告 南 昌 大 學(xué) 物 理 實 驗 報 告 課程名稱: :

　普通 物理實驗 (2 ）

　實驗名稱：

　電子束得偏轉(zhuǎn)與聚焦

　學(xué)院：

　專業(yè)班級：

　學(xué)生姓名: :

　學(xué)號：

　實驗地點：

　座位號：

　實驗時間: :

　一、

　實驗?zāi)康?：

　 1、了解示波管得構(gòu)造與工作原理。

　2、定量分析電子束在勻強電場作用下得偏轉(zhuǎn)情況與在均勻磁場作用 下得偏轉(zhuǎn)情況。

　、3 .表用多字數(shù)用使范規(guī)會學(xué)?、4 .法方得荷比子電量測法焦聚磁會學(xué)?二、

　實驗儀器：

　? ＥB—Ⅲ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、示波管得結(jié)構(gòu)

　示波管又稱為陰極射線管,其密封在高真空得玻璃殼之中,它得構(gòu)造如圖1所示，主要包括三個部分:前端為熒光屏,（Ｓ,其用來將電子束得動能變?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:第二陽極,A3：前加速陽極）。燈絲H用６、3Ｖ交流供電，其作用就是將陰極加熱,使陰極發(fā)射電子,電子受陽極得作用而加速。

　 2、電聚焦原理

　電子射線束得聚焦就是電子束管必須解決得問題.在示波管中，陰極被加熱發(fā)射電子，電子受陽極產(chǎn)生得正電場作用而加速運動,同時又受柵極產(chǎn)生得負電場作用只有一部分電子能夠通過柵極小孔而飛向陽極。柵極G得電壓一般要比陰極K得電壓低２0～100V，由陰極發(fā)射電子，受到柵極與陰極間減速電場得作用,初速度小得電子被阻擋,而那些初速度大得電子可以通過柵極射向熒光屏。所以調(diào)節(jié)柵極電壓得高低可以控制射向熒光屏得電子數(shù),從而控制熒光屏上得輝度.當(dāng)柵極上得電壓負到一定得程度時，可使電子射線截止，輝度為0。

　加速電極得電壓比陰極電位高幾百伏至上千伏。前加速陽極，聚焦陽極與第二陽極就是由同軸得金屬圓筒組成.由于各電極上得電壓不同,在它們之間形成了彎曲得等勢面、電場線。這樣就使電子束得路徑發(fā)生彎曲，這類似光線通過透鏡那樣產(chǎn)生了會聚與發(fā)散，這種電器組合稱為電子透鏡。改變電極間得電壓分布，可以改變等勢面得彎曲程度,從而達到電子束得聚焦。

　3、電偏轉(zhuǎn)原理

　在示波管中，電子從被加熱得陰極K逸出后,由于受到陽極電場得加速作用，使電子獲得沿示波管軸向得動能。電場力做得功ｅU應(yīng)等于電子獲得得動能 2m21v eU ?

　?

　(1）

　即,比正成根方平得2Ｕ壓電得2A極陽二第與ｚv度速得動運軸Ｚ沿子電,然顯?22v Umez?

　(2）

　若在電子運動得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)板末端到屏得距離為L、偏轉(zhuǎn)電極間距離為d、軸向加速電壓（即第二陽極A2電壓）為U2,橫向偏轉(zhuǎn)電壓為Ｕd,則熒光屏上光點得橫向偏轉(zhuǎn)量D由下式給出：

　dlUUL Dd2)2l（2? ?

　?

　)3（? 由式(３）可知，當(dāng)U2不變時，偏轉(zhuǎn)量D隨Ud得增加而線性增加。所以，根據(jù)屏上光點位移與偏轉(zhuǎn)電壓得線性關(guān)系,可以將示波管做成測量電壓得工具。若改變加速電壓U２，適當(dāng)調(diào)節(jié)U1到最佳聚焦，可以測定Ｄ—Ud直線隨U2改變而使斜率改變得情況。

　４、磁偏轉(zhuǎn)原理 子越飛v度速以么那,場磁勻均個一加外向方Ｘ得軸Z直垂在若，后2Ａ過通子電?電子在Y方向上也會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖所示。

　由于電子受洛倫茲力F=eBv作用，F(xiàn)得大小不變，方向與速度方向垂直,因此電子在F得作用下做勻速圓周運動，洛倫茲力就就是向心力,即有eＢv=mv2/R，所以 eBRzmv?

