电子束偏转与聚焦实验报告

　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：

　电子束得偏转与聚焦

　学院：

　专业班级：

　学生姓名: :

　学号：

　实验地点：

　座位号：

　实验时间: :

　一、

　实验目得 ：

　 1、了解示波管得构造与工作原理。

　2、定量分析电子束在匀强电场作用下得偏转情况与在均匀磁场作用 下得偏转情况。

　、3 .表用多字数用使范规会学ﻩ、4 .法方得荷比子电量测法焦聚磁会学ﻩ二、

　实验仪器：

　ﻩ 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、示波管得结构

　示波管又称为阴极射线管,其密封在高真空得玻璃壳之中,它得构造如图1所示，主要包括三个部分:前端为荧光屏,（Ｓ,其用来将电子束得动能变为光），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，其作用就是将阴极加热,使阴极发射电子,电子受阳极得作用而加速。

　 2、电聚焦原理

　电子射线束得聚焦就是电子束管必须解决得问题.在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生得正电场作用而加速运动,同时又受栅极产生得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得电压一般要比阴极K得电压低２0～100V，由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场得作用,初速度小得电子被阻挡,而那些初速度大得电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压得高低可以控制射向荧光屏得电子数,从而控制荧光屏上得辉度.当栅极上得电压负到一定得程度时，可使电子射线截止，辉度为0。

　加速电极得电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极与第二阳极就是由同轴得金属圆筒组成.由于各电极上得电压不同,在它们之间形成了弯曲得等势面、电场线。这样就使电子束得路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚与发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间得电压分布，可以改变等势面得弯曲程度,从而达到电子束得聚焦。

　3、电偏转原理

　在示波管中，电子从被加热得阴极K逸出后,由于受到阳极电场得加速作用，使电子获得沿示波管轴向得动能。电场力做得功ｅU应等于电子获得得动能 2m21v eU 

　ﻩ

　(1）

　即,比正成根方平得2Ｕ压电得2A极阳二第与ｚv度速得动运轴Ｚ沿子电,然显ﻩ22v Umez

　(2）

　若在电子运动得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、偏转板末端到屏得距离为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,则荧光屏上光点得横向偏转量D由下式给出：

　dlUUL Dd2)2l（2 

　ﻩ

　)3（ﻩ 由式(３）可知，当U2不变时，偏转量D随Ud得增加而线性增加。所以，根据屏上光点位移与偏转电压得线性关系,可以将示波管做成测量电压得工具。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改变而使斜率改变得情况。

　４、磁偏转原理 子越飞v度速以么那,场磁匀均个一加外向方Ｘ得轴Z直垂在若，后2Ａ过通子电ﻩ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得大小不变，方向与速度方向垂直,因此电子在F得作用下做匀速圆周运动，洛伦兹力就就是向心力,即有eＢv=mv2/R，所以 eBRzmv

　）4(ﻩﻩﻩ况情得小较φ角转偏在.屏光荧达到射直,出飞向方线切圆沿将后场磁开离子电ﻩ下，近似得有 LDRl   tan

　(5）

　弯小微得屏光荧略忽（量转偏得点亮上屏光荧在子电为D，度宽场磁为l,中式ﻩ曲)，L为从横向磁场中心到荧光屏得距离。

　由此可得偏转量D与外加磁场Ｂ、加速电压U２等得关系为 22lmUeBL D 

　）６（ ﻩﻩ

　实验中得外加横向磁场由一对载流线圈产生,其大小为 nI K B0 

　）７(ﻩ ﻩ,中式ﻩ0 为真空中得磁导率，n为单位长度线圈得匝数,Ｉ为线圈中得励磁电流，K为线圈产生磁场公式得修正系数（ 1 0   K ）

　由此可得偏转量D与励磁电流I、加速电压U2等得关系为 202lmUeL nI K D  

　)８(ﻩﻩﻩ

　 当励磁电流I(即外加磁场B）确定时,电子束在横向磁场中得偏转量Ｄ与加速电压Ｕ ２ 得平方根成反比。

　、5 理原量测得比质荷子电与焦聚磁ﻩ 带点粒子得电量与质量得比值叫荷质比，就是带电微观粒子得基本参量之一。测定荷质比得方法很多，本实验采用磁聚焦法.

　电子运动方向与磁场平行，故磁场对电子运动不产生影响.电子流得轴线速率为 meU 2//2v 

　 ）9（ﻩﻩ大不值幅个一加上Y板极转偏对一在若。量质与量荷电子电为别分ｍ,ｅ，中式ﻩ得交变电压，则电子流通过Y后就获得一个与管轴垂直分量v 。如暂不考虑电子轴向速度分量v // 得影响，则电子在磁场得洛伦兹力Ｆ得作用下（该力与v 垂直），在垂直于轴线得平面上作圆周运动,即该力起着向心力得作用，Ｆ=ev B=m2v  /R,由此可得到电子运动得轨道半径m BeR/v  ,v 越大轨道半径亦越大,电子运动一周所需要得时间（即周期)为 Bme RT 2v2 

　 (1０）

　率速及径半道轨与期周转旋得子电明说这ﻩv 无关.若再考虑v ／／ 得存在，电子得运动轨迹应为一螺旋线.在一个周期内，电子前进距离(称螺距）为 emUBT v2//2 2h 

