电子束的偏转与聚焦现象实验报告

10261026电子束的偏转与聚焦现象试验报告篇一：电子束的偏转与聚焦(北京科技大学物理试验报告)北京科技大学试验报告试验名称：电子束的偏转与聚焦试验目的、试验原理〔见预习报告〕试验数据及数据分析〔数据及图见附页〕A．电偏转的观测由图1、2、3、5可以清楚得看出，当阳极电压uz不变4张图可以看出，我测量的第五组数据是有问题的。所以，我就放弃了第五组5。然后我分析了一下不同阳极电压下偏转电压随偏转量变化快慢。明显，斜率即电偏转灵敏度，分别为：而减小的。为了清楚明白，我把两者的关系用图表示出来上图说明阳极电压与图1,2,3,5的电偏转灵敏度之间几乎是成线性变化的。阳极电压的增大导致了初速度的增加，而初速度越大偏转就越难，因而偏转灵敏度越小。DeudDe与阳极电压uz的关系，依据图1,2,3,5中的公式，可以知道，当偏转电压ud10V时，Dz分别为：1.025，0.912，0.785,0.744，所以依据以下图可知：当偏转电压一样时，随着阳极电压的增大，偏转量增减少。b图6,7,8是磁偏转观测局部的图。这三张图说明白，偏转电流与偏转量是成一次函数关系变化的。以下图表示的是图6,7,8明显，三个数据几乎是在一条直线上，所以磁偏灵敏度是和阳极电压成线性的。并且随着阳极电压的增大磁偏灵敏度减小。阳极电压增大导致电子速度的增大，电子就越不容易被偏转。当uzDmIIDm随着uz的变大而减小，如图〔取I为100mA基点〕c由于聚焦是一种直观的感受，所以何时真正地聚焦了就属于自己的感觉了。由图9可以看出，各个数据之间的相关程度R2=0.9812，相关性较低。但它们仍旧是线性相关的。随着阳极电压的增大，聚焦电压随之增大。D此试验过程中需要留意一个重要的步骤：在磁聚焦之前要先调整原来有的那个聚焦旋钮，使得荧光屏上消灭光斑，就是使光集中开来。假设不按此步骤就不会有明显的聚焦过程，试验结果就会很不准确。图10展现的是阳极电压与聚焦电流的关系，可以知道两者是一次函数关系。据此关系可以通过聚焦电流估算出阳极电压的大小。例题中电子荷质比的计算如下：由公式求出b=4π×10?7×650??÷u和I的关系，则e/m1.01897e+11c/kg试验总结本试验的数据处理过程比较简洁，主要就是几个量之间的线性关系。但试验的四局部内容教会我怎样使用电和磁的方法来实现电子的偏转和聚焦。这种方法是以后争论中常常要用到的。试验中要留意的内容也不是很多，就是辉度不能太大，这是为了防止荧光屏的损坏。试验中最困难的要算是万用表的调零了。我那时就想，DZs-b电子束试验仪的Y调整为何不装个微调呢。只要我略微调一下旋钮，就从正的一点几伏跑到了负的一点几伏，要调到十几毫伏甚至是几毫伏相当困n试验的总体构成很简洁，我们两个的合作也很顺当。A篇二：电子束的偏转与聚焦现象南昌大学物理试验报告电子束的偏转与聚焦及现象【试验目的】了解示波管的根本构造和工作原理。定量分析电子束在匀强电场作用下的偏转状况和在均匀磁场作用下的偏转状况。3.学会标准使用数字万用表。4.学会磁聚焦法测量电子荷质比的方法【试验原理】1.示波管的根本构造和工作原理2电子束电聚焦原理如图3-14-2所示，在示波管中，阴极K经灯丝加热放射电子，第一阳极A1加速电子，使电子束通过栅极g它们之间的空间便产生电场，这个电场的曲度像一面透镜，它使由阴极外表不同点发出的电子在栅极前方会聚，形成一个电子聚焦点。由第一阳极和其次阳极组成的电聚焦系统，就把上述聚焦点成像在示波管的荧光屏上。由于该系统与凸透镜对光的会聚作用相像，所以通常称之为电子透镜。电子束通过电子透镜能否聚焦在荧光屏上，与第一阳极VA1和其次阳极VA2的单值无关，仅取决于它们之间的比值F。转变第一阳极和其次阳极的电位差，相当于转变电子透镜的焦距，选择适宜VA1与VA2的比值，就可以使电子束的成像点落在示波管的荧光屏上。在实际示波管内，由于其次阳极的构造特点，使之对电子直接起加速作用，所以称为加速VA1与VA2又称聚焦极。