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（15）

?（15）式表明电子绕B方向旋转的周期T与速度无关，即在均匀磁场中不同速度电子

图7 磁磁聚焦的原理

绕圈一周所需的时间是相同的，虽然不同速度的电子绕圈的半径不同，但原来从一点出发的具有不同速度的电子，绕了一圈以后仍然会聚于一点。如图7所示，这就是磁聚焦的原理。

在图7的通电螺线管的磁场中，一束电子从P1点出发，各自沿不同的轨迹一边沿螺线管的轴线方向前进，一边绕此轴线旋转，经过了一个周期T后又会聚于P2点。

设电子束沿螺线管轴线方向的速度为V//，则P1、P2两点间的距离（即螺距h）应为：

h?V//?T?V//?2?meB?V?2?meB （16）

电子束从阴极发出并穿过控制栅极后，从进入阳极区域后即开始以匀速向前运动，此时电子束沿轴线方向的速度

V//?2eU2 （17） m式中U2是第二阳极对阴极的电压。

若我们适当地选择磁场B，即改变螺距h,使电子束聚焦的P2点恰好落在示波管的萤光屏上，则我们就可在屏幕上观察到一个很细的亮点，电子束从阳极的进入点到屏幕的距离

l?h?2?meBV//?2?meB?2eU2 （18） m如果进一步加大磁场B，还可以进一步减小螺距h，使l=2h，则我们可以在屏幕上第2次看到磁聚焦现象。通过测量螺距h和阳极电压U2的值，再通过测算螺线管线圈的磁场，我们就可算出电子的荷质比。

［实验步骤］

1．电子在横向磁场作用下的运动（磁偏转）

（1）接插线：A1—V1，A2—⊥，Vd1—X1Y1，Ydy—Y2，Ydx—X2。测V2； 外接直流稳压电源串接毫安表，再接到主机上“外供磁场电源”，两只偏转线圈分别插入示波管两侧。

（2）测量不同V2的D-I直线（至少两组）D从屏外刻度板读出。I从串接毫安表上读出，

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D可以通过仪器转换开关换向。I=0，D=0，如不在，调Vy0（y调零）再调Vx0（X调零）旋钮使光点处在中心原点。 （3）测地磁场应去掉杂散磁场，将仪器转动180度测光点偏转最高低之间的距离为2D；测V2和L（示波管电子枪最后电极A2到屏间距离）计算地磁。 2．电子在纵向磁场作用下的运动（磁聚焦法测电子荷质比）

（1）接插线：A1—V1，A2—⊥，Vd1—X1Y1，Ydy——Y2，Ydx—X2，测量示阳极A2处到荧光屏的距离l；测V2。

（2）纵向磁场线圈套上示波管。线圈两头—外供磁场电源安培表—直流稳压电源。 （3）逐步增加线圈中的电流，观察屏幕上的亮斑逐步会聚到一点的过程；记下形成第一个聚焦点时的励磁电流I1。

（4）继续增大励磁电流，记录使屏幕出现第二个、第三个聚焦点时的电流I2、I3，计算三次测量的加权平均电流I?I1?I2?I3。

1?2?3（5）根据螺线管的绕制参数计算螺线管中的磁场：

B?k?0NI L式中：k为非无限长螺线管的修正系数（此值在本实验所用仪器中约为0.9～0.94之间），N和L分别为螺线管线圈的匝数和管长。 （6）将上述的有关测量值代入公式（18），计算电子的比荷e/m，并估算测量的误差。

［注意事项］

1.调节栅压“VG”旋钮时，应使亮度适中，过亮会损坏荧光屏。 2.在高压接线柱接线时，必须先关闭电源，并单手操作，以防触电。

［实验数据］

1． 电子束的磁偏转

表1-3

偏转量/mm 加速电压/V -16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 V2? (max) V2? (min) 根据磁偏转量D与I的关系图,用图解法测得磁偏转灵敏度 V2?(max)时：Sm = m/A V2?(min)时：Sm = m/A 2． 磁聚焦法测电子荷质比 表格自拟。

