(整理)實驗十三電子束線的電偏轉(zhuǎn)與磁偏轉(zhuǎn).

1、精品文檔圖 4-17- 1實驗十三電子束線的電偏轉(zhuǎn)與磁偏轉(zhuǎn)實驗?zāi)康? .研究帶電粒子在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律。2 . 了解電子束線管的結(jié)構(gòu)和原理。實驗儀器SJ SS- 2型電子束實驗儀。實驗原理在大多數(shù)電子束線管中，電子束都在 互相垂直的兩個方向上偏移，以使電子束 能夠到達(dá)電子接受器的任何位置，通常運 用外加電場和磁場的方法實現(xiàn)，如示波管、顯像管等器件就是在這個基礎(chǔ)上運用相同 的原理制成的。1.電偏轉(zhuǎn)原理電偏轉(zhuǎn)原理如圖4171所示。通常 在示波管（又稱電子束線管）的偏轉(zhuǎn)板上 加上偏轉(zhuǎn)電壓 V,當(dāng)加速后的電子以速度 v沿Z方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)板后， 受到偏轉(zhuǎn)電場E （Y軸方向）的作用，使電子的運動軌道發(fā)

2、生偏移。假定偏轉(zhuǎn)電場在偏轉(zhuǎn)板l范圍內(nèi)是均勻的，電子作拋物線運動，在偏轉(zhuǎn)板外，電場為零，電子不受力，作勻速直線運動。在偏 轉(zhuǎn)板之內(nèi)(4 17- 1)式中v為電子初速度，丫為電子束在Y方向的偏轉(zhuǎn)。電子在加速電壓 Va的作用下，加速 電壓對電子所做的功全部轉(zhuǎn)為電子動能，則1 mv2 =eVA。2將E= V/d和v2代入（4-17-1）式，得丫“4VAd電子離開偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)時，電子運動的軌道與Z軸所成的偏轉(zhuǎn)角中的正切為精品文檔(4 17 2).dY tg dZ設(shè)偏轉(zhuǎn)板的中心至熒光屏的距離為tg'S代入（417 2）式，得VIx土 2VAdL,電子在熒光屏上的偏離為S,則VlL2vAd牛頓第二定律得

3、2 v f = evB = m R電子離開磁場區(qū)域與度，由圖4-17-2mvR 二eBZ軸偏斜了 6角 中的幾何關(guān)系得sin :1 -R電子束離開磁場區(qū)域時，距離大小0t是leBmvZ軸的(4-17- 3)由上式可知，熒光屏上電子束的偏轉(zhuǎn)距離S與偏轉(zhuǎn)電壓V成正比，與加速電壓 Va成反比，由于上式中的其它量是與示波管結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)故可寫成S =ke (4 174)Vake為電偏常數(shù)?？梢?，當(dāng)加速電壓Va 一定時，偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)電壓呈線性關(guān)系。為了反映電偏轉(zhuǎn)的靈敏程度，定義S 16 電=S=ke()(4 175)V e Va暹稱為電偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為毫米 /伏。1s電越大，表示電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的靈敏度越

4、高。2.磁偏轉(zhuǎn)原理磁偏轉(zhuǎn)原理如圖 4-17-2所示。通常在示波管的電子槍和熒光屏之間加上一均勻橫向偏轉(zhuǎn)磁場，假定在 l范圍內(nèi)是均勻的，在其它范圍都為零。當(dāng)電子以速度v沿Z方向垂直射入磁場 B時，將受到洛侖磁力的作用在均勻磁場B內(nèi)電子作勻速圓周運動， 軌 道半彳5為R,電子穿出磁場后，將沿切線方向作勻速直線運動，最后打在熒光屏上，由mv“、：=R -Rcosu - R(1 -cos?)(1 -cosfeB電子束在熒光屏上離開Z軸的距離為S = L tg ： ,工如果偏轉(zhuǎn)角度足夠小，則可取下列近似-I 2sin日=tg日=8和 cos 3-1 -2則總偏轉(zhuǎn)距離T2S =L 1 R(1 _1，)-2

5、二L- 2eB 2leB mv 1 JeB 2>+ >( )mv eB 2 mv,leB l 2eB=L -mv 2mvleB mv又因為電子在加速電壓 能，則(417 6)12mv2代入(417 6)式，得= OVA2eVAmleB2meVA1(L -1)2(4 17 7)上式說明，磁偏轉(zhuǎn)的距離與所加磁感應(yīng)強度B成正比，與加速電壓的平方根成反比。Va的作用下，加速場對電子所做的功全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮拥膭佑捎谄D(zhuǎn)磁場是由一對平行線圈產(chǎn)生的，所以有B = KI式中I是勵磁電流，K是與線圈結(jié)構(gòu)和匝數(shù)有關(guān)的常數(shù)。代入(4177)式，得(4 一 17 一 8)S jKleI_(L 1l) 2me

