告 南 昌 大 學 物 理 實 驗 報 告 課程名稱: :

　普通 物理實驗 (2 ）

　實驗名稱：

　電子束得偏轉與聚焦

　學院：

　專業班級：

　學生姓名: :

　學號：

　實驗地點：

　座位號：

　實驗時間: :

　一、

　實驗目得 ：

　 1、了解示波管得構造與工作原理。

　2、定量分析電子束在勻強電場作用下得偏轉情況與在均勻磁場作用 下得偏轉情況。

　、3 .表用多字數用使范規會學?、4 .法方得荷比子電量測法焦聚磁會學?二、

　實驗儀器：

　? ＥB—Ⅲ電子束實驗儀、直流穩壓電源３０V,２Ａ、數字多用表。

　三、

　實驗原理: :

　 1、示波管得結構

　示波管又稱為陰極射線管,其密封在高真空得玻璃殼之中,它得構造如圖1所示，主要包括三個部分:前端為熒光屏,（Ｓ,其用來將電子束得動能變為光），中間為偏轉系統(Y:垂直偏轉板,Ｘ：水平偏轉板）,后端為電子槍（Ｋ:陰極，G：柵極，A1：聚焦陽極，Ａ2:第二陽極,A3：前加速陽極）。燈絲H用６、3Ｖ交流供電，其作用就是將陰極加熱,使陰極發射電子,電子受陽極得作用而加速。

　 2、電聚焦原理

　電子射線束得聚焦就是電子束管必須解決得問題.在示波管中，陰極被加熱發射電子，電子受陽極產生得正電場作用而加速運動,同時又受柵極產生得負電場作用只有一部分電子能夠通過柵極小孔而飛向陽極。柵極G得電壓一般要比陰極K得電壓低２0～100V，由陰極發射電子，受到柵極與陰極間減速電場得作用,初速度小得電子被阻擋,而那些初速度大得電子可以通過柵極射向熒光屏。所以調節柵極電壓得高低可以控制射向熒光屏得電子數,從而控制熒光屏上得輝度.當柵極上得電壓負到一定得程度時，可使電子射線截止，輝度為0。

　加速電極得電壓比陰極電位高幾百伏至上千伏。前加速陽極，聚焦陽極與第二陽極就是由同軸得金屬圓筒組成.由于各電極上得電壓不同,在它們之間形成了彎曲得等勢面、電場線。這樣就使電子束得路徑發生彎曲，這類似光線通過透鏡那樣產生了會聚與發散，這種電器組合稱為電子透鏡。改變電極間得電壓分布，可以改變等勢面得彎曲程度,從而達到電子束得聚焦。

　3、電偏轉原理

　在示波管中，電子從被加熱得陰極K逸出后,由于受到陽極電場得加速作用，使電子獲得沿示波管軸向得動能。電場力做得功ｅU應等于電子獲得得動能 2m21v eU ?

　?

　(1）

　即,比正成根方平得2Ｕ壓電得2A極陽二第與ｚv度速得動運軸Ｚ沿子電,然顯?22v Umez?

　(2）

　若在電子運動得垂直方向加一橫向電場,電子在該電場作用下將發生橫向偏轉，如圖2所示。

　 若偏轉板板長為l、偏轉板末端到屏得距離為L、偏轉電極間距離為d、軸向加速電壓（即第二陽極A2電壓）為U2,橫向偏轉電壓為Ｕd,則熒光屏上光點得橫向偏轉量D由下式給出：

　dlUUL Dd2)2l（2? ?

　?

　)3（? 由式(３）可知，當U2不變時，偏轉量D隨Ud得增加而線性增加。所以，根據屏上光點位移與偏轉電壓得線性關系,可以將示波管做成測量電壓得工具。若改變加速電壓U２，適當調節U1到最佳聚焦，可以測定Ｄ—Ud直線隨U2改變而使斜率改變得情況。

　４、磁偏轉原理 子越飛v度速以么那,場磁勻均個一加外向方Ｘ得軸Z直垂在若，后2Ａ過通子電?電子在Y方向上也會發生偏轉，如圖所示。

　由于電子受洛倫茲力F=eBv作用，F得大小不變，方向與速度方向垂直,因此電子在F得作用下做勻速圓周運動，洛倫茲力就就是向心力,即有eＢv=mv2/R，所以 eBRzmv?

　）4(???況情得小較φ角轉偏在.屏光熒達到射直,出飛向方線切圓沿將后場磁開離子電?下，近似得有 LDRl? ? ? tan

　(5）

　彎小微得屏光熒略忽（量轉偏得點亮上屏光熒在子電為D，度寬場磁為l,中式?曲)，L為從橫向磁場中心到熒光屏得距離。

　由此可得偏轉量D與外加磁場Ｂ、加速電壓U２等得關系為 22lmUeBL D ?

　）６（ ??

　實驗中得外加橫向磁場由一對載流線圈產生,其大小為 nI K B0? ?

　）７(? ?,中式?0? 為真空中得磁導率，n為單位長度線圈得匝數,Ｉ為線圈中得勵磁電流，K為線圈產生磁場公式得修正系數（ 1 0 ? ? K ）

　由此可得偏轉量D與勵磁電流I、加速電壓U2等得關系為 202lmUeL nI K D ? ?

　)８(???

　 當勵磁電流I(即外加磁場B）確定時,電子束在橫向磁場中得偏轉量Ｄ與加速電壓Ｕ ２ 得平方根成反比。

　、5 理原量測得比質荷子電與焦聚磁? 帶點粒子得電量與質量得比值叫荷質比，就是帶電微觀粒子得基本參量之一。測定荷質比得方法很多，本實驗采用磁聚焦法.

