電子束的偏轉(zhuǎn)與聚焦現(xiàn)象

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一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、了解示波管的構(gòu)造和工作原理，分析電子束在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場作用下的偏轉(zhuǎn)狀況；

2、學(xué)會(huì)使用數(shù)字萬能表和聚焦法測量電子荷質(zhì)比的方法。二、試驗(yàn)原理1、示波管的結(jié)構(gòu)

示波管又稱為陰極射線管，其密封在高真空的玻璃殼之中，它的構(gòu)造如圖1所示，主要包括三個(gè)部分：前端為熒光屏，（S，其用來將電子束的動(dòng)能變?yōu)楣猓虚g為偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（Y：垂直偏轉(zhuǎn)板，X：水平偏轉(zhuǎn)板），后端為電子槍（K：陰極，G：柵極，A1：聚焦陽極，A2：其次陽極，A3：前加速陽極）。燈絲H用6.3V交流供電，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速。2、電聚焦原理

電子射線束的聚焦是電子束管必需解決的問題。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速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又受柵極產(chǎn)生的負(fù)電場作用只有一部分電子能夠通過柵微小孔而飛向陽極。柵極G的電壓一般要比陰極K的電壓低20~100V,由陰極發(fā)射電子，受到柵極與陰極間減速電場的作用，初速度小的電子被阻擋，而那些初速度大的電子可以通過柵極射向熒光屏。所以調(diào)理柵極電壓的高低可以控制射向熒光屏的電子數(shù)，從而控制熒光屏上的輝度。當(dāng)柵極上的電壓負(fù)到一定的程度時(shí)，可使電子射線截止，輝度為0。加速電極的電壓比陰極電位高幾百伏至上千伏。前加速陽極，聚焦陽極和其次陽極是由同軸的金屬圓筒組成。由于各電極上的電壓不同，在它們之間形成了彎曲的等勢面、電場線。這樣就使電子束的路徑發(fā)生彎曲，這類似光線通過透鏡那樣產(chǎn)生了會(huì)聚和發(fā)散，這種電器組合稱為電子透鏡。改變電極間的電壓分布，可以改變等勢面的彎曲程度，從而達(dá)到電子束的聚焦。3、電偏轉(zhuǎn)原理

在示波管中，電子從被加熱的陰極K逸出后，由于受到陽極電場的加速作用，使電子獲得沿示波管軸向的動(dòng)能。令Z軸沿示波管的管軸方向從燈絲位置指向熒光屏；同時(shí)，從熒光屏上看，令X軸為水平方向向右，Y軸為垂直方向向上。假定電子從陰極逸出是初速度忽略不計(jì)，則電子經(jīng)過電勢差為U的空間后，電場力做的功eU應(yīng)等于電子獲得的動(dòng)能eU?1mv(1)22顯然，電子沿Z軸運(yùn)動(dòng)的速度vz與其次陽極A2的電壓U2的平方根成正比，即2eU2VZ?(2)m若在電子運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)，如圖2所示。若偏轉(zhuǎn)板板長為l、偏轉(zhuǎn)板末端到屏的距離為L、偏轉(zhuǎn)電極間距離為d、軸向加速電壓（即其次陽極A2電壓）為U2，橫向偏轉(zhuǎn)電壓為Ud，則熒光屏上光點(diǎn)的橫向偏轉(zhuǎn)量D由下式給出：lUdlD?(L?)?(3)2U22d由式（3）可知，當(dāng)U2不變時(shí)，偏轉(zhuǎn)量D隨Ud的增加而線性增加。所以，根據(jù)屏上光點(diǎn)位移與偏轉(zhuǎn)電壓的線性關(guān)系，可以將示波管做成測量電壓的工具。若改變加速電壓U2，適當(dāng)調(diào)理U1到最正確聚焦，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(zhuǎn)原理

電子通過A2后，若在垂直Z軸的X方向外加一個(gè)均勻磁場，那么以速度v飛越子電子在Y方向上也會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如下圖。由于電子受洛倫茲力F=eBv作用，F(xiàn)的大小不變，方向與速度方向垂直，因此電子在F的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力就是向心力，即有eBv=mv2/R，所以電子離開磁場后將沿圓切線方向飛出，直射到達(dá)熒光屏。在偏轉(zhuǎn)角φ較小的狀況下，近似的有（5）式中，l為磁場寬度，D為電子在熒光屏上亮點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)量（忽略熒光屏的微小彎曲），L為從橫向磁場中心到熒光屏的距離。由此可得偏轉(zhuǎn)量D與外加磁場B、加速電壓U2等的關(guān)系為R?mV(4)(5)(6)ZeBtan??l?LRDeD?lBL2mU2試驗(yàn)中的外加橫向磁場由一對(duì)載流線圈產(chǎn)生，其大小為B?K?0