“同步”。人工“同步”可以很容易达到f X=nf Y,使其出现暂时稳定的图形。由于 图4-52 电子束的电偏转 图4-43 电子射线示波管 A 1-第一阳极 A 2-第二阳极 f-灯丝 G-栅极 K-阴极 X 、Y-偏转转板

电子顺磁共振 实验报告范本(完整版)

报告编号:YT-FS-7477-82 电子顺磁共振实验报告 范本(完整版) After Completing The T ask According To The Original Plan, A Report Will Be Formed T o Reflect The Basic Situation Encountered, Reveal The Existing Problems And Put Forward Future Ideas. 互惠互利共同繁荣 Mutual Benefit And Common Prosperity

电子顺磁共振实验报告范本(完整 版) 备注:该报告书文本主要按照原定计划完成任务后形成报告,并反映遇到的基本情况、实际取得的成功和过程中取得的经验教训、揭露存在的问题以及提出今后设想。文档可根据实际情况进行修改和使用。 一、实验目的 1. 学习电子顺磁共振的基本原理和实验方法;; 2. 了解、掌握电子顺磁共振谱仪的调节与使用; 3. 测定DMPO-OH 的EPR 信号。 二、实验原理 1.电子顺磁共振(电子自旋共振) 电子自旋共振(Electron Spin Resonance, ESR)或电子顺磁共振(Electron Paramagnanetic Resonance,EPR),是指在稳恒磁场作用下,含有未成对电子的原子、离子或分子的顺磁性物质,对微波发生的共振吸收。1944年,苏联物理学家扎沃伊斯基(Zavoisky)首次从CuCl2 、MnCl2等顺磁性盐类发现。

电子自旋共振(顺磁共振)研究主要对象是化学自由基、过渡金属离子和稀土离子及其化合物、固体中的杂质缺陷等,通过对这类顺磁物质电子自旋共振波谱的观测(测量因子、线宽、弛豫时间、超精细结构参数等),可了解这些物质中未成对电子状态及所处环境的信息,因而它是探索物质微观结构和运动状态的重要工具。由于这种方法不改变或破坏被研究对象本身的性质,因而对寿命短、化学活性高又很不稳定的自由基或三重态分子显得特别有用。近年来,一种新的高时间分辨ESR技术,被用来研究激光光解所产生的瞬态顺磁物质(光解自由基)的电子自旋极化机制,以获得分子激发态和自由基反应动力学信息,成为光物理与光化学研究中了解光与分子相互作的一种重要手段。电子自旋共振技术的这种独特作用,已经在物理学、化学、生物学、医学、考古等领域得到了广泛的应用。 2.EPR基本原理 EPR 是把电子的自旋磁矩作为探针,从电子自旋

实验 电子束的电偏转

电子束的电偏转、磁偏转研究 示波器中用来显示电信号波形的示波管和电视机里显示图像的显象管及雷达指示管、电子显微镜等电子器件的外形和功用虽各不相同,但有其共同点:都有产生电子束的系统和对电子加速的系统;为了使电子束在荧光屏上清晰地成象,还有聚焦、偏转和强度控制等系统。因此统称它们为电子束线管。电子束的聚焦和偏转可以通过电场和磁场对电子的作用来实现,前者称为电聚焦和电偏转,后者称为磁聚焦和磁偏转。本实验研究电子束的电偏转和磁偏转。通过实验,将使我们加深对电子在电场及磁场中运动规律的理解,有助于了解示波器和显象管的工作原理。 [实验目的] 1.研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律。 2.了解电子束线管的结构和原理。 [实验原理] 1.电子束的电偏转 电子在两偏转板之间穿过时,如果两板间电位差为零,电子则笔直地穿过偏转板打在荧屏中央(假定电子枪瞄准了中心)形成一个小亮斑。如果在两块Y (或X )偏转板上加有电压,电子就会受电场力的作用而发生偏转。 在图5-1中,设两板相距为d ,电位差为V d ,可看做平行板电容器,则两板间的电场强度是 d V E d y = 电子受电场力 d eV eE f d y y == 的作用,产生加速度 md eV m f a d y y = = 电子在Z 方向上没有加速度,故从Y 板左端运动到右端的时间是z v l t /1=再从右端运动到屏的时间是z v L t /2'=电子离开板右端时的垂直位移是 2 2 11) ( 22 z d y v l md eV t a y ?= = 在同一点的垂直速度 )( )( 1z d y y v l md eV t a v ?== 电子离开板右端时不再受电场力的作用,作匀速直线运动,到达屏上的垂直位移是 ) ( )( )(22z z d y v L v l md eV t v y '??== 电子在屏上总位移 ) 2()( 221L l m d v l eV y y D z d '+?=+= 令 L l L ' += 2,又因为电子在加速电压的作用下,加速场对电子所做的功全部转化为电子 的动能,则 2 221eV mv z = (1) 代入上式,并由式(1)消去v z 最后得,板中心至屏的距离, d V dV lL D 2 2= (2)

电子束的偏转与聚焦实验报告

电子束的偏转与聚焦实

南昌大学物理实验报告 课程名称: 普通物理实验(2) 实验名称:____________ 电子束的偏转与聚焦 学院:________ 专业班级: 学生姓名:_________ 学号: 实验地点:______ 座位号: 实验时间:

