電子束偏轉(zhuǎn)與聚焦實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電子束偏轉(zhuǎn)與聚焦實(shí)驗(yàn)報(bào)告 告 南 昌 大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 課程名稱(chēng): : 普通 物理實(shí)驗(yàn) (2 ） 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 電子束得偏轉(zhuǎn)與聚焦 學(xué)院： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名: : 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 座位號(hào)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間: : 一、 實(shí)驗(yàn)?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(qiáng)電場(chǎng)作用下得偏轉(zhuǎn)情況與在均勻磁場(chǎng)作用 下得偏轉(zhuǎn)情況。 、3 .表用多字?jǐn)?shù)用使范規(guī)會(huì)學(xué)、4 .法方得荷比子電量測(cè)法焦聚磁會(huì)學(xué)二、 實(shí)驗(yàn)儀器： b電子束實(shí)驗(yàn)儀、直流穩(wěn)壓電源v,、數(shù)字多用表。 三、 實(shí)驗(yàn)原理: : 1、示波管得結(jié)構(gòu) 示波管又稱(chēng)為陰極射線(xiàn)管,其密封在高真空得玻璃殼之中,它得構(gòu)造如圖1所

2、示，主要包括三個(gè)部分:前端為熒光屏,（,其用來(lái)將電子束得動(dòng)能變?yōu)楣猓?，中間為偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)(y:垂直偏轉(zhuǎn)板,：水平偏轉(zhuǎn)板）,后端為電子槍?zhuān)?陰極，g：柵極，a1：聚焦陽(yáng)極，2:第二陽(yáng)極,a3：前加速陽(yáng)極）。燈絲h用、3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(yáng)極得作用而加速。 2、電聚焦原理 電子射線(xiàn)束得聚焦就是電子束管必須解決得問(wèn)題.在示波管中，陰極被加熱發(fā)射電子，電子受陽(yáng)極產(chǎn)生得正電場(chǎng)作用而加速運(yùn)動(dòng),同時(shí)又受柵極產(chǎn)生得負(fù)電場(chǎng)作用只有一部分電子能夠通過(guò)柵極小孔而飛向陽(yáng)極。柵極g得電壓一般要比陰極k得電壓低0100v，由陰極發(fā)射電子，受到柵極與陰極間減速電場(chǎng)得作用,初速度小得電子被阻擋

3、,而那些初速度大得電子可以通過(guò)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(fù)到一定得程度時(shí)，可使電子射線(xiàn)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(yáng)極，聚焦陽(yáng)極與第二陽(yáng)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(shì)面、電場(chǎng)線(xiàn)。這樣就使電子束得路徑發(fā)生彎曲，這類(lèi)似光線(xiàn)通過(guò)透鏡那樣產(chǎn)生了會(huì)聚與發(fā)散，這種電器組合稱(chēng)為電子透鏡。改變電極間得電壓分布，可以改變等勢(shì)面得彎曲程度,從而達(dá)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(yáng)極電場(chǎng)得加速作用，使電子

4、獲得沿示波管軸向得動(dòng)能。電場(chǎng)力做得功u應(yīng)等于電子獲得得動(dòng)能 2m21v eu = (1） 即,比正成根方平得2壓電得2a極陽(yáng)二第與v度速得動(dòng)運(yùn)軸沿子電,然顯22v umez= (2） 若在電子運(yùn)動(dòng)得垂直方向加一橫向電場(chǎng),電子在該電場(chǎng)作用下將發(fā)生橫向偏轉(zhuǎn)，如圖2所示。 若偏轉(zhuǎn)板板長(zhǎng)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(yáng)極a2電壓）為u2,橫向偏轉(zhuǎn)電壓為d,則熒光屏上光點(diǎn)得橫向偏轉(zhuǎn)量d由下式給出： dluul dd2)2l（2+ = )3（ 由式(）可知，當(dāng)u2不變時(shí)，偏轉(zhuǎn)量d隨ud得增加而線(xiàn)性增加。所以，根據(jù)屏上光點(diǎn)位移與偏轉(zhuǎn)電壓得線(xiàn)性關(guān)系,可以將示波管做成測(cè)

