电子束线的电偏转与磁偏转

1、实验十七电子束线的电偏转与磁偏转实验目的研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律。图 4-17-图 4-17-1实验仪器SJSS2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。电偏转原理电偏转原理如图4-17-1所示。通常 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。假定偏转电场在偏转板l范围内是均匀 的，

2、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Y = - at 2 =-宓（-）2（4-17-1）22 m v式中v为电子初速度，Y为电子束在Y方向的偏转。电子在加速电压匕的作用下，加速 A电压对电子所做的功全部转为电子动能，则2mv2 = eVA。将E=V / d和v2代入（417 1）式，得Y = /24匕d电子离开偏转系统时，电子运动的轨道与Z轴所成的偏转角中的正切为tg=竺=-（4-17-2）dZ2V d设偏转板的中心至荧光屏的距离为L电子在荧光屏上的偏离为S，则S勇中=L代入（4-17-2）式，得VlL(4 17 3VlL(4 17 3)S =2V

3、/由上式可知，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Q , VS = k e VA(4-17-4)(417 5(417 5)5电=V e （广A5电称为电偏转灵敏度，单位为毫米/伏。5电成大，表示电偏转系统的灵敏度越高。磁偏转原理磁偏转原理如图417 2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l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用在均匀磁场B内电子作匀速圆周运动，轨 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

4、后打在荧光屏上，由 牛顿第二定律得r = mv eB电子离开磁场区域与Z轴偏斜了。角度，由图417 2中的几何关系得l leBsin。=R mv电子束离开磁场区域时，距离Z轴的 大小a是图 4 17 2=R 一 R cos 0 = R(1 一 图 4 17 2电子束在荧光屏上离开Z轴的距离为S = L - tg0 +a如果偏转角度足够小，则可取下列近似 0 2sin 0 = tg0 = 0 和 cos 0 = 1 2则总偏转距离0 2S = L 0 + R(1 1 + 一)2r 0工 R0 2=L *0 +2mv 0 2=L *0 + eB 2T leB mv 1 , leB、=L -+- (

5、)2mv eB 2 mvr leB 12 eB=L+mv 2mv(4 17 (4 17 6)mv(L+2)v v =严 mmv 2 = eVa(4-17-7)代入(4(4-17-7)S = leB (L + 11) 2meV.2A上式说明，磁偏转的距离与所加磁感应强度B成正比，与加速电压的平方根成反比。 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(417 7)式，得S = = (L +11)(417 8)t2meV a2A由于式中其它量都是常数，故可写成(417 9)km为磁偏常数。可见，当加速电压一定时，位移与电流呈线性关系。

6、为了描述磁偏转的 灵敏程度，定义5 兹=-=k(41710)a5磁称为磁偏转灵敏度单位为毫米/安培。同样，5磁越大磁偏转的灵敏度越高。仪器描述图 4-17-3本实验所采用仪器是SJ-SS-2型电子束实验仪，如图4-图 4-17-3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A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） 位置。功

7、能选择：用于选择实验项 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* （量程为0- 50VX15），电偏电压（量程为050VX3），磁聚励磁电流（050mAX20），磁偏励磁 电流（量程为050mAX1）。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。实验内容电偏转（1）将“功能选择”置于X或7电偏位置，按图4-17-4 （X电

8、偏接线）或图4 175 （Y电偏接线）插入导联线。（2）接通“高压电源开”调节“高压调节”，“辅助聚焦匕”，将匕调节至最大值，保持辉度适中，调节七聚焦。（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”、匕、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）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）偏移量S （毫米

9、）510152025510152025偏转灵敏度6,（毫米/伏） 电偏转灵敏度平均值诚（毫米/伏） 电垂 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）偏移量S （毫米）510152025510152025偏转灵敏度5 （毫米/伏） 电偏转灵敏度平均值虬（毫米/伏） 电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。接通“高压电源开”，将V2调至最大，调节*使光点聚焦，保持辉度适中， 调节x位移，使光点位于坐标y轴某点七，并以该点为新的坐标原点。“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S/为线性正比 关系。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。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，得 出本仪器的偏转灵