電子束示波器綜合實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、電子束示波器綜合實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一 電子束的控制、加速與靜電聚焦截面細(xì)窄的電子流稱為電子束。產(chǎn)生電子束的器件一般均為要求有10-6mmHg以上的真空，以免電子與空氣分子碰撞而散射.產(chǎn)生電子束的器件稱為陰極射線管，簡(jiǎn)寫為CRT?，F(xiàn)代電子發(fā)射技術(shù)和高真空技術(shù)制造了各種CRT器件，例如電視顯像管、雷達(dá)掃描顯示屏、示波管等。以這種真空器件為核心，配合各種電子電路組成一系列示波、圖像顯示設(shè)備。學(xué)習(xí)掌握電子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及實(shí)驗(yàn)方法是今后學(xué)習(xí)示波電測(cè)技術(shù)必備的基礎(chǔ)。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.觀察電子束的控制、加速觀像，測(cè)量不同加速電壓下電子束的截止電壓。2.學(xué)習(xí)電子槍的結(jié)構(gòu)，了解各極電壓及電壓分配情況。

2、實(shí)測(cè)各極電壓。3.觀察聚焦電壓V1和輔助聚焦V2對(duì)靜電場(chǎng)聚焦的影響，實(shí)測(cè)不同加速電壓下的聚焦、輔助聚焦電壓?！緝x器設(shè)備】WS-JD-DZS型 電子束示波器綜合實(shí)驗(yàn)儀、數(shù)字萬(wàn)用表【實(shí)驗(yàn)原理】一、 示波管簡(jiǎn)介示波管分為電子槍、偏轉(zhuǎn)板和熒光屏三部份（見圖1-1）1.電子槍：由加熱電極（燈絲極）F、陰極K、柵極（調(diào)制極）G、加速電極 A2 1 / 23第一陽(yáng)極A1（聚焦極）和第二陽(yáng)極A2（輔助聚焦極）組成。A2與A2內(nèi)部相連。2.偏轉(zhuǎn)板：DX水平偏轉(zhuǎn)X、X一對(duì)；DY垂直偏轉(zhuǎn)Y、Y一對(duì)；3.熒光屏：是在示波管玻璃屏內(nèi)表面涂敷熒光物質(zhì)膜層構(gòu)成；外部用玻璃封裝，抽真空并加有吸氣劑。本實(shí)驗(yàn)所用示波管為8SJ3

3、1J型。燈絲F（加熱電極）通以電流后發(fā)熱（電壓6.3V），用于加熱陰極K。陰極是一個(gè)表面涂有氧化物（鋇、鍶的氧化物）的金屬圓筒，經(jīng)燈絲加熱后，溫度上升，一部分電子脫離圓筒表面，變成自由電子發(fā)射，自由電子在外電場(chǎng)作用下形成電子流。柵極G為頂端帶孔（Ø1mm）的圓筒，套裝在陰極之外，其電位調(diào)在比陰極低的水平上，對(duì)陰極發(fā)射電子起控制作用。調(diào)節(jié)柵極電位能控制射向熒光屏的電子流密度。電子流密度大，電子轟擊熒光屏的總功率大，熒光屏上的光點(diǎn)被激發(fā)就越亮。當(dāng)柵極電位調(diào)到相對(duì)陰極足夠負(fù)時(shí)，將沒有電子轟擊熒光屏，則屏上光點(diǎn)消失。此時(shí)柵極陰極間的電位差稱作調(diào)制極截止電壓，8SJ31J截止電壓為-3570V

4、。調(diào)節(jié)柵極和陰極間電壓可控制屏上光點(diǎn)亮度，這就是亮度調(diào)節(jié)。為了使電子束獲得較大能量轟擊熒光屏發(fā)光，在柵極之后裝有加速電極A2，其電壓比陰極高1000V左右，A2是一長(zhǎng)金屬圓筒，筒內(nèi)有一對(duì)同軸中心孔金屬片，用于截獲離開軸線的電子，使電子束有較細(xì)截面。加速極后面是第一陽(yáng)極A1和第二陽(yáng)極A2（A2與A2相連接）第一陽(yáng)極電壓一般為幾百伏，與A2、A2一樣也是中間有小孔的園板，A2、A1、A2三極形成的電場(chǎng)除加速作用外，還起著會(huì)聚作用，使電子束會(huì)聚成很細(xì)一束，這種作用稱為聚焦，改變A1第一陽(yáng)極電壓可改變A2、A1X、A1、A2間電場(chǎng)分布，將影響會(huì)聚，所以A1稱為聚焦極。A1電壓調(diào)節(jié)稱為聚焦調(diào)節(jié)。A2、A