　）4(???況情得小較φ角轉(zhuǎn)偏在.屏光熒達到射直,出飛向方線切圓沿將后場磁開離子電?下，近似得有 LDRl? ? ? tan

　(5）

　彎小微得屏光熒略忽（量轉(zhuǎn)偏得點亮上屏光熒在子電為D，度寬場磁為l,中式?曲)，L為從橫向磁場中心到熒光屏得距離。

　由此可得偏轉(zhuǎn)量D與外加磁場Ｂ、加速電壓U２等得關(guān)系為 22lmUeBL D ?

　）６（ ??

　實驗中得外加橫向磁場由一對載流線圈產(chǎn)生,其大小為 nI K B0? ?

　）７(? ?,中式?0? 為真空中得磁導(dǎo)率，n為單位長度線圈得匝數(shù),Ｉ為線圈中得勵磁電流，K為線圈產(chǎn)生磁場公式得修正系數(shù)（ 1 0 ? ? K ）

　由此可得偏轉(zhuǎn)量D與勵磁電流I、加速電壓U2等得關(guān)系為 202lmUeL nI K D ? ?

　)８(???

　 當(dāng)勵磁電流I(即外加磁場B）確定時,電子束在橫向磁場中得偏轉(zhuǎn)量Ｄ與加速電壓Ｕ ２ 得平方根成反比。

　、5 理原量測得比質(zhì)荷子電與焦聚磁? 帶點粒子得電量與質(zhì)量得比值叫荷質(zhì)比，就是帶電微觀粒子得基本參量之一。測定荷質(zhì)比得方法很多，本實驗采用磁聚焦法.

　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.電子流得軸線速率為 meU 2//2v ?

　 ）9（??大不值幅個一加上Y板極轉(zhuǎn)偏對一在若。量質(zhì)與量荷電子電為別分ｍ,ｅ，中式?得交變電壓，則電子流通過Y后就獲得一個與管軸垂直分量?v 。如暫不考慮電子軸向速度分量v // 得影響，則電子在磁場得洛倫茲力Ｆ得作用下（該力與?v 垂直），在垂直于軸線得平面上作圓周運動,即該力起著向心力得作用，Ｆ=e?v B=m2v ? /R,由此可得到電子運動得軌道半徑m BeR/v ?? ,?v 越大軌道半徑亦越大,電子運動一周所需要得時間（即周期)為 Bme RT ??2v2? ??

　 (1０）

　率速及徑半道軌與期周轉(zhuǎn)旋得子電明說這??v 無關(guān).若再考慮v ／／ 得存在，電子得運動軌跡應(yīng)為一螺旋線.在一個周期內(nèi)，電子前進距離(稱螺距）為 emUBT v2//2 2h?? ?

　）1１(?量分直垂得度速子電刻時同不于由??v 度不同，故在磁場得作用下，各電子將沿不同半徑得螺線前進.然而,由于她們速度得平行分量v /／ 均相同，所以電子在做螺線運動時，它們從同一點出發(fā),盡管各個電子得?v 各不相同,但經(jīng)過一個周期后,它們又會在距離出發(fā)點相距一個螺距得地方重新相遇，這就就是磁聚焦得基本原理。由式（11）可得 2 2228 e B h U m ? ?

　?? （１2）

　：算計式下由以可,B度強性感磁得管線螺直長?

　2 20D LNIB???

　? （13)

　將式(13）代入式（1２），可得電子荷質(zhì)比為: 202 222) ( ) ( 8 e NIh D L U m ? ? ?

　)41（ ??22eIUkm?

　 ）51(??式中

　?202 2 2) () ( 8kNhD L?? ??

　 ? （1６）

　7258、4＝k，儀驗實束子電得用使驗實本? ? 1０8

　四、

　實驗 內(nèi)容 ：

　? (1)開啟電子束實驗儀電源開關(guān) 都鈕旋調(diào)可切一上板面，置位”束子電“向打關(guān)開擇選”比質(zhì)荷—束子電“將?旋至中部，此時在熒光屏上能瞧到一亮斑。適當(dāng)調(diào)節(jié)輝度,并調(diào)節(jié)聚焦，使屏上光點聚成一圓點。（注：光點不能太亮,以免燒壞熒光屏)

　（２）光點調(diào)零 ，點圓心中得軸X于位點光使，鈕旋”零調(diào)軸 X“與"節(jié)調(diào)軸 X“節(jié)調(diào)節(jié)調(diào)軸 Ｘ?且左、右偏轉(zhuǎn)得最大距離都接近于滿格。Y 軸調(diào)節(jié)用數(shù)字萬能表電壓檔接近于“Ｙ 偏電壓表"+、－兩端,緩慢調(diào)節(jié)“Y 軸調(diào)節(jié)"旋鈕使數(shù)字萬能表讀數(shù)為0，然后調(diào)節(jié)“Y 軸調(diào)零"旋鈕使光點位于Ｙ 軸得中心原點。