5、量電壓得工具。若改變加速電壓u，適當(dāng)調(diào)節(jié)u1到最佳聚焦，可以測(cè)定ud直線(xiàn)隨u2改變而使斜率改變得情況。 、磁偏轉(zhuǎn)原理 子越飛v度速以么那,場(chǎng)磁勻均個(gè)一加外向方得軸z直垂在若，后2過(guò)通子電電子在y方向上也會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖所示。 由于電子受洛倫茲力f=ebv作用，f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(yùn)動(dòng)，洛倫茲力就就是向心力,即有ev=mv2/r，所以 ebrzmv= ）4(況情得小較角轉(zhuǎn)偏在.屏光熒達(dá)到射直,出飛向方線(xiàn)切圓沿將后場(chǎng)磁開(kāi)離子電下，近似得有 ldrl» = q tan (5） 彎小微得屏光熒略忽（量轉(zhuǎn)偏得點(diǎn)亮上屏光熒在子電為d，度寬場(chǎng)磁為l,中式

6、曲)，l為從橫向磁場(chǎng)中心到熒光屏得距離。 由此可得偏轉(zhuǎn)量d與外加磁場(chǎng)、加速電壓u等得關(guān)系為 22lmuebl d = ）（ 實(shí)驗(yàn)中得外加橫向磁場(chǎng)由一對(duì)載流線(xiàn)圈產(chǎn)生,其大小為 ni k b0m = ）( ,中式0m 為真空中得磁導(dǎo)率，n為單位長(zhǎng)度線(xiàn)圈得匝數(shù),為線(xiàn)圈中得勵(lì)磁電流，k為線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)公式得修正系數(shù)（ 1 0 £ < k ） 由此可得偏轉(zhuǎn)量d與勵(lì)磁電流i、加速電壓u2等得關(guān)系為 202lmuel ni k d m = )( 當(dāng)勵(lì)磁電流i(即外加磁場(chǎng)b）確定時(shí),電子束在橫向磁場(chǎng)中得偏轉(zhuǎn)量與加速電壓 得平方根成反比。 、5 理原量測(cè)得比質(zhì)荷子電與焦聚磁 帶點(diǎn)粒子得電量與質(zhì)量得

7、比值叫荷質(zhì)比，就是帶電微觀粒子得基本參量之一。測(cè)定荷質(zhì)比得方法很多，本實(shí)驗(yàn)采用磁聚焦法. 電子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)平行，故磁場(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生影響.電子流得軸線(xiàn)速率為 meu 2/2v = ）9（大不值幅個(gè)一加上y板極轉(zhuǎn)偏對(duì)一在若。量質(zhì)與量荷電子電為別分,，中式得交變電壓，則電子流通過(guò)y后就獲得一個(gè)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(chǎng)得洛倫茲力得作用下（該力與v 垂直），在垂直于軸線(xiàn)得平面上作圓周運(yùn)動(dòng),即該力起著向心力得作用，=ev b=m2v /r,由此可得到電子運(yùn)動(dòng)得軌道半徑m ber/v = ,v 越大軌道半徑亦越大,電子運(yùn)動(dòng)一周所需要得時(shí)間（即周期)為

8、bme rt pp2v2= = (1） 率速及徑半道軌與期周轉(zhuǎn)旋得子電明說(shuō)這v 無(wú)關(guān).若再考慮v 得存在，電子得運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)為一螺旋線(xiàn).在一個(gè)周期內(nèi)，電子前進(jìn)距離(稱(chēng)螺距）為 emubt v2/2 2hp= = ）1(量分直垂得度速子電刻時(shí)同不于由v 度不同，故在磁場(chǎng)得作用下，各電子將沿不同半徑得螺線(xiàn)前進(jìn).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(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們從同一點(diǎn)出發(fā),盡管各個(gè)電子得v 各不相同,但經(jīng)過(guò)一個(gè)周期后,它們又會(huì)在距離出發(fā)點(diǎn)相距一個(gè)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 p = （2） ：算計(jì)式下由以可,b