5、2電壓也影響會(huì)聚，調(diào)節(jié)A2電壓的電位器稱為輔助聚焦調(diào)節(jié)。為了使電子束能夠打到熒光屏上任何部位，必須使從陰極到屏電子束運(yùn)動(dòng)的軌跡能按要求改變，這種運(yùn)動(dòng)軌跡的變化，我們稱為“偏轉(zhuǎn)”。電子束的偏轉(zhuǎn)可以用靜電場(chǎng)，也可用磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)，一般示波管采用靜電場(chǎng)的辦法使電子束偏轉(zhuǎn)，稱為靜電偏轉(zhuǎn)。靜電場(chǎng)由兩對(duì)互相垂直的偏轉(zhuǎn)板提供。其中一對(duì)能使電子束在X方向偏轉(zhuǎn)，稱為X向偏轉(zhuǎn)板DX（或水平偏轉(zhuǎn)板）；另一對(duì)能使電子束在Y方向偏轉(zhuǎn)，稱Y向偏轉(zhuǎn)板DY（或垂直偏轉(zhuǎn)板）。二、電子束的電聚焦原理電子束在非均勻靜電場(chǎng)中傳播，遵從的規(guī)律與光線在幾種折射率不同的透明媒質(zhì)中傳播時(shí)遵從的規(guī)律從形式上極相似。在示波管中，陰極發(fā)出的電子流處與

6、加速電場(chǎng)中，這個(gè)電場(chǎng)從加速極（A3 / 232）經(jīng)過柵極（G）到陰極（K）表面。（見圖），這個(gè)電場(chǎng)使從陰極表面不同點(diǎn)發(fā)出的電子向柵極方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，在柵極出口前會(huì)聚，形成一個(gè)電子束交叉點(diǎn)F1，由加速極第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極所組成的電聚焦系統(tǒng)，把交叉點(diǎn)F1成像在示波管的熒屏上，呈現(xiàn)直徑足夠小的光點(diǎn)F2，這與凸透鏡對(duì)光會(huì)聚成像作用相似，稱之為電子透鏡。實(shí)驗(yàn)中用8SJ31J示波管，加速電極A2為一圓筒，第一陽(yáng)極A1和第二陽(yáng)極A2為兩膜片，VA2>VA1<VA2屬低電勢(shì)，電子在A1區(qū)域運(yùn)動(dòng)速度小，會(huì)聚作用時(shí)間長(zhǎng)，合成的電子透鏡仍然具有會(huì)聚性。改變各電極之間的電勢(shì)差，特別改變VA1，相當(dāng)改變電子透鏡

7、的焦距?？墒闺娮邮臅?huì)聚點(diǎn)正好落在熒光屏內(nèi)表面，這是電子射線電聚焦原理?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】準(zhǔn)備：一、 在“電子槍”工作區(qū)中，給電子槍各極通過連線供電： 燈絲F 供6.3V。通過燈絲給陰極加熱； 柵極G 供VG: VG可調(diào)，是電子束控制電壓、即亮度調(diào)節(jié)； 逆時(shí)針旋到底（最負(fù)、關(guān)閉） 陰極K 供VK: VK可調(diào)，是輸入負(fù)高壓大小的調(diào)節(jié)； 居中 聚焦極A1供V1: V1可調(diào)，是聚焦調(diào)節(jié)旋鈕； 居中 輔助聚焦極A2供V2: V2可調(diào)，是輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕。 居中二、在“偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)”工作區(qū)中，給偏轉(zhuǎn)板通過連接線供電水平偏轉(zhuǎn)板DX:水平偏轉(zhuǎn)板X供VX； VX可調(diào)，由VX調(diào)節(jié)電位器調(diào)整。 居中水平偏轉(zhuǎn)板X供VX； V