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实验六 铁磁材料动态磁滞回线和

基本磁化曲线的测定

【实验目的】

1．了解铁磁材料的磁化特性。

2．掌握用示波器测定铁磁材料动态磁滞回线的基本原理和方法。

【实验器材】

磁滞回线实验仪，示波器，万用表

【实验原理】

1、铁磁材料的磁滞回线

铁磁材料是一种性能特异，用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁材料。其特性之一是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ=B/H很高。另一特性是具有磁滞现象。即铁磁材料在磁化、去磁过程中，其磁感应强度B不仅与外磁场强度H有关，而且还依赖于它原先的磁化程度的现象。用图形表示铁磁材料磁滞现象的曲线称为磁滞回线（如图1所示），可通过实验测定。

将一块未被磁化的铁磁材料放在磁场中进行磁化，图1中的原点O表示磁化之前铁磁材料处于磁中性状态，即B＝H＝0，当磁场强度H从零开始增加时，磁感应强度B随之从零缓慢上升，如曲线oa所示，继之B随H迅速增长，如曲线ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至HS时，B达到饱和值BS，这个过程的oabS曲线称为起始磁化曲线。如果在达到饱和状态之后使磁场强度H减小，这时磁感应强度B的值也要减小。图1表明，当磁场从HS逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点，而是沿另一条新的曲线SR下降，对应的B值比原先的值大，说明铁磁材料的磁化过程是不可逆的过程。比较线段OS和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这种现象称为磁滞。磁滞的明显特征是当H＝0时，磁感应强度B值并不等于0，而是保留一定大小的剩磁Br。

当磁场反向从0逐渐变至－HD时，磁感应强度B逐渐消失，说明要消除剩磁，可以施加反向磁场。当反向磁场强度等于某一定值HD时，磁感应强度B值才等于0，记为HC称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，曲线RD称为退磁曲线。如再增加反向磁场的磁场强度H，铁磁材料又可被反向磁化达到反方向的饱和状态，逐渐减小反向磁场的磁场强度至0时，B值减小为Br。这时再施加正向磁场，B值逐渐减小至0后又逐渐增大至饱和状态。

图1还表明，当磁场按HS→O→HD→-HS→O→HD’→HS次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS?R?D?S变化，可以看出磁感应强度B值的变化总是滞后于磁场强度H的变化，这条闭合曲线称为磁滞回线。当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。磁滞是铁磁材料的重要特性之一，研究铁磁材料的磁性就必须知道它的磁滞回线。各种不同铁磁材料有不同的磁滞回线，主要是磁滞回线的宽、窄不同和矫顽力大小不同。

当铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化时将会发热，要消耗额外的能量，因为反复磁化时磁体内分子的状态不断改变，所以分子振动加剧，温度升高。使分子振动加剧的能量是产生磁场的交流电源供给的，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种在反复磁化过程中能量的损耗称为磁滞损耗，理论和实践证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

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图1 铁磁材料B与H的关系曲线 图2 铁磁材料的基本磁化曲线

应该说明，当初始状态为H＝B＝0的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图2所示，这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线。

基本磁化曲线上点与原点连线的斜率称为磁导率，由此可近似确定铁磁材料的磁导

B率 μ ? ，它表征在给定磁场强度条件下单位H所激励出的磁感应强度B，直接表示材料

H磁化性能强弱。从磁化曲线上可以看出，因B与H是非线性的，铁磁材料的磁导率μ不是常数，而是随H而变化，如图3所示。当铁磁材料处于磁饱和状态时，磁导率减小较快。曲线起始点对应的磁导率称为初始磁导率，磁导率的最大值称为最大磁导率，这两者反映μ-H曲线的特点。另外铁磁材料的相对磁导率μ0=B/B0可高达数千乃至数万，这一特点是它用途广泛的主要原因之一。

图 3 铁磁材料μ与H并系曲线 图 4 不同铁磁材料的磁滞回线

磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，图4为常见的两种典型的磁滞

2

回线，其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力小(<10A/m)、剩磁和磁滞损耗均较小，磁滞特性不显著，可以近似地用它的起始磁化曲线来表示其磁化特性，这种材料容易磁化，也容易退磁，是制造变压器、继电器、电机、交流磁铁和各种高频电磁元件的主要材料。而硬磁材料的磁滞回线较宽，矫顽力大（>102A/m），剩磁强，磁滞回线所包围的面积肥大，磁滞特性显著，因此硬磁材料经磁化后仍能保留很强的剩磁，并且这种剩磁不易消除，可用来制造永磁体。

2．示波器测绘磁滞回线的基本原理

观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图5所示。

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