電子束偏轉及聚焦實驗報告計劃

1、電子束偏轉及聚焦實驗報告計劃南昌大學物理實驗報告課程名稱：一般物理實驗（2）實驗名稱：電子束的偏轉與聚焦學院：專業(yè)班級：學生姓名：學號：實驗地點：座位號：實驗時間：電子束偏轉及聚焦實驗報告計劃一、實驗目的：1、認識示波管的結構和工作原理。2、定量分析電子束在勻強電場作用下的偏轉狀況和在均勻磁場作用下的偏轉狀況。3、學會規(guī)范使用數(shù)字多用表。4、學會磁聚焦法丈量電子比荷的方法。二、實驗儀器：EB電子束實驗儀、直流穩(wěn)壓電源30V，2A、數(shù)字多用表。三、實驗原理：1、示波管的結構示波管又稱為陰極射線管，其密封在高真空的玻璃殼之中，它的結構如圖所示，主要包含三個部分：前端為熒光屏，（S，其用來將電子束的

2、動能變?yōu)楣猓?，中間為偏轉系統(tǒng)（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：前加快陽極）。燈絲H用6.3V溝通供電，其作用是將陰極加熱，使陰極發(fā)射電子，電子受陽極的作用而加快。2、電聚焦原理電子射線束的聚焦是電子束管必然解決的問題。在示波管中，陰極被加熱發(fā)射電子，電子受陽極產(chǎn)生的正電場作用而加快運動，同時又受柵極產(chǎn)生的負電場作用只有一部分電子可以經(jīng)過柵極小孔而飛旭日極。柵極G的電壓一般要比陰極K的電壓低20100V,由陰極發(fā)射電子，遇到柵極與陰極間減速電場的作用，初速度小的電子被阻截，而那些初速度大的電子可以經(jīng)過柵極射向熒光屏。所以

3、調理柵極電壓的高低可以控制射向熒光屏的電子數(shù)，進而控制熒光屏上的輝度。當柵極上的電壓負到必然的程度時，可使電子射線截止，輝度為0。加快電極的電壓比陰極電位高幾百伏至上千伏。前加快陽極，聚焦陽極和第電子束偏轉及聚焦實驗報告計劃二陽極是由同軸的金屬圓筒構成。因為各電極上的電壓不同樣，在它們之間形成了曲折的等勢面、電場線。這樣就使電子束的路徑發(fā)生曲折，這近似光芒經(jīng)過透鏡那樣產(chǎn)生了匯聚和發(fā)散，這種電器組合稱為電子透鏡。改變電極間的電壓散布，可以改變等勢面的曲折程度，進而達到電子束的聚焦。3、電偏轉原理在示波管中，電子從被加熱的陰極K逸出后，因為遇到陽極電場的加快作用，使電子獲取沿示波管軸向的動能。電場

4、力做的功eU應等于電子獲取的動能1eUmv2（）21明顯，電子沿Z軸運動的速度vz與第二陽極A2的電壓U2的平方根成正比，即v2eU（）zm22若在電子運動的垂直方向加一橫向電場，電子在該電場作用下將發(fā)生橫向偏轉，如圖2所示。若偏轉板板長為l、偏轉板尾端到屏的距離為L、偏轉電極間距離為d、軸向加快電壓（即第二陽極A2電壓）為U2，橫向偏轉電壓為Ud，則熒光屏上光點的橫向偏轉量D由下式給出：D（LlUdl)（3）2U22d由式（3）可知，當U2不變時，偏轉量D隨Ud的增添而線性增添。所以，依據(jù)屏上光點位移與偏轉電壓的線性關系，可以將示波管做成丈量電壓的工具。若改變加快電壓U2，適合調理U1到最正

5、確聚焦，可以測定D-Ud直線隨U2改變而使斜率改變的狀況。4、磁偏轉原理電子經(jīng)過A2后，若在垂直Z軸的X方向外加一個均勻磁場，那么以速度v飛越子電子在Y方向上也會發(fā)生偏轉，以以下圖。因為電子受洛倫茲力F=eBv作用，F(xiàn)的大小不變，方向與速度方向垂直，所以電子在F的作用下做勻速圓周運動，洛倫茲力就是向心力，即有eBv=mv2/R，所以Rmvz（4）eB電子走開磁場后將沿圓切線方向飛出，直射抵達熒光屏。在偏轉角較小的電子束偏轉及聚焦實驗報告計劃狀況下，近似的有l(wèi)Dtan（5）RL式中，l為磁場寬度，D為電子在熒光屏上亮點的偏轉量（忽視熒光屏的微小曲折），L為從橫向磁場中心到熒光屏的距離。由此可得偏

6、轉量D與外加磁場B、加快電壓U2等的關系為DlBLe（6）2mU2實驗中的外加橫向磁場由一對載流線圈產(chǎn)生，其大小為BK0nI（7）式中，0為真空中的磁導率，n為單位長度線圈的匝數(shù)，I為線圈中的勵磁電流，K為線圈產(chǎn)生磁場公式的修正系數(shù)（0K1）由此可得偏轉量D與勵磁電流I、加快電壓U2等的關系為0e（8）2mU2D與當勵磁電流I（即外加磁場B）確準時，電子束在橫向磁場中的偏轉量加速電壓U的平方根成反比。25、磁聚焦和電子荷質比的丈量原理帶點粒子的電量與質量的比值叫荷質比，是帶電微觀粒子的基本參量之一。測定荷質比的方法好多，本實驗采納磁聚焦法。電子運動方向與磁場平行，故磁場對電子運動不產(chǎn)生影響。電