8、X可調(diào)，由X調(diào)零電位器調(diào)整。 居中垂直偏轉(zhuǎn)板DY:垂直偏轉(zhuǎn)板Y供VY； VY可調(diào), 由VY調(diào)節(jié)電位器調(diào)整。 居中垂直偏轉(zhuǎn)板Y 供VY； VY 可調(diào)，由Y調(diào)零電位器調(diào)整。 居中三、在“功能轉(zhuǎn)換”工作區(qū)中，提起紅色按鍵鈕，使處于“電子束”工作狀態(tài)。四、在“數(shù)顯高壓表”工作區(qū)中，插好紅（）、黑（）表筆。3 / 23五、在機(jī)箱背后插上電源線(AC220V)，經(jīng)教師插檢無誤后，打開電源開關(guān)（電源指示燈亮），預(yù)熱兩分鐘順時(shí)針調(diào)節(jié)亮度旋鈕，使屏中光斑亮度適中。六、調(diào)節(jié)Y、X偏轉(zhuǎn)板對(duì)地電位VY=0,VX=0;再微調(diào)Y、X調(diào)零電位器，使光斑處于熒光屏中央。七、調(diào)節(jié)聚焦電位器、輔助聚焦電位器（注意光斑變小后亮度會(huì)

9、增加，避免燒壞熒光粉，應(yīng)隨時(shí)調(diào)低亮度）使光斑小而園。八、“電子束加速高壓”可調(diào)范圍及“聚焦”調(diào)節(jié)范圍的測(cè)量： 最高電子束加速電壓：“亮度”左旋到頭（最暗）（順時(shí)針旋到頭）“高壓調(diào)節(jié)”右旋到頭（最高）（順時(shí)針旋到頭）“輔助聚焦”右旋到頭（最高）（逆時(shí)針旋到頭）最低電子束加速電壓：“亮度” 右旋到頭（最亮）（逆時(shí)針旋到頭）“高壓調(diào)節(jié)”左旋到頭（最低）（逆時(shí)針旋到頭）“輔助聚焦”左旋到頭（最低）（順時(shí)針旋到頭）項(xiàng)目 條件VKV2 (V)V1V2 (V)maxminUK2maxUK2min范圍：UK2maxUK2min （V）UK2max時(shí)： U12= (V)UK2min時(shí)： U12= (V)九、“電

10、子束”截止電壓的測(cè)量： 電子束最大截止負(fù)壓：“高壓調(diào)節(jié)”右旋到頭（最高）（順時(shí)針旋到頭）“輔助聚焦” 右旋到頭（最高）（逆時(shí)針旋到頭）“亮度”調(diào)到光斑剛消失（截止）（順時(shí)針旋） 電子束最小截止負(fù)壓：“高壓調(diào)節(jié)”左旋到頭（最低）（逆時(shí)針旋到頭）“輔助聚焦”左旋到頭（最低）（順時(shí)針旋到頭）“亮度”調(diào)節(jié)到光斑剛消失（截止）（順時(shí)針旋） 項(xiàng)目條件UGUKUGK max4 / 23UGK min本機(jī)調(diào)制極截止電壓范圍：_V _ V 8SJ31J示波管制作中的離散性決定了每個(gè)管子截止電壓范圍不盡相同，典型數(shù)據(jù)為：-35V-70V.十、電子束陰極電流的測(cè)量：摘掉“陰極KVK”連線，串入數(shù)字萬(wàn)用表直流20mA

11、量程。（注意安全，應(yīng)在斷電狀態(tài)下操作。經(jīng)老師檢查無誤后送電） 本機(jī)最大陰極電流范圍：“高壓調(diào)節(jié)”右旋到頭（最大）（順時(shí)針旋到頭）“輔助聚焦”右旋到頭（最大）（逆時(shí)針旋到頭）“亮度”左、右旋到頭（最大范圍）（左右旋） 本機(jī)最小陰極電流范圍：“高壓調(diào)節(jié)”左旋到頭（最?。鏁r(shí)針旋到頭）“輔助聚焦”左旋到頭（最?。槙r(shí)針旋到頭）“亮度”左、右旋到頭（最小范圍）（左右旋） 參數(shù)條件IK (mA)IK max0IK min0十一、調(diào)節(jié)電子槍處于最佳工作狀態(tài)，實(shí)測(cè)各極參數(shù)（以地為參考點(diǎn)）參數(shù)條件VKVGV2V1VYVX VY VXVFF高壓調(diào)節(jié)居中VFF為示波器燈絲電壓，用數(shù)字表交流電壓量程測(cè)量?？偨Y(jié)：