转变VA2也能转变比值F，故其次阳极又能起关心聚焦作用。3-14-2电子束电聚焦3-14-13.电偏转原理电子在两偏转板之间穿过时，假设两板之间电位差为零，电子则笔直穿过偏转板打在荧光屏中心〔假定电子枪瞄准荧光屏中心〕形成一个小亮斑，假设在两块Y〔或x〕偏转板上加有电压，电子就会受电场力的作用而发生偏转。如图3-14-1所示，设两偏转板间距为d压差为Vdy，可看做平行板电容器，则两板间的电场强度为：ey?Vdyd〔3-14-1〕eVdydeVdymd〔3-14-2〕在同一点的垂直速度：?y?ayt1??l?z〔3-14-3〕zy1?12ayt1?21eVdyl2?〔3-14-4〕2md?z电子离开板右端时不再受电场力的作用，作匀速直线运动，到达屏上的垂直位移：y2??yt2?eVdymd?l?L??z?zeVdylmd?2z〔3-14-5〕电子在屏上的总位移D?y1?y2??yt2?l2?(l2?L?)〔3-14-6〕令L??L，又由于电子在加速电压Va的作用下，加速电场对电子所做的功全部转化为电子的动能，12mv2z则有?eVa〔3-14-7〕将L代入〔3-14-6〕式，并利用〔3-14-7〕式消去vz后得电子束的垂直位移：Dy?lL2dVa?Vdy〔3-14-8〕上式说明，偏转板的电压Vdy越大，屏上的光点的位移也越大，两者之间是线性关系。比例常数在数值上等于偏转电压为1V时，屏上光点位移的大小，称为示波管的电压偏转灵敏度，定义为：sy?DyVdy?lL2dVa〔3-14-9〕明显，对x偏转板也有相应的电偏转灵敏度，即sx?DxVdx?lL2dVa〔3-14-10〕上式中l、d、L为与x偏转板相关的几何量。4电子束通过磁场时，在洛仑兹力作用下发生偏转。如图3-14-5b，b?0。电子以速度vz垂直射入磁场，受洛仑兹力的作用，在磁场区域内作匀速圆周运动，轨道半径为R。电子沿oc弧穿出磁场区域后变作匀速直线运动，最终打在荧光屏的p点上，光点的位移为D。由牛顿其次定律有：F?evzb?m则：R?mvebzvz2R〔3-14-11〕〔3-14-12〕电子离开磁场区域与oZ轴偏斜了?角度，由图中的几何关系得sin??lRoZD1D1?R?Rcos??R(1?cos?)电子束在荧光屏上离开oZ轴的距离为D?L?tan??D1因偏转角?足够小近似有：sin??tan??则总偏转距离D?L 式中L?L?blR和cos??1??22l2lR?R?12?(lR)?2lR(L??)图3-14-5电子束磁偏转原理图lebm?zl2?L12，即磁场区域中心至屏的距离。再由式e2mVamv2z?eVavzD?lLb〔3-14-13〕式〔3-14-13〕说明光点的偏转位移D与磁感应强度bVa〔3-14-13〕与〔3-14-8〕式比较可以看出，提高加速电压对磁偏转灵敏度降低的影响，比照电偏转灵敏度的影响小。因此，使用磁偏转时，提高阴极射线管中电子束的加速电压来增加屏上图象的亮度水平比用电偏转有利。而且，磁偏转便于电子束的大角度偏转，更适合于大屏幕的需要。因此显象管往往承受磁偏转。但是，偏转线圈的电感与较大的分布电容，不利于高频使用，而且体积和重量较大，都不及电偏转系统。所以示波管往往承受电偏转。〔如图3-14-6所示的形式，其偏转磁场是由紧贴于管颈两侧的两组线圈串联后通过电流而获得的。不管线圈的形式如何，所产生的磁感应强度b均与电流强度及线圈匝数成正比，可用式子b?KnI表示，常数K由线圈的样式及磁环物质的磁性常数打算，n为螺线管单位长度的Ib?KnI〔3-14-13〕可得图3-14-6磁环偏转线圈D?e2mVa?K?lLnI〔3-14-14〕则sDIm?n?n?〔3-14-15〕s磁称为磁偏灵敏度，也是一个与偏转系统几何尺寸有关的常量，反映了磁偏转系统的灵敏度的凹凸。在国际单位m·A。所以磁偏转的特点为：电子束线偏离Z轴(即荧光屏中心)的距离与偏转电流成正比,与加速电压的平方根成反比。