6、VA2由于式中其它量都是常數(shù)，故可寫成S = kmVa(4一 17 一 9)km為磁偏常數(shù)。可見，當(dāng)加速電壓一定時，位移與電流呈線性關(guān)系。為了描述磁偏轉(zhuǎn)的 靈敏程度，定義(4-17- 10)3磁稱為磁偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為毫米 /安培。同樣，B磁越大，磁偏轉(zhuǎn)的靈敏度越高。儀器描述本實驗所采用儀器是 SJ SS- 2型電子束實驗儀，如圖 417 3所示。該儀器主 要由示波管、顯示電路、勵磁電路、測量電路、電源等部分組成。儀器板面上各旋鈕、S高壓調(diào)節(jié)O電偏電壓OY偏 磁聚中戶中X偏 磁偏電聚功能選擇J SS 2型電子束實驗儀輔助聚焦V2O上:2;聚焦V1O_ 10 20 30 400 *# 50mA

7、-vI 0 0.51 ；.5 2 I 插頭指示 KV ,KV凈2充一一Y移位勵磁電滿O ©磁聚電源1 +磁偏:開八、 高壓電源開X移位O 9 OV1A1A2V2丫電源 2+ Xo o 0O O OO O O O O O O0 0000磁聚電源1 磁偏陰極 柵極電源指示Y 電源2 XA1A2V2 丫 電源 2 X圖 417 4ViAi A2V2 Y 電源 2 XOO O O O丁0Y 電源2 X圖 4- 175保持輝度適中，調(diào)節(jié) Vi聚焦。（3）將“電偏電壓”調(diào)節(jié)至最小，調(diào)節(jié)“X位移”、“Y位移”，使光點移至坐標(biāo)原點。（4）保持“輝度”、Vi、V2不變，調(diào)節(jié)“電偏電壓”，使光點朝X （

8、或Y）方向偏 轉(zhuǎn)，每偏5mm讀取相應(yīng)的電偏電壓 V及S。根據(jù)測出的S、V值，彳出SV圖線，驗 證SV為線性正比關(guān)系。（5）改變電源極T可改變 X （或Y）的偏轉(zhuǎn)方向，如圖中虛線連接，分別測出 S、V數(shù)據(jù)。（6）數(shù)據(jù)記錄。水 平 偏 轉(zhuǎn) X偏移方向自屏中心向左自屏中心向右偏轉(zhuǎn)電壓V （伏）偏移量S （毫米）510152025510152025偏轉(zhuǎn)靈敏度迄（毫米/伏）偏轉(zhuǎn)靈敏度平均值覆（毫米/伏）垂 直 偏 轉(zhuǎn) Y偏移方向自屏中心向上自屏中心向卜偏轉(zhuǎn)電壓V （伏）偏移量S （毫米）510152025510152025偏轉(zhuǎn)靈敏度6電（毫米/伏）偏轉(zhuǎn)靈敏度平均值8電（毫米/伏）2.磁偏轉(zhuǎn)(1)將“功能

9、選擇”置于磁偏轉(zhuǎn)位置，接圖4176插入導(dǎo)聯(lián)線。磁聚 電源1 磁偏 V1 AiA2V2Y 電源2 XOCt,0o_OO9°°八o&oooo磁聚 電源1 磁偏Y 電源2 X圖 4- 176(2)接通“高壓電源開”，將V2調(diào)至最大，調(diào)節(jié) V1使光點聚焦，保持輝度適中， 調(diào)節(jié)X位移，使光點位于坐標(biāo) Y軸某點Vs,并以該點為新的坐標(biāo)原點。(3) “勵磁電流”復(fù)位到零，接通“勵磁電源開”順時針方向調(diào)節(jié)“勵磁電流”使 光點偏轉(zhuǎn)，讀取不同偏轉(zhuǎn)量 S及其對應(yīng)的I值，彳出SI圖線，驗證 SI為線性正比 關(guān)系。(4)改變電源極性(即改變偏轉(zhuǎn)線圈中的電流方向)，如圖中虛線連接，可作反向磁偏轉(zhuǎn)，測出S、I數(shù)據(jù)。(5)由測出的各組S、I值，求出各組的偏轉(zhuǎn)靈敏度，然后再求其算術(shù)平均值，得 出本儀器的偏轉(zhuǎn)靈敏度展茲。(6)記錄數(shù)