12、VK、VG、V1、V2的關(guān)系思考題：5 / 23 你能依據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出示波管在高壓最高時(shí)和最低時(shí)的管內(nèi)阻嗎？ 什么是參考點(diǎn)？什么是電位？什么是電壓？6 / 23實(shí)驗(yàn)二 電子束的偏轉(zhuǎn)研究許多近代檢測(cè)儀器都是利用帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)而成的，例如，示波器、電視機(jī)、粒子加速器、質(zhì)譜儀等。今天，電子技術(shù)的應(yīng)用已深入到了各個(gè)領(lǐng)域，因此了解和認(rèn)識(shí)帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律已成為學(xué)習(xí)和掌握近代科學(xué)技術(shù)必不可少的基礎(chǔ)知識(shí)。本實(shí)驗(yàn)主要研究電子在橫向電場(chǎng)和橫向磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律，實(shí)驗(yàn)中電子的行為同經(jīng)典粒子一樣，它們遵從牛頓運(yùn)動(dòng)定律。也就是說，我們討論的電子的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速(3.00×

13、108m/s)，因此不需做相對(duì)論修正，電子運(yùn)動(dòng)的空間范圍也遠(yuǎn)大于原子的線度(10-8m)，因此也不必考慮量子效應(yīng)。一、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1)研究電子在橫向電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。(2)研究電子在橫向磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。二、【實(shí)驗(yàn)原理】1示波管實(shí)驗(yàn)中用到的主要儀器是示波管，圖1是示波管的結(jié)構(gòu)原理圖。它包括有：(1)一個(gè)電子槍，它發(fā)射電子，把這些電子加速到一定的速度并聚焦成電子束。 (2)一個(gè)由兩對(duì)金屬板組成的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，分別叫做x偏轉(zhuǎn)板和y偏轉(zhuǎn)板。(3)一個(gè)在管子末端的熒光屏，在電子的轟擊下可發(fā)出可見光，用來顯示電子束的轟擊點(diǎn)。電子槍的結(jié)構(gòu)如圖2所示，自左至右分別是燈絲、陰極K、控制柵極G、第二柵極加速極A&

14、#180;2、第一陽(yáng)極A1，和第二陽(yáng)極A2。陰極表面涂有鍶和鋇的氧化物，陰極通過燈絲加熱至1200K時(shí)將會(huì)在其表面逸出自由電子(熱電子)?？刂茤艠OG的工作電位低于陰極約3570V，只有那些能量足以克服這一電位產(chǎn)生的電場(chǎng)作用的電子才能穿過控制柵極。因此，改變這個(gè)電位，便可以限制通過柵極的電子數(shù)量，即控制電子束的強(qiáng)度或屏上光點(diǎn)的亮度。第二柵極8 / 23A´2和第二陽(yáng)極A2相連，它們對(duì)陰極的電位約為+1kV左右，用于加速陰極發(fā)出的電子。第一陽(yáng)極A1位于A´2和A2之間，它的工作電位V1低于A´2和A2的工作電位V2，A1與A´2、A1與A2間的電場(chǎng)構(gòu)成電子透

15、鏡，它的作用是把從控制柵極G發(fā)射出來的不同方向的電子聚集，選取適當(dāng)?shù)腣1、V2值，使從控制柵極G發(fā)射出來的不同方向的電子在熒光屏上聚集成一個(gè)小點(diǎn)。通常將V2固定，通過改變V1實(shí)現(xiàn)聚集，所以A1電極被稱為聚焦電極，電子槍內(nèi)部各電極電位的高低順序如下： 偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓為偏轉(zhuǎn)電壓，當(dāng)電子束經(jīng)過兩板間時(shí)便會(huì)在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用下發(fā)生電偏轉(zhuǎn)。電子槍的各電極均由金屬鎳材料制成，它既能屏蔽電場(chǎng)，又能屏蔽磁場(chǎng)。 2電致偏轉(zhuǎn)從陰極發(fā)射出來的電子，在第二陽(yáng)極A2射出時(shí)在z方向具有速度z，z值取決于陰極K和第二陽(yáng)極之間的電位差V2。如果電子逸出陰極時(shí)的初始動(dòng)能可以忽略不計(jì)，那么電子從第二陽(yáng)極A2射出時(shí)的動(dòng)能 就由下

16、式確定：（1.1）下面討論電子通過偏轉(zhuǎn)板的行為，見圖2。進(jìn)入偏轉(zhuǎn)板的電子，在y方向作初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)。設(shè)偏轉(zhuǎn)板上所加電壓為Vy、板長(zhǎng)為、板間距為d、板間場(chǎng)強(qiáng)為Ey、板右端至屏的距離為L(zhǎng)，則式中t電子通過的時(shí)間， t /z。于是，電子在離開偏轉(zhuǎn)板的時(shí)刻，y方向的速度為8 / 23（1.2）此刻電子的運(yùn)動(dòng)軌道與z方向的夾角為考慮到（1.1）式，則（1.3）電子到屏上時(shí)，在y方向偏移量為（1.4） 上述結(jié)果表明，光點(diǎn)在屏上的偏移正比于偏轉(zhuǎn)板上所加電壓，反比于加速電壓。這里要指出，如果仔細(xì)考慮偏轉(zhuǎn)板的結(jié)構(gòu)與電子的運(yùn)動(dòng)情況，可以證明，在計(jì)算中，上式中的L取為偏轉(zhuǎn)板中心至屏的距離更為準(zhǔn)確。 3磁致偏轉(zhuǎn)