5-1磁聚焦和电子荷质比的测量原理假设将示波管的加速电极、第一阳极A1、其次阳极A2、偏DxDY全部连在一起，并相对于阴极K电压Va，这样电子一进入加速电极就在零电场中作匀速运F1〔在删极g的小圆孔前方〕的发散电子射线将不再会聚，而在荧光屏上形成一个光斑。为了能使电子射线聚焦，可以在示波管外套一个通用螺线管，使在电子射线前进的方向产生一个均匀磁场，磁感应强度为b。在8sJ31型示波管中，栅极和加速电极很靠近，仅1.8mmF1后马上进入电场为零的均匀磁场中运动。电子束磁聚焦的原理见图3-14-7v，在一磁感应强度为b的均匀磁场中运动的电子，电子将受到洛vbvpb垂直vhbb作匀速直线运动。电子在垂直于b的方向运动时电子所受的洛仑兹力为：F?evhb〔3-14-15〕F的方向与vhb平面内以半径为R的圆作匀速圆周运动。依据牛顿其次定律可知：F?evhb?mvhR2〔3-14-16〕式中m为电子的质量，R为电子作圆周运动时的轨道半径，可以表示为：R?mvheb〔3-14-17〕电子旋转一周所需的时间为：T?2?Rvh?2?meb〔3-14-18〕bvh子作圆周运动的半径是不同的，但是电子旋转一周所需的时间〔周期〕一样，与电子的速度无关。v垂直于b时电子的运动轨迹如图3-14-5(b)所示，从图3-14-5(b)可知，假设有很多电子都从磁场中的同一点动身，各电子运动速度vh的数值各不一样，但经过T(a)(b)(c)3-14-7考虑由同一点发出的一束电子，假设各个电子的速度在垂直于b的平面上的重量vhb的方向上的重量vpl〔按上面的分析，每个电子在沿b方向运动时经过一个螺距h后l?nh，n为正整数n=1234??聚焦?.。为了便于想象电子在磁场中的运动状况，图3-14-5(c)表示一束vp一样，vh在肯定范围内变化的电子在hh?Tvem?2?bhvp〔3-14-19〕p?2?mebvp在电子束试验中，示波管的轴线方向有一均匀分布的磁KA2Va，将会使阴极放射的电子加速，设阴极放射出来的电子在脱离阴极时，沿磁场运动的初速度为零，经阴极KA2加速后，速度为vp，由能量守恒定律可知，电子动能的增加应等于电场力对它所作的功，即12mv2p?eVa(3-14-20)只要加速电压Va是确定的，电子沿磁场方向的速度重量vp就是确定的，将式〔3-14-20〕代入式〔3-14-19〕中，则h?2?meb2eVam〔3-14-21〕从上式可以看出，h是b和VaVa和b大小，可以使电子束在磁场方向上的任意位置聚焦。当h刚好等于示波管的阳极到荧光屏之间的距离d时，可以看到电子束在荧光屏上聚成一小亮点(电子已聚焦)，当b值增加到2～3h?12d或h?13d，相应地可在荧光屏上看到其次次聚焦、第三次聚焦，当h不等于这些值时，只能看到光斑。将式em?8?Vahb222〔3-14-22〕V和b均可通过测量得出，代入上式即可求得电子荷质b过测量励磁电流I计算出来，对于有限长的螺线管，b的值为：篇三：试验14-电子束的偏转与聚焦及电_...试验14电子束偏转、聚焦及电子荷质比的测定带电粒子在电场和磁场作用下的运动是电学组成的根底。带电粒子通常包括质子、离子、和自由电子等，其中电子具有极大的荷质比和极高的运动速度。因此，在各种分支学科中得到了极其广泛的应用。众所周知，快速运动的电子会在阴极射线管的荧光屏上留下运动的痕迹，可以利用观看此光迹的方法来争论电子在电场和磁场中的运动规律。辅以聚焦、偏转和强度掌握等系统，可以使电子束在荧光屏上清楚地成象。电子束的聚焦和偏转可以通过电场和磁场对电子的作用来实现，前者称为电聚焦和电偏转，后者称为磁聚焦和磁偏转。通过磁聚焦可测出电子的电荷与质量比，即验证电子带电荷量，并证明电子的质量me。实习一电子束的电偏转与电聚焦【试验目的】了解示波管的根本构造和工作原理。把握示波管中电子束电偏转和电聚焦的根本原理。3.理】1.示波管的根本构造和工作原理(参见试验--示波器的使用)2.