7、子流的軸線速率為2eU2v/（9）m式中，e，m分別為電子電荷量和質量。若在一對偏轉極板大的交變電壓，則電子流經(jīng)過Y后就獲取一個與管軸垂直重量Y上加一個幅值不v。如暫不考慮電子軸向速度重量v/的影響，則電子在磁場的洛倫茲力F的作用下（該力與v垂直），在垂直于軸線的平面上作圓周運動，即該力起著向心力的作用，v2vF=evB=m/R，由此可獲取電子運動的軌道半徑RBe/m，v越大軌道半電子束偏轉及聚焦實驗報告計劃徑亦越大，電子運動一周所需要的時間（即周期）為T2R2eB（）vm10這說明電子的旋轉周期與軌道半徑及速率v沒關。若再考慮v/的存在，電子的運動軌跡應為一螺旋線。在一個周期內，電子行進距離

8、（稱螺距）為22mU2（11）hv/TeB因為不同樣時辰電子速度的垂直重量v度不同樣，故在磁場的作用下，各電子將沿不同樣半徑的螺線行進。但是，因為他們速度的平行重量v/均同樣，所以電子在做螺線運動時，它們從同一點出發(fā)，只管各個電子的v各不同樣，但經(jīng)過一個周期后，它們又會在距離出發(fā)點相距一個螺距的地方從頭相遇，這就是磁聚焦的基本源理。由式（11）可得em82U2h2B2（12）長直螺線管的磁感性強度B，可以由下式計算：B0NI（13）L2D2將式（13）代入式（12），可得電子荷質比為：em82U2(L2D2)(0NIh)2（14）eU2（15）kmI2式中k82(L2D2)（16）(0Nh)2

9、本實驗使用的電子束實驗儀，108四、實驗內容：（1）開啟電子束實驗儀電源開關電子束偏轉及聚焦實驗報告計劃將“電子束荷質比”選擇開關打向“電子束”地點，面板上全部可調旋鈕都旋至中部，此時在熒光屏上能看到一亮斑。適合調理輝度，并調理聚焦，使屏上光點聚成一圓點。（注：光點不可以太亮，免得燒壞熒光屏）（2）光點調零X軸調理調理“X軸調理”和“X軸調零”旋鈕，使光點位于X軸的中心圓點，且左、右偏轉的最大距離都湊近于滿格。Y軸調理用數(shù)字全能表電壓檔湊近于“Y偏電壓表”+、兩頭，遲緩調理“Y軸調理”旋鈕使數(shù)字全能表讀數(shù)為此后調理“Y軸調零”旋鈕使光點位于Y軸的中心原點。0，（3）丈量隨的變化調理陽極電壓旋鈕

10、，取定陽極電壓，用數(shù)字全能表分別測出時的（垂直電壓）值列表記錄。再取，再測為上述值時的值記錄表中。（4）丈量偏轉量隨磁偏轉電流的變化使亮光點回到Y軸的中心原點，取，用數(shù)字萬用表的檔丈量磁偏轉電流。列表記錄時的磁偏轉電流值，此后改變磁偏轉電流方向，再測時的磁偏轉電流值。再取，重復前面的丈量。（5）電子荷質比的丈量把直流穩(wěn)壓電源的輸出端接到勵磁電流的接線柱上，電流值調到0，將“電子束荷質比”開關置于“荷質比”地點，此時熒光屏上出現(xiàn)一條直線，陽極電壓調到700V。此時若線較暗，則可將“輝度”旋鈕順時針增大至恰好能看清豎直亮線為止；在增大“陽極電壓”至1000V地點。若能達到1000V地點，則可固定“

11、輝度”旋鈕，開始正式丈量。漸漸加大勵磁電流使熒光屏上的直線一邊旋轉一邊縮短，直到變?yōu)橐粋€小亮點，讀取電流值，此后將將電流調回零。再將電流換向開關板到另一方，從頭從零開始增添電流使屏上直線反方向旋轉縮短，直到再獲取一個小亮點，讀取電流值。取其均勻值，以除去地磁等的影響。改變陽極電壓為800V,900V,1000V,重復上述步驟。電子束偏轉及聚焦實驗報告計劃五、實驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析辦理：1、電偏轉7500V151050-5-10-15-20209000V151050-5-10-15-2020繪制圖:當陽極電壓為750V，電偏轉敏捷度；當陽極電壓為900V，電偏轉敏捷度。結論:與電偏轉敏捷度為線性關系，且陽極電壓越高,電偏轉敏捷度越高。2、磁偏轉7500電子束偏轉及聚焦實驗報告計劃V20151050-5-10-15-209000V20151050-5-10-15-20繪制圖：當陽極電壓為750V，電偏轉敏捷度；當陽極電壓為900V，電偏轉敏捷度。結論:與磁偏轉敏捷度為線性關系，且陽極電壓越高,電偏轉敏捷度越低。3、電子比荷（的公認值：）750V800V900V100