17、本節(jié)只討論電子束在橫向磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)。圖4示出了電子在磁場(chǎng)中及離開磁場(chǎng)后的運(yùn)動(dòng)情況，是磁場(chǎng)范圍，L是磁場(chǎng)右邊緣至熒光屏的距離。設(shè)電子以速度z垂直射人一均勻磁場(chǎng)中，由于電子運(yùn)動(dòng)的方向始終垂直于磁場(chǎng)，所以電子所受洛侖茲力的大小為此時(shí)，電子沿圓弧軌道運(yùn)動(dòng)，其半徑尺月R從關(guān)系式9 / 23（1.6）假設(shè)磁場(chǎng)引起的偏轉(zhuǎn)角很小，則有sin，cos12/2。由圖4可見，在電子離開磁場(chǎng)區(qū)的時(shí)刻，電子軌道的切線與原入射方向間的夾角（1.7）電子離開磁場(chǎng)時(shí)刻，橫向偏轉(zhuǎn) （1.8）電子到達(dá)屏上引起光點(diǎn)的橫向偏轉(zhuǎn)量 DLtan+L+ （1.9）將（1.7）式與（1.8）式代入（1.9）式，得 （1.10）考慮到加速電壓

18、V2和電子速度的關(guān)系,由（圖1.1）式，得（1.11）上式表明，磁場(chǎng)引起的橫偏移量與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，與加速電壓的平方根成反比。式中的磁場(chǎng)可以是電流的磁場(chǎng)，也可以是地磁場(chǎng)。三、【實(shí)驗(yàn)儀器】WS-JD-DZS電子束示波器綜合實(shí)驗(yàn)儀、直流穩(wěn)壓電源、低壓電表、直流毫安表。四、【預(yù)習(xí)要求】(1)了解示波管的結(jié)構(gòu)，正常工作條件下各電極電壓的大小及順序關(guān)系。(2)了解電致偏轉(zhuǎn)時(shí)光點(diǎn)的移動(dòng)與偏轉(zhuǎn)電壓V、加速電壓V2、偏轉(zhuǎn)板的幾何尺寸、d的關(guān)系。(3)磁致偏轉(zhuǎn)與磁感應(yīng)強(qiáng)度、加速電壓有何關(guān)系?(4)什么是V2的大值和小值?一般相差多少?怎樣測(cè)量?(5)為什么實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行V2大和V2小、兩組測(cè)量?10 / 23(

19、6)Vx和Vy怎樣測(cè)量，怎樣把它們置零?五、【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1準(zhǔn)備(開機(jī)找光點(diǎn))(1)接通電子和場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀的電源開關(guān)。(2)觀察示波管熒光屏上有無光點(diǎn)，若無，則先把改變偏轉(zhuǎn)電壓Vx和Vyx的旋鈕置中間位置，再把X、Y調(diào)零旋鈕置中間位置(中間位置即該旋鈕左右旋到頭之一半位置)，然后調(diào)節(jié)柵極電壓，直到光點(diǎn)出現(xiàn)。 (3)調(diào)柵極電壓，使光點(diǎn)亮度適中，調(diào)聚焦電壓使電子束聚焦(光點(diǎn)最小)，光點(diǎn)越小越好定位，偏暗一點(diǎn)較適合觀察。2電致偏轉(zhuǎn)(1)將高壓表接到儀器面板上的K和V2兩點(diǎn)(K為陰極電位測(cè)點(diǎn)，約為1kV左右,V2為第二陽(yáng)極電位檢測(cè)點(diǎn))，改變陰極電位使加速電壓為一較大值(注意需預(yù)留一小于100V以上的較小值)

