实验十三电子束线的电偏转与磁偏转

1、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，如示波管、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。通常图 4 17 1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

2、在偏转板I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 转板之内丫 Jat2J竺上)222 m v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 电压对电子所做的功全部转为电子动能，则mv2二eVA。2将E= V/ d和v2代入(4 17 1 )式，得Y出4VAd电子离开偏转系统时，电子运动的轨道与氓 dYtgdZ(4 17 1)Z轴所成的偏转角的正切为VI设偏转板的中心至荧光屏的距离为tg S代入(4 17 2)式，得x土 2VAdL,电子在荧光屏上的偏离为S,则(4 17 2)VIL(4 17- 3)2VAd由上

3、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)Vake为电偏常数。可见，当加速电压Va 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S1j 电一=ke()(4 17 5)VVaj.电称为电偏转灵敏度，单位为毫米 /伏。、.电越大，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 4 172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 I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

4、用在均匀磁场B内电子作匀速圆周运动， 轨e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2vf = evB = m Rmv电子离开磁场区域与度，由图4 17 2R 二 eBZ轴偏斜了二角中的几何关系得. l leB sin vR mv电子束离开磁场区域时，距离Z轴的大小-：是：=R -Rcosv - R(1 -cos：)=空(1 -cos：) eB电子束在荧光屏上离开Z轴的距离为S = L tg如果偏转角度足够小，则可取下列近似2 sin v -tg v -v禾口2则总偏转距离.2S =L 1 R(1 _1)22eB 2leB mv 1 (leB)

5、 2mv eB 2 mv,leB l 2eB=LmvleBmv2mv (,)(4_176)又因为电子在加速电压能，则Va的作用下，加速场对电子所做的功全部转变为电子的动1 2 mv2代入(4 17 6)式，得eVA2eVAS 二2meVA上式说明，磁偏转的距离与所加磁感应强度由于偏转磁场是由一对平行线圈产生的，所以有B = KI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s=£eL(L+b)v2meVA2由于式中其它量都是常数，故可写成譽(L J)(4 17-7)B成正比，与加速电压的平方根成反比。(4 17 8)Va(4 17 9)km为磁偏常数。可

6、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(4 17 10)Va磁称为磁偏转灵敏度，单位为毫米 /安培。同样，:磁越大，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A1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A2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

7、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）SJ SS2型电子束实验仪高压调节O电偏电压OY偏磁聚沪中X偏磁偏电聚功能选择辅助聚焦V2O聚焦V1O辉度O10 20 30 40050V插头指示 励磁电流高压电源开X移位9o丫电源2+ X0.51.50KVY移位励磁电源开O 磁聚电源1 +磁偏V1O O O O O O O O O OO O O O O磁聚 电源1 磁偏 阴极 栅极 电源指示 Y 电源2 X功能选择：用于选择实验项图 4 17 3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

8、小。KV表：用以直接指示 V2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Vi （量程为050V X 15）,电偏电压（量程为 0 50V X 3）,磁聚励磁电流（050mA X 20）,磁偏励磁 电流（量程为 050mA X 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。（

9、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，ViAi A2 -0 OV2YYO图 4- 17-4电源2X电源2Ai A2 -O OV2y电源2电源2图 4- 17- 5保持辉度适中，调节 Vi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”、Vi、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SV图线，验 证SV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。（6）

10、数据记录。水平 偏 转X偏移方向自屏中心向左自屏中心向右偏转电压V （伏）偏移里S （毫米）5i0i520255i0i52025偏转火敏度3电（毫米/伏）偏转灵敏度平均值& （毫米/伏）垂 直 偏 转Y偏移方向自屏中心向上自屏中心向下偏转电压V （伏）偏移里S （毫米）5i0i520255i0i52025偏转灵敏度6电（毫米/伏）偏转灵敏度平均值兀（毫米/伏）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。磁聚电源1 磁偏ViAiO c>?O 00AVY电源2Xaoo oo磁聚 电源1 磁偏o ooY电源2 X图 4 17 6（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ys，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SI图线，验证 SI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，