一、实验目的: 1、了解示波管的构造和工作原理。 2、定量分析电子束在匀强电场作用下的偏转情况和在均匀磁场作用下的偏转情况。 3、学会规范使用数字多用表。 4、学会磁聚焦法测量电子比荷的方法。 二、实验仪器: EB-IH电子束实验仪、直流稳压电源30V, 2A、数字多用表。 三、实验原理: 1、示波管的结构 示波管乂称为阴极射线管,其密封在高真空的玻璃壳之中,它的构造如图1所示,主要包括三个部分:前端为荧光屏,(S,其用来将电子束的动能变为光),中间为偏转系统(Y:垂直偏转板,X:水平偏转板),后端为电子枪(K:阴极,G:栅极,A1:聚焦阳极,A2:第二阳极,A3:前加速阳极)。灯丝H用交流供电,其作用是将阴极加热,使阴极发射电子,电子受阳极的作用而 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中,阴极被加热发射电子,电子受阳极产生的正电场作用而加速运动,同时乂受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20"100V,曲阴极发射电子,受到栅极与阴极间减速电场的作用,初速度小的电子被阻挡,而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数,从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时,可使电子射线截止,辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高儿白伏至上千伏。前加速阳极,聚焦阳极和笫二阳

关于微波电子顺磁共振实验报告

关于微波电子顺磁共振实验报告 篇一:电子顺磁共振实验报告 一、实验目的 1. 学习电子顺磁共振的基本原理和实验方法;; 2. 了解、掌握电子顺磁共振谱仪的调节与使用; 3. 测定DMPO-OH 的EPR 信号。 二、实验原理 1.电子顺磁共振 电子自旋共振(Electron Spin Resonance, ESR)或电子顺磁共振(Electron Paramagnanetic Resonance,EPR),是指在稳恒磁场作用下,含有未成对电子的原子、离子或分子的顺磁性物质,对微波发生的共振吸收。1944年,苏联物理学家扎沃伊斯基(Zavoisky)首次从CuCl2 、MnCl2等顺磁性盐类发现。电子自旋共振研究主要对象是化学自由基、过渡金属离子和稀土离子及其化合物、固体中的杂质缺陷等,通过对这类顺磁物质电子自旋共振波谱的观测,可了解这些物质中未成对电子状态及所处环境的信息,因而它是探索物质微观结构和运动状态的重要工具。由于这种方法不改变或破坏被研究对象本身的性质,因而对寿命短、化学活性高又很不稳定的自由基或三重态分子显得特别有用。近年来,一种新的高时间分辨ESR技术,被用来研究激光光解所产生的瞬态顺磁物质的电子自旋极化机制,以获得分子激发态和自由基反应动力学信息,成为光物理与光化学研究中了解光与分子相互作的一种重要手段。电子自旋共振技术的这种独特作用,已

经在物理学、化学、生物学、医学、考古等领域得到了广泛的应用。 2.EPR基本原理 EPR 是把电子的自旋磁矩作为探针,从电子自旋磁矩与物质中其它部分的相互作用导致EPR 谱的变化来研究物质结构的,所以只有具有电子自旋未完全配对,电子壳层只被部分填充的物质,才适合作EPR 的研究。不成对电子有自旋运动,自旋运动产生自旋磁矩, 外加磁场后,自旋磁矩将平行或反平行磁场方向排列。经典电磁学可知,将磁矩为μ的小磁体放在外磁场H 中,它们的相互作用能为: E=-μ· H = -μH cosθ 这里θ为μ与H 之间的夹角,当θ= 0 时,E = -μH, 能量最低,体系最稳定。θ=π时,E=μH,能量最高。如果体系从低能量状态改变到高能量状态,需要外界提供能量;反之,如果体系由高能量状态改变为低能量状态,体系则向外释放能量。 根据量子力学,电子的自旋运动和相应的磁矩为: μs=-gβS 其中S 是自旋算符,它在磁场方向的投影记为MS, MS 称为磁量子数,对自由电子的MS 只可能取两个值,MS=±1/2, 因此,自由电子在磁场中有两个不同的能量状态,相应的能量是: E±=±(1/2)geβH 记为: Eα= +(1/2)geβH Eβ= -(1/2)geβH 式中Eα代表自旋磁矩反平行外磁场方向排列,能量最高;Eβ代

电子束的偏转实验报告

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12mvz2 2eua (c.11.1)m e 式中ua为加速阳极相对于阴极的电势,为电子的电荷与质量之比(简称比荷,又称荷m 质比).如果在垂直于z轴的y方向上设置一个匀强电场,那么以vz速度飞行的电子将在y方向上发生偏转,如图c.11.l所示.若偏转电场由一个平行板电容器构成,板间距离为d,极间电势差为u,则电子在电容器中所受到的偏转力为fy?ee? eu (c.11.2)d ??根据牛顿定律fy?m?y??因此?y eu d eu (c.11.3)md 即电子在电容器的y方向上作匀加速运动,而在z方向上作匀速运动,电子横越电容器的时间为t? l (c.11.4)vz 当电子飞出电容器后,由于受到的合外力近似为零,于是电子几

乎作匀速直线运动,一直打到荧光屏上,如图c.11.l里的f点.整理以上各式可得到电子偏离z轴的距离 n?ke u (c.11.5)ua ll?l? 1???2d?2l? 式中ke? 是一个与偏转系统的几何尺寸有关的常量.所以电场偏转的特点是:电子束线偏离z轴(即荧光屏中心)的距离与偏转板两端的电压成正比,与加速极的加速电压成反比. 2.电子束在磁场中的偏转 如果在垂直于z轴的x方向上设置一个由亥姆霍兹线圈所产生的恒定均匀磁场,那么以速度vz飞越的电子在y方向上也将发生偏转,如图c.11.2所示.假定使电子偏转的磁场在l范围内均匀分布,则电子受到的洛伦兹力大小不变,方向与速度垂直,因而电子作匀速圆周运 动,洛伦兹力就是向心力,所以电子旋转的半径r? mvz (c.11.6)eb 当电子飞到a点时将沿着切线方向飞出,直射荧光屏,由于磁场由亥姆霍兹线圈产生,因此磁场强度b?ki(c.11.7)

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