20、即V2大。若此時(shí)光點(diǎn)的聚焦和亮度發(fā)生了改變，則需重新調(diào)好。(2)將偏轉(zhuǎn)電壓Vx和Vy，置零，然后用X、Y調(diào)零旋鈕將光點(diǎn)調(diào)至屏的中心(偏轉(zhuǎn)電壓調(diào)零和測(cè)偏轉(zhuǎn)電壓均需把低電表的一支表筆接到V2點(diǎn)(電位為0)，另一支表筆接到Vx和Vy的測(cè)量點(diǎn)上，偏轉(zhuǎn)電壓(Vd)的變化范圍是65V+65V，測(cè)量時(shí)應(yīng)隨時(shí)根據(jù)所測(cè)電壓的正負(fù)而交換兩表筆)。(3)當(dāng)確定了電致偏轉(zhuǎn)的方向后，用調(diào)該方向偏轉(zhuǎn)電壓的調(diào)節(jié)旋鈕將光點(diǎn)調(diào)至測(cè)量的起點(diǎn)（一般選在網(wǎng)格的左端，或上端處），測(cè)出其偏轉(zhuǎn)電壓（通常為一負(fù)值），然后改變偏轉(zhuǎn)電壓，待光點(diǎn)每改變一格，測(cè)一次偏轉(zhuǎn)電壓值（V d）至光點(diǎn)偏至20格為止，并將它們逐一記錄在表1中。(4)重新把高壓

21、表接人K、V2兩點(diǎn)，改變陰極電位使加速電壓為一較小值(V2小和V2大應(yīng)相差100V以上)，重復(fù)以上步驟，完成電致偏轉(zhuǎn)的第二組測(cè)量。11 / 23表1 數(shù) 據(jù) 表注：V d是偏轉(zhuǎn)電壓，它是X或Y偏轉(zhuǎn)板相對(duì)于V2的電壓 V d 是兩極板的電壓，比如 x和x 之間的電壓3磁致偏轉(zhuǎn)(1)重復(fù)電致偏轉(zhuǎn)步驟(1)，測(cè)V2大。(2)重復(fù)電致偏轉(zhuǎn)步驟(2)，將Vx、Vy調(diào)零，然后將光點(diǎn)用X、Y零旋鈕調(diào)至屏(3)接通磁場(chǎng)線圈的供電電路，逐漸增大線圈電流Is，觀察光點(diǎn)偏轉(zhuǎn)的方向后將Is調(diào)回零。(4)根據(jù)光點(diǎn)的偏移方向用Y置零旋鈕把光點(diǎn)調(diào)至測(cè)量起點(diǎn)(屏的上方或下方)，然后逐步增大Is，待光點(diǎn)每移兩格記下相應(yīng)的Is值

22、到光點(diǎn)到8格為止，把相應(yīng)的D和Is值記人表2中。(5)取V2為一較小值V2小，重復(fù)以上步驟，完成磁致偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的第二組測(cè)量并填人表2中。表2 數(shù) 據(jù) 表 12 / 23六、【注意事項(xiàng)】(1)操作時(shí)謹(jǐn)防觸電，示波管的陰極和柵極電位約為1000多伏的負(fù)電壓。(2)高壓表用于測(cè)量加速電壓等高電壓，其量程為1500V，低壓表用于測(cè)偏轉(zhuǎn)電壓，實(shí)驗(yàn)中宜選用100V量程，用低壓表測(cè)高電壓會(huì)損壞電表。七、【實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求】(1) 畫DVd和D·V2-Vd曲線。繪曲線時(shí)要注意：以Vd為橫坐標(biāo)；若D=0.0時(shí)的偏轉(zhuǎn)電壓Vd´(0.0)不為零，則在畫曲線之前應(yīng)先進(jìn)行坐標(biāo)變換，設(shè)Vd´為測(cè)量

23、數(shù)據(jù)，則變換公式為Vd(i)= Vd´(i)- Vd´(0.0)(2) 分析以上曲線，從中歸納出電子在橫向電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律來。(3)(4)分析上圖，總結(jié)出磁致偏轉(zhuǎn)的規(guī)律來。八、【思考題】 (1)示波管的水平靈敏度(單位電壓引起光點(diǎn)的偏移量)與垂直靈敏度是否相同，在做電致偏轉(zhuǎn)的V2大和V2小兩次測(cè)量時(shí)，一次用x方向，另一次用y方向可以嗎?為什么? (2)磁致偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中，地磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響嗎?如果有，能否消除或?qū)⑵溆绊憸p至最小? (3)實(shí)驗(yàn)中，我們將第二陽(yáng)極電位取為零，現(xiàn)在假定它不為零，能否對(duì)電子束聚焦，為什么? (4)倘若電子槍產(chǎn)生的電子束是由帶正電荷的粒子構(gòu)成的，那么示

