结合数值模拟的虚拟仿真大学物理实验开发——以磁控条件实验为例

随着算力提升与技术改进,基于物理规律的、可交互的虚拟仿真大学物理实验成为可能。本工作以磁控条件实验为例,通过求解热电子在径向电场与轴向磁场作用下的运动方程,并结合计算机编程技术,实现了电子轨迹的实时计算;通过实验数据的采集,利用玻尔兹曼拟合函数实现了磁控条件的数值仿真;在仿真实验中集成差分计算功能,将热电子初速度满足麦克斯韦速率分布的验证实验加入教学内容。基于以上技术开发的虚拟仿真实验,不仅能完成现有的实验目标,而且可以直观显示电子径迹,拓宽了磁控条件实验的深度和广度。

磁控法测定热发射电子速率分布实验的完善与优化

该文通过求解极坐标系下电子在径向电场和轴向磁场中的运动方程,建立了引入阳极电压条件下热电子初速度与磁控管中电磁场强度之间的关系,并提出一种以归一化阳极电流与励磁电流之间的关系验证热发射电子速率满足麦克斯韦分布的方法。实验结果定性证明了上述方法的可行性,同时表明阳极电压的引入可以有效抑制空间电荷。为了得到更精确的热发射电子的初速度分布,应提高螺线管与阳极轴向长度的比例,以避免磁场空间分布对实验结果的影响。