　）1１(ﻩ量分直垂得度速子电刻时同不于由ﻩv 度不同，故在磁场得作用下，各电子将沿不同半径得螺线前进.然而,由于她们速度得平行分量v /／ 均相同，所以电子在做螺线运动时，它们从同一点出发,尽管各个电子得v 各不相同,但经过一个周期后,它们又会在距离出发点相距一个螺距得地方重新相遇，这就就是磁聚焦得基本原理。由式（11）可得 2 2228 e B h U m  

　ﻩﻩ （１2）

　：算计式下由以可,B度强性感磁得管线螺直长ﻩ

　2 20D LNIB

　ﻩ （13)

　将式(13）代入式（1２），可得电子荷质比为: 202 222) ( ) ( 8 e NIh D L U m   

　)41（ ﻩﻩ22eIUkm

　 ）51(ﻩﻩ式中

　ﻩ202 2 2) () ( 8kNhD L 

　 ﻩ （1６）

　7258、4＝k，仪验实束子电得用使验实本ﻩ  1０8

　四、

　实验 内容 ：

　ﻩ (1)开启电子束实验仪电源开关 都钮旋调可切一上板面，置位”束子电“向打关开择选”比质荷—束子电“将ﻩ旋至中部，此时在荧光屏上能瞧到一亮斑。适当调节辉度,并调节聚焦，使屏上光点聚成一圆点。（注：光点不能太亮,以免烧坏荧光屏)

　（２）光点调零 ，点圆心中得轴X于位点光使，钮旋”零调轴 X“与"节调轴 X“节调节调轴 Ｘﻩ且左、右偏转得最大距离都接近于满格。Y 轴调节用数字万能表电压档接近于“Ｙ 偏电压表"+、－两端,缓慢调节“Y 轴调节"旋钮使数字万能表读数为0，然后调节“Y 轴调零"旋钮使光点位于Ｙ 轴得中心原点。

　(3）测量 随 得变化 压电极阳定取,钮旋压电极阳节调ﻩ ,用数字万能表分别测出时得 （垂直电压）值列表记录。

　再取，再测 为上述值时得 值记录表中。

　)4（ 化变得 流电转偏磁随 量转偏量测ﻩ使亮光点回到Y 轴得中心原点,取 ，用数字万用表得 档测量磁偏转电流。列表记录 时得磁偏转电流值,然后改变磁偏转电流方向,再测 时得磁偏转电流值。再取 ,

　重复前面得测量。

　）5（比质荷子电ﻩ 得测量

　把直流稳压电源得输出端接到励磁电流得接线柱上,电流值调到0，将“电子束—荷质比”开关置于“荷质比”位置,此时荧光屏上出现一条直线,阳极电压调到700V。此时若线较暗，则可将“辉度"旋钮顺时针增大至刚好能瞧清竖直亮线为止;在增大“阳极电压"至１000V 位置。若能达到１0０0V 位置，则可固定“辉度"旋钮，开始正式测量。逐渐加大励磁电流使荧光屏上得直线一边旋 转一边缩短，直到变成一个小亮点,读取电流值，然后将将电流调回零.再将电流换向开关板到另一方，重新从零开始增加电流使屏上直线反方向旋转缩短,直到再得到一个小亮点，读取电流值。取其平均值，以消除地磁等得影响。改变阳极电压为8００V,900Ｖ,1000V，重复上述步骤。

　五、

　实验数据及数据分析处理: :

　ﻩ 1、电偏转 ７５0V

　-１9、6４ -14、55 —9、３8 -4、62 0 4、92 9、22 1４、75 19、56

　20 １5 1０ 5 0 －5 －１0 -1５ —20 9０0Ｖ

　－22、59 －16、５9 -11、56 —5、4９ 0 5、52 12、０８ 17、５8 23、38

　２０ 15 10 5 0 —５ －10 —15 -20 绘制 图:

　 当阳极电压为 750Ｖ，电偏转灵敏度 ； 度敏灵转偏电,V０09 为压电极阳当ﻩ .

　结论：

　与电偏转灵敏度为线性关系，且阳极电压越高,电偏转灵敏度越高. 、2 转偏磁ﻩ750V

　７８、2 61、２ 4０、7 18、0５ ０ —1８、３0 -37、5 -５６、0 －77、4

　２０ 15 10 5 ０ -5 -10 -１5 -2０ 90０Ｖ

　8６、6 ６6、2 44、4 2３、45 0 —19、2 —4０、6 —５8、2 －８1、4

　20 15 10 5 0 -5 —１0 -15 -20 绘制 图：

　 当阳极电压为 750V，电偏转灵敏度 ； 度敏灵转偏电，V０0９为压电极阳当ﻩ .

　。低越度敏灵转偏电，高越压电极阳且，系关性线为度敏灵转偏磁与 :论结ﻩ、3（荷比子电ﻩ 得公认值：

　）

　 ７５0Ｖ 80０Ｖ 900V １000V

　1、48 1、5４ 1、6８ 1、7７

　1、４9 1、5７ 1、６6 1、７７

　1、485 1、5５5 1、６７ 1、77

　1.6５0４ 1．６05５ 1。5660

　1。548９

　1．5927

　 9、４4% 六、

　误差分析 ：

　、１在存，置位得点光际实与置位得点光得察观眼人，时转偏磁与转偏电量测ﻩ误差。

　２、测量电偏转后，再测量磁偏转，可能电场未完全消除。

　3、仪器引起误差，难以通过旋钮将光点准确调节至所需位置。

　、４点亮小得前向换与得确准法无时点亮小成变线直使流电大加,时量测比质荷ﻩ比对准.

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