电子束的电偏转电子在两偏转板之间穿过时，假设两板之间电位差为零，电子则笔直穿过偏转板打在荧光屏中心〔假定电子枪瞄准荧光屏中心〕形成一个小亮斑，假设在两块Y〔或x〕偏转板上加有电压，电子就会受电场力的作用而发生偏转。如图所示，设两偏转板间距为d，电压差为Vdy，可看做平行板电容器，则两板间的电场强度为：ey?Vdyd〔3-14-1〕3-14-1eVdyd〔3-14-2〕?y?ayt1?eVdymd?z?l〔3-14-3〕121eVdyl偏离z轴的距离：y1?ayt1??2〔3-14-4〕22md?z电子离开板右端时不再受电场力的作用，作匀速直线运动，到达屏上的垂直位移：y2??yt2?eVdymd?z?zeVdyl?l?L?〔3-14-5〕电子在屏上的总位移D?y1?y2??yt2?l?(?L?)〔3-14-6〕2md?z2l?L，又由于电子在加速电压Va的作用下，加速电场对电子所做的功全部转化为电子的动能，212则有mvz?eVa〔3-14-7〕2令L?将L代入〔3-14-6〕式，并利用〔3-14-7〕式消去vz后得电子束的垂直位移：Dy?lL?Vdy〔3-14-8〕2dVa上式说明，偏转板的电压Vdy越大，屏上的光点的位移也越大，两者之间是线性关系。比例常数在数值上等于偏转电压为1V时，屏上光点位移的大小，称为示波管的电压偏转灵敏度，定义为：sy?DyVdy?lL〔3-14-9〕2dVa明显，对x偏转板也有相应的电偏转灵敏度，即sx?DxlL〔3-14-10〕?Vdx2dVa上式中l、d、L为与x偏转板相关的几何量。3．电子束的电聚焦等位面3-14-2电子束电聚焦原理如图3-14-2所示，在示波管中，阴极K经灯丝加热放射电子，第一阳极A1加速电子，使电子束通过栅极g它们之间的空间便产生电场，这个电场的曲度像一面透镜，它使由阴极外表不同点发出的电子在栅极前方会聚，形成一个电子聚焦点。由第一阳极和其次阳极组成的电聚焦系统，就把上述聚焦点成像在示波管的荧光屏上。由于该系统与凸透镜对光的会聚作用相像，所以通常称之为电子透镜。电子束通过电子透镜能否聚焦在荧光屏上，与第一阳极VA1和其次阳极VA2的单值无关，仅取决于它们之间的比值F。转变第一阳极和其次阳极的电位差，相当于转变电子透镜的焦距，选择适宜VA1与VA2的比值，就可以使电子束的成像点落在示波管的荧光屏上。在实际示波管内，由于其次阳极的构造特点，使之对电子直接起加速作用，所以称为加速VA1与VA2又称聚焦极。转变VA2也能转变比值F，故其次阳极又能起TKe-1【试验内容】1．电子束电偏转灵敏度测量电偏转试验用来验证电子束在固定加速电压Va下，电偏移量D与偏转电压VdD-Vd在x/YVas连接线路：按图3-14-3连线。3-14-3开启电源，调整“衰减”至“1000”档，Y增益调xx增益调至最小。亮度调整：调整栅极电压Vg〔既辉度旋钮，将辉度掌握在适当位置；调整聚焦电压旋钮，使荧光屏上光点聚成一细点，光点不行太亮，以免烧坏荧光屏。光点调整：假设光点不在荧光屏坐标原点，可调整Vx和VY〔xY标原点。测量加速电压Va：电压表量程至2023V档，将电压表负极与“gnD”连接，正极分别与栅极g和其次阳极A2Vg和VA2Va?VA2?Vg。VaY记录下不同偏转电压Vdy的数值及对应的电偏移量Dy。Dy值可在屏前坐标系中读出。绘制Dy?Vdy〔7〕同理测量Dx?Vdx。转变VaD-Vd2次，验证上述结论。数据表格一：Y偏转灵敏度sy?DyVdy数据表格二：x偏转灵敏度sx?2．观看电子束的电聚焦现象DxVdx电聚焦试验目的是观看加速电压VaVA1〔A1K〕Vg〔栅极g对阴极K之间的电压〕影响，进一步加深对电聚焦原理的生疏，通过转变第一阳极电压VA1来调整电子透镜焦距从而到达聚焦的目的。按图3-14-4〔1〕调聚焦电压：调整聚焦电压旋钮，同时调整栅压旋钮，使光点会聚最正确，VA1u3-14-4和栅压Vg值，并记录；转变栅压Vg，重调整聚焦电压VA1，并记录多组对应数据。〔2〕测截止栅压Vg值：设定好加速电压Va，及聚焦电压VA1，调整栅压旋钮，使光点在荧光屏上刚好消逝