24、波管中應(yīng)做什么改變?這樣的電子束在電致偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中又會(huì)如何改變? (5)在磁致偏轉(zhuǎn)中，如果除磁場(chǎng)外，還在一對(duì)偏轉(zhuǎn)板上加以電壓，兩種偏轉(zhuǎn)就能相互抵消。應(yīng)該用哪一對(duì)偏轉(zhuǎn)板?假設(shè)此時(shí)兩種偏轉(zhuǎn)已相互抵消，然后再增加加速電壓V2，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?13 / 2314 / 23實(shí)驗(yàn)三 電子束的磁聚焦及電子荷值比的測(cè)定電子束的磁聚焦是運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極其重要的物理現(xiàn)象。對(duì)該現(xiàn)象的觀察和研究，有助于我們對(duì)許多利用磁透鏡組成的現(xiàn)代分析儀器的原理和應(yīng)用的理解；還可利用該現(xiàn)象獲得電子荷值比，以便加深對(duì)電子性質(zhì)的認(rèn)識(shí)?！绢A(yù)習(xí)提要】 (1)認(rèn)真閱讀電子束實(shí)驗(yàn)儀說明書，了解其結(jié)構(gòu)、原理和使用方法。 (2)什么

25、是電子束的磁聚焦現(xiàn)象，怎樣解釋? (3)測(cè)電子荷值比試驗(yàn)時(shí)，所說的第一次、第二次、第三次磁聚焦的含義是什么?各次聚焦的勵(lì)磁電流量值間有何關(guān)系?【實(shí)驗(yàn)要求】 (1)研究示波管內(nèi)電子束在磁場(chǎng)中的螺旋運(yùn)動(dòng)。 (2)了解電子束的縱向磁場(chǎng)聚集原理及現(xiàn)象?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?用縱向磁場(chǎng)聚焦法測(cè)電子荷值比?！緦?shí)驗(yàn)儀器】 電子束示波器綜合實(shí)驗(yàn)儀 WS-JD-DZS(含全套導(dǎo)連線) 【實(shí)驗(yàn)原理】 若將示波管的加速電極第一陽(yáng)極A1連在一起，并相對(duì)于陰極K加一電壓V2(即加速電壓)，這樣，電子一進(jìn)入加速電極就在零電場(chǎng)中作勻速運(yùn)動(dòng)。這時(shí)來自電子束交叉點(diǎn)F1(見圖1)發(fā)散的電子束將不再會(huì)聚，而在熒光屏上形成一個(gè)光斑。為了能使

26、電子束聚焦，可在示波管外套一螺線管，并通以電流，使在電子束前進(jìn)的方向產(chǎn)生一均勻磁場(chǎng)B。在我們所用的示波管中，柵極和加速電極很靠近，只有18mm左右，因此，可以認(rèn)為離開電子束交叉點(diǎn)F16 / 231后電子立即進(jìn)入電場(chǎng)為零的均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。對(duì)于均勻磁場(chǎng)B(電場(chǎng)為零)中以速度運(yùn)動(dòng)的電子，將受到洛侖茲力F的作用，即Fe×B (1)當(dāng)和B同向時(shí)，力F等于零，電子的運(yùn)動(dòng)不受磁場(chǎng)的影響。當(dāng)和B垂直時(shí)，力F垂直于速度和B，電子在垂直于B的平面內(nèi)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，維持電子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的力就是洛侖茲力，即 (2) 或式中，R為電子軌道半徑。 電子旋轉(zhuǎn)周期T為 （3）由式(3)可見：周期T與電子速度無關(guān)，

27、即在同一磁場(chǎng)強(qiáng)度下，不同速度的電子繞圓一周所需的時(shí)間是相同的。只是速度越大的電子所繞的圓周的半徑也越大。這一結(jié)論很重要，它是磁聚焦的理論根據(jù)。 在一般情況下，電子的速度和磁場(chǎng)B間成一角度，這時(shí)可將分解為與B平行的軸向速度 和與B垂直的徑向速度 兩部分，如圖1所示,且 保持不變，即電子沿管軸方向作勻速運(yùn)動(dòng)。 由于 的存在，電子受到洛侖茲力作用，又要繞軸作圓周運(yùn)動(dòng)，則合成的電子運(yùn)動(dòng)的軌跡將為一條螺旋線，如圖3所示。其螺距為16 / 23 （4）由此可見，從同一個(gè)電子束交叉點(diǎn)F1出發(fā)的每個(gè)電子，雖然徑向速度 各不相同，以及所走的螺旋軌道半徑也各不相同，但只要軸向速度 相等，并選擇合適的軸向速度 和磁