9、度強(qiáng)性感磁得管線(xiàn)螺直長(zhǎng) 2 20d lnib+=m （13) 將式(13）代入式（1），可得電子荷質(zhì)比為: 202 222) ( ) ( 8 e nih d l u m m p = )41（ 22eiukm= ）51(式中 202 2 2) () ( 8knhd lmp += （1） 7258、4k，儀驗(yàn)實(shí)束子電得用使驗(yàn)實(shí)本 ´ 18 四、 實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容 ： (1)開(kāi)啟電子束實(shí)驗(yàn)儀電源開(kāi)關(guān) 都鈕旋調(diào)可切一上板面，置位'束子電"向打關(guān)開(kāi)擇選'比質(zhì)荷束子電"將旋至中部，此時(shí)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(diǎn)聚成一圓點(diǎn)。（注：光點(diǎn)

10、不能太亮,以免燒壞熒光屏) （）光點(diǎn)調(diào)零 ，點(diǎn)圓心中得軸x于位點(diǎn)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 且左、右偏轉(zhuǎn)得最大距離都接近于滿(mǎn)格。y 軸調(diào)節(jié)用數(shù)字萬(wàn)能表電壓檔接近于" 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(wàn)能表讀數(shù)為0，然后調(diào)節(jié)"y 軸調(diào)零旋鈕使光點(diǎn)位于 軸得中心原點(diǎn)。 (3）測(cè)量 隨 得變化 壓電極陽(yáng)定取,鈕旋壓電極陽(yáng)節(jié)調(diào) ,用數(shù)字萬(wàn)能表分別測(cè)出時(shí)得 （垂直電壓）值列表記錄。 再取，再測(cè) 為上述值時(shí)得 值記錄表中。 )4（ 化變得 流電轉(zhuǎn)偏磁隨 量轉(zhuǎn)偏量測(cè)使亮光點(diǎn)回到y(tǒng) 軸得中心原點(diǎn),取 ，用數(shù)字萬(wàn)用表

11、得 檔測(cè)量磁偏轉(zhuǎn)電流。列表記錄 時(shí)得磁偏轉(zhuǎn)電流值,然后改變磁偏轉(zhuǎn)電流方向,再測(cè) 時(shí)得磁偏轉(zhuǎn)電流值。再取 , 重復(fù)前面得測(cè)量。 ）5（比質(zhì)荷子電 得測(cè)量 把直流穩(wěn)壓電源得輸出端接到勵(lì)磁電流得接線(xiàn)柱上,電流值調(diào)到0，將"電子束荷質(zhì)比'開(kāi)關(guān)置于"荷質(zhì)比'位置,此時(shí)熒光屏上出現(xiàn)一條直線(xiàn),陽(yáng)極電壓調(diào)到700v。此時(shí)若線(xiàn)較暗，則可將"輝度旋鈕順時(shí)針增大至剛好能瞧清豎直亮線(xiàn)為止;在增大"陽(yáng)極電壓至000v 位置。若能達(dá)到00v 位置，則可固定"輝度旋鈕，開(kāi)始正式測(cè)量。逐漸加大勵(lì)磁電流使熒光屏上得直線(xiàn)一邊旋 轉(zhuǎn)一邊縮短，直到變成一個(gè)小亮點(diǎn),讀取

12、電流值，然后將將電流調(diào)回零.再將電流換向開(kāi)關(guān)板到另一方，重新從零開(kāi)始增加電流使屏上直線(xiàn)反方向旋轉(zhuǎn)縮短,直到再得到一個(gè)小亮點(diǎn)，讀取電流值。取其平均值，以消除地磁等得影響。改變陽(yáng)極電壓為8v,900,1000v，重復(fù)上述步驟。 五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析處理: : 1、電偏轉(zhuǎn) 0v -9、6 -14、55 9、8 -4、62 0 4、92 9、22 1、75 19、56 20 5 1 5 0 5 0 -1 20 90 22、59 16、9 -11、56 5、4 0 5、52 12、 17、8 23、38 15 10 5 0 10 15 -20 繪制 圖: 當(dāng)陽(yáng)極電