1、实验十一电子束实验实验十一 电子束实验一、实验目的1研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律。2了解电子束线管的结构和原理。二、实验仪器SJSS2 型电子束实验仪。三、实验原理在大多数电子束线管中，电子束都在互相垂直的两个方向上偏移，以使电子束能够到达电子接受器的任何位置，通常运用外加电场和磁场的方法实现，如示波管、显像管等器件就是在这个基础上运用相同的原理制成的。1电偏转原理电偏转原理如图 4171 所示。通常在示波管（又称电子束线管）的偏转板上加上偏转电压 V，当加速后的电子以速度 v 沿 Z 方向进入偏转板后，受到偏转电场 E（ Y 轴方向）的作用，使电子的运动轨道发生偏移。假定偏转电场在偏
2、转板 l 范围内是均匀的，电子作抛物线运动，在偏转板外，电场为零，电子不受力，作匀速直线运动。在偏转板之内（4171）式中 v 为电子初速度， Y 为电子束在 Y 方向的偏转。电子在加速电压 VA的作用下，加速电压对电子所做的功全部转为电子动能，则。将 E V d 和 v2代入（4171）式，得电子离开偏转系统时，电子运动的轨道与 Z 轴所成的偏转角 的正切为（4172）设偏转板的中心至荧光屏的距离为 L，电子在荧光屏上的偏离为 S，则代入（4172）式，得（4173）由上式可知，荧光屏上电子束的偏转距离 S 与偏转电压 V 成正比，与加速电压 VA成反比，由于上式中的其它量是与示波管结构有关
3、的常数故可写成（4174）ke为电偏常数。可见，当加速电压 VA一定时，偏转距离与偏转电压呈线性关系。为了反映电偏转的灵敏程度，定义（4175）称为电偏转灵敏度，单位为毫米/伏。 越大，表示电偏转系统的灵敏度越高。2磁偏转原理磁偏转原理如图 4172 所示。通常在示波管的电子枪和荧光屏之间加上一均匀横向偏转磁场，假定在 l 范围内是均匀的，在其它范围都为零。当电子以速度 v 沿 Z 方向垂直射入磁场 B 时，将受到洛仑磁力的作用在均匀磁场 B 内电子作匀速圆周运动，轨道半径为 R，电子穿出磁场后，将沿切线方向作匀速直线运动，最后打在荧光屏上，由牛顿第二定律得或 电子离开磁场区域与 Z 轴偏斜了
4、 角度，由图 4172 中的几何关系得电子束离开磁场区域时，距离 Z 轴的大小 是电子束在荧光屏上离开 Z 轴的距离为如果偏转角度足够小，则可取下列近似和 则总偏转距离又因为电子在加速电压 VA的作用下，加速场对电子所做的功全部转变为电子的动能，则代入（4176）式，得（4177）上式说明，磁偏转的距离与所加磁感应强度 B 成正比，与加速电压的平方根成反比。由于偏转磁场是由一对平行线圈产生的，所以有式中 I 是励磁电流， K 是与线圈结构和匝数有关的常数。代入（4177）式，得（4178）由于式中其它量都是常数，故可写成（4179）km为磁偏常数。可见，当加速电压一定时，位移与电流呈线性关系。
5、为了描述磁偏转的灵敏程度，定义（41710）称为磁偏转灵敏度，单位为毫米/安培。同样， 越大，磁偏转的灵敏度越高。仪器描述本实验所采用仪器是 SJSS2 型电子束实验仪，如图 4173 所示。该仪器主要由示波管、显示电路、励磁电路、测量电路、电源等部分组成。仪器板面上各旋钮、电表的作用如下：辉度：用来改变加在控制栅板 G 上的电压，以调节屏上亮点的亮度。聚焦：用来改变加在第一阳极 A1上的电压，以调节屏上亮点的粗细。辅助聚焦： 用来改变加在第二阳极 A2上的电压与“聚焦”旋钮配合使用，调节屏上亮点的粗细。高压调节：用来改变示波管各电极的电压大小，但不改变各电极的电压比。电偏转：用来改变加在垂直
6、（或水平）偏转板上的电压，以调节屏上亮点的上下（或左右）位置。功能选择：用于选择实验项目。励磁电流：用于调节磁聚焦线圈中，或磁偏转线圈中的电流大小。KV 表：用以直接指示 V2电压的大小。mAV 表：经“功能选择”开关的转换，可以分别测量聚焦电压V1（量程为 050V15），电偏电压（量程为 050V3），磁聚励磁电流（050mA20），磁偏励磁电流（量程为 050mA1）。插头指示（安全指示）：用于指示仪器是否处于安全使用状态，其作用与验电笔相似，手触指示灯管时，若指示灯发亮，则表明是安全的。本仪器使用时，周围应无其它强磁场存在，仪器应南北方向测试，避免地磁场的影响。四、实验内容1电偏转（1
7、）将“功能选择”置于 X 或 Y 电偏位置，按图 4174（ X电偏接线）或图 4175（ Y 电偏接线）插入导联线。（2）接通“高压电源开”，调节“高压调节”，“辅助聚焦 V2”，将 V2调节至最大值，保持辉度适中，调节 V1聚焦。（3）将“电偏电压”调节至最小，调节“ X 位移”、“ Y 位移”，使光点移至坐标原点。 （4）保持“辉度”、 V1、 V2不变，调节“电偏电压”，使光点朝 X（或 Y）方向偏转，每偏 5mm 读取相应的电偏电压 V 及 S。根据测出的 S、 V 值，作出 S V 图线，验证 S V 为线性正比关系。（5）改变电源极性，可改变 X（或 Y）的偏转方向，如图中虚线连
8、接，分别测出 S、 V 数据。（6）数据记录。偏移方向 自屏中心向左 自屏中心向右偏转电压 V（伏） 偏移量 S（毫米） 5 10 15 20 25 5 10 15 20 25偏转灵敏度 （毫米/伏） X偏转灵敏度平均值（毫米/伏）偏移方向 自屏中心向上 自屏中心向下偏转电压 V（伏） Y偏移量 S（毫米） 5 10 15 20 25 5 10 15 20 25偏转灵敏度 （毫米/伏） 偏转灵敏度平均值（毫米 /伏）2磁偏转（1）将“功能选择”置于磁偏转位置，接图 4176 插入导联线。 （2）接通“高压电源开”，将 V2调至最大，调节 V1使光点聚焦，保持辉度适中，调节 X 位移，使光点位于
9、坐标 Y 轴某点 ys，并以该点为新的坐标原点。（3）“励磁电流”复位到零，接通“励磁电源开”顺时针方向调节“励磁电流”使光点偏转，读取不同偏转量 S 及其对应的 I 值，作出 S I 图线，验证 S I 为线性正比关系。（4）改变电源极性（即改变偏转线圈中的电流方向），如图中虚线连接，可作反向磁偏转，测出 S、 I 数据。（5）由测出的各组 S、 I 值，求出各组的偏转灵敏度，然后再求其算术平均值，得出本仪器的偏转灵敏度 。（6）记录数据偏转方向 自屏中心向上 自屏中心向下励磁电流 I (毫安) 偏移量 S(毫米) 磁偏转灵敏度 （毫米/毫安）偏转灵敏度平均值（毫米/毫安）思考题1偏转量的大小改变时，光点的聚焦是否改变？为什么？2偏转量的大小与光点的亮度是否有关？为什么？3在偏转板上加交流信号时，会观察到什么现象？