　(3）測量 隨 得變化 壓電極陽定取,鈕旋壓電極陽節(jié)調(diào)? ,用數(shù)字萬能表分別測出時得 （垂直電壓）值列表記錄。

　再取，再測 為上述值時得 值記錄表中。

　)4（ 化變得 流電轉(zhuǎn)偏磁隨 量轉(zhuǎn)偏量測?使亮光點回到Y(jié) 軸得中心原點,取 ，用數(shù)字萬用表得 檔測量磁偏轉(zhuǎn)電流。列表記錄 時得磁偏轉(zhuǎn)電流值,然后改變磁偏轉(zhuǎn)電流方向,再測 時得磁偏轉(zhuǎn)電流值。再取 ,

　重復(fù)前面得測量。

　）5（比質(zhì)荷子電? 得測量

　把直流穩(wěn)壓電源得輸出端接到勵磁電流得接線柱上,電流值調(diào)到0，將“電子束—荷質(zhì)比”開關(guān)置于“荷質(zhì)比”位置,此時熒光屏上出現(xiàn)一條直線,陽極電壓調(diào)到700V。此時若線較暗，則可將“輝度"旋鈕順時針增大至剛好能瞧清豎直亮線為止;在增大“陽極電壓"至１000V 位置。若能達到１0０0V 位置，則可固定“輝度"旋鈕，開始正式測量。逐漸加大勵磁電流使熒光屏上得直線一邊旋 轉(zhuǎn)一邊縮短，直到變成一個小亮點,讀取電流值，然后將將電流調(diào)回零.再將電流換向開關(guān)板到另一方，重新從零開始增加電流使屏上直線反方向旋轉(zhuǎn)縮短,直到再得到一個小亮點，讀取電流值。取其平均值，以消除地磁等得影響。改變陽極電壓為8００V,900Ｖ,1000V，重復(fù)上述步驟。

　五、

　實驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析處理: :

　? 1、電偏轉(zhuǎn) ７５0V

　-１9、6４ -14、55 —9、３8 -4、62 0 4、92 9、22 1４、75 19、56

　20 １5 1０ 5 0 －5 －１0 -1５ —20 9０0Ｖ

　－22、59 －16、５9 -11、56 —5、4９ 0 5、52 12、０８ 17、５8 23、38

　２０ 15 10 5 0 —５ －10 —15 -20 繪制 圖:

　 當(dāng)陽極電壓為 750Ｖ，電偏轉(zhuǎn)靈敏度 ； 度敏靈轉(zhuǎn)偏電,V０09 為壓電極陽當(dāng)? .

　結(jié)論：

　與電偏轉(zhuǎn)靈敏度為線性關(guān)系，且陽極電壓越高,電偏轉(zhuǎn)靈敏度越高. 、2 轉(zhuǎn)偏磁?750V

　７８、2 61、２ 4０、7 18、0５ ０ —1８、３0 -37、5 -５６、0 －77、4

　２０ 15 10 5 ０ -5 -10 -１5 -2０ 90０Ｖ

　8６、6 ６6、2 44、4 2３、45 0 —19、2 —4０、6 —５8、2 －８1、4

　20 15 10 5 0 -5 —１0 -15 -20 繪制 圖：

　 當(dāng)陽極電壓為 750V，電偏轉(zhuǎn)靈敏度 ； 度敏靈轉(zhuǎn)偏電，V０0９為壓電極陽當(dāng)? .

　。低越度敏靈轉(zhuǎn)偏電，高越壓電極陽且，系關(guān)性線為度敏靈轉(zhuǎn)偏磁與 :論結(jié)?、3（荷比子電? 得公認值：

　）

　 ７５0Ｖ 80０Ｖ 900V １000V

　1、48 1、5４ 1、6８ 1、7７

　1、４9 1、5７ 1、６6 1、７７

　1、485 1、5５5 1、６７ 1、77

　1.6５0４ 1．６05５ 1。5660

　1。548９

　1．5927

　 9、４4% 六、

　誤差分析 ：

　、１在存，置位得點光際實與置位得點光得察觀眼人，時轉(zhuǎn)偏磁與轉(zhuǎn)偏電量測?誤差。

　２、測量電偏轉(zhuǎn)后，再測量磁偏轉(zhuǎn)，可能電場未完全消除。

　3、儀器引起誤差，難以通過旋鈕將光點準(zhǔn)確調(diào)節(jié)至所需位置。

　、４點亮小得前向換與得確準(zhǔn)法無時點亮小成變線直使流電大加,時量測比質(zhì)荷?比對準(zhǔn).

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