28、場(chǎng)B(改變 的大小可通過調(diào)節(jié)加速電極的電壓U2來達(dá)到；改變B的大小可調(diào)節(jié)產(chǎn)生磁場(chǎng)B的螺線管中的勵(lì)磁電流I來達(dá)到)的大小，使電子在經(jīng)過(從電子束交叉點(diǎn)F1到熒光屏的距離)長(zhǎng)的路程正好為整數(shù)個(gè)螺距h，這時(shí)電子束又將在熒光屏上會(huì)聚成一點(diǎn)，顯示為一亮點(diǎn)，這就是電子射線的縱向磁場(chǎng)聚焦原理。下面介紹用電子束的縱向磁場(chǎng)聚焦法測(cè)電子荷值比。從前面的討論我們知道，電子的軸向速度 應(yīng)是由加速電壓U2決定（因?yàn)殡娮与x開陰極時(shí)的初速相對(duì)來說很小，可以忽略），故有所以 可見電子在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，具有相同的軸向速度，但由于角不同，徑向速度將不同。因此它們將作半徑不同、螺距相同的螺旋線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間T后，在的地方聚焦。調(diào)

29、節(jié)磁場(chǎng)B的大小，使螺距正好等于電子束交叉點(diǎn)F1到熒光屏之間的距離，這時(shí)熒光屏上的光斑就聚焦成一個(gè)小亮點(diǎn)。由于故電子荷值比為 （5）嚴(yán)格的說，螺線管的磁場(chǎng)應(yīng)按多層密繞螺線管的磁場(chǎng)公式計(jì)算。但為簡(jiǎn)單起見，仍用薄螺線管公式計(jì)算，即有 （6）式中,04×107N/A2(真空中的磁導(dǎo)率)；n為螺線管單位長(zhǎng)度線圈匝數(shù)。 設(shè)螺線管的長(zhǎng)度為A，螺線管的平均直徑為D，并認(rèn)為電子束聚焦磁場(chǎng)均勻，且都與螺線管軸線中點(diǎn)M的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等，則式(6)可簡(jiǎn)化為(見圖3)。17 / 23（7） 設(shè)螺線管的線圈總匝數(shù)為N，則得實(shí)驗(yàn)計(jì)算電子荷值比公式為 （8） 8SJ31J示波管陰極到熒光屏的距離、A、D、N等各值由實(shí)

30、驗(yàn)室給出。實(shí)驗(yàn)時(shí)保持U2一定，測(cè)得聚焦電流I，即可由式(8)計(jì)算電子比荷實(shí)驗(yàn)值?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】 (1)觀察電子束磁聚焦現(xiàn)象。 (2)測(cè)電子比荷實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)化電路如圖4所示。測(cè)量前應(yīng)搞清此電路。 由于示波管加速電極A2、第一陽(yáng)極A1連在一起、偏轉(zhuǎn)電極Y和X已全部連在一起接地，這時(shí)電子一進(jìn)入加速電極就在零電場(chǎng)中作勻速運(yùn)動(dòng)。因此，來自電子束交叉點(diǎn)F1發(fā)散的電子束將不再會(huì)聚，而是在熒光屏上形成一個(gè)光斑。為了使電子束聚焦，將螺線管接上電源，即加上均勻磁場(chǎng)B，再調(diào)節(jié)螺線管中的勵(lì)磁電流I，即可觀察到磁聚焦現(xiàn)象(屏上的光斑逐漸會(huì)聚成小的光點(diǎn))。繼續(xù)增加電流，以增加螺線管中磁場(chǎng)B，這時(shí)將觀察到第二次聚焦、第三次聚焦。試用前面討論過的理論解釋觀察到的現(xiàn)象。因電子束在做螺旋運(yùn)動(dòng)中會(huì)碰到周圍電極，應(yīng)給X、Y供調(diào)零電壓V X、VY將光斑調(diào)在能看到三次聚焦的相限位置。（多數(shù)為三、四相限）18 / 23 電子比荷的測(cè)定宜選擇加速電壓(用圖4電路)U21100V、1000V、900V記下第一次、第二次、第三次聚焦時(shí)的勵(lì)磁電流I1、 I2、I3，并重復(fù)多測(cè)幾次求其平均值，數(shù)據(jù)記錄于表1中?！緮?shù)據(jù)處理】 表1 測(cè)量電子比荷數(shù)據(jù)表加速極電壓U2（V）次數(shù)第一次