　電子運動方向與磁場平行，故磁場對電子運動不產生影響.電子流得軸線速率為 meU 2//2v ?

　 ）9（??大不值幅個一加上Y板極轉偏對一在若。量質與量荷電子電為別分ｍ,ｅ，中式?得交變電壓，則電子流通過Y后就獲得一個與管軸垂直分量?v 。如暫不考慮電子軸向速度分量v // 得影響，則電子在磁場得洛倫茲力Ｆ得作用下（該力與?v 垂直），在垂直于軸線得平面上作圓周運動,即該力起著向心力得作用，Ｆ=e?v B=m2v ? /R,由此可得到電子運動得軌道半徑m BeR/v ?? ,?v 越大軌道半徑亦越大,電子運動一周所需要得時間（即周期)為 Bme RT ??2v2? ??

　 (1０）

　率速及徑半道軌與期周轉旋得子電明說這??v 無關.若再考慮v ／／ 得存在，電子得運動軌跡應為一螺旋線.在一個周期內，電子前進距離(稱螺距）為 emUBT v2//2 2h?? ?

　）1１(?量分直垂得度速子電刻時同不于由??v 度不同，故在磁場得作用下，各電子將沿不同半徑得螺線前進.然而,由于她們速度得平行分量v /／ 均相同，所以電子在做螺線運動時，它們從同一點出發,盡管各個電子得?v 各不相同,但經過一個周期后,它們又會在距離出發點相距一個螺距得地方重新相遇，這就就是磁聚焦得基本原理。由式（11）可得 2 2228 e B h U m ? ?

　?? （１2）

　：算計式下由以可,B度強性感磁得管線螺直長?

　2 20D LNIB???

　? （13)

　將式(13）代入式（1２），可得電子荷質比為: 202 222) ( ) ( 8 e NIh D L U m ? ? ?

　)41（ ??22eIUkm?

　 ）51(??式中

　?202 2 2) () ( 8kNhD L?? ??

　 ? （1６）

　7258、4＝k，儀驗實束子電得用使驗實本? ? 1０8

　四、

　實驗 內容 ：

　? (1)開啟電子束實驗儀電源開關 都鈕旋調可切一上板面，置位”束子電“向打關開擇選”比質荷—束子電“將?旋至中部，此時在熒光屏上能瞧到一亮斑。適當調節輝度,并調節聚焦，使屏上光點聚成一圓點。（注：光點不能太亮,以免燒壞熒光屏)

　（２）光點調零 ，點圓心中得軸X于位點光使，鈕旋”零調軸 X“與"節調軸 X“節調節調軸 Ｘ?且左、右偏轉得最大距離都接近于滿格。Y 軸調節用數字萬能表電壓檔接近于“Ｙ 偏電壓表"+、－兩端,緩慢調節“Y 軸調節"旋鈕使數字萬能表讀數為0，然后調節“Y 軸調零"旋鈕使光點位于Ｙ 軸得中心原點。

　(3）測量 隨 得變化 壓電極陽定取,鈕旋壓電極陽節調? ,用數字萬能表分別測出時得 （垂直電壓）值列表記錄。

　再取，再測 為上述值時得 值記錄表中。

　)4（ 化變得 流電轉偏磁隨 量轉偏量測?使亮光點回到Y 軸得中心原點,取 ，用數字萬用表得 檔測量磁偏轉電流。列表記錄 時得磁偏轉電流值,然后改變磁偏轉電流方向,再測 時得磁偏轉電流值。再取 ,

　重復前面得測量。

　）5（比質荷子電? 得測量

　把直流穩壓電源得輸出端接到勵磁電流得接線柱上,電流值調到0，將“電子束—荷質比”開關置于“荷質比”位置,此時熒光屏上出現一條直線,陽極電壓調到700V。此時若線較暗，則可將“輝度"旋鈕順時針增大至剛好能瞧清豎直亮線為止;在增大“陽極電壓"至１000V 位置。若能達到１0０0V 位置，則可固定“輝度"旋鈕，開始正式測量。逐漸加大勵磁電流使熒光屏上得直線一邊旋 轉一邊縮短，直到變成一個小亮點,讀取電流值，然后將將電流調回零.再將電流換向開關板到另一方，重新從零開始增加電流使屏上直線反方向旋轉縮短,直到再得到一個小亮點，讀取電流值。取其平均值，以消除地磁等得影響。改變陽極電壓為8００V,900Ｖ,1000V，重復上述步驟。

　五、

　實驗數據及數據分析處理: :

　? 1、電偏轉 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 繪制 圖:

　 當陽極電壓為 750Ｖ，電偏轉靈敏度 ； 度敏靈轉偏電,V０09 為壓電極陽當? .

　結論：

　與電偏轉靈敏度為線性關系，且陽極電壓越高,電偏轉靈敏度越高. 、2 轉偏磁?750V

　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 繪制 圖：

　 當陽極電壓為 750V，電偏轉靈敏度 ； 度敏靈轉偏電，V０0９為壓電極陽當? .

　。低越度敏靈轉偏電，高越壓電極陽且，系關性線為度敏靈轉偏磁與 :論結?、3（荷比子電? 得公認值：

　）

　 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、

　誤差分析 ：

　、１在存，置位得點光際實與置位得點光得察觀眼人，時轉偏磁與轉偏電量測?誤差。

　２、測量電偏轉后，再測量磁偏轉，可能電場未完全消除。

　3、儀器引起誤差，難以通過旋鈕將光點準確調節至所需位置。

　、４點亮小得前向換與得確準法無時點亮小成變線直使流電大加,時量測比質荷?比對準.

推薦訪問： 電子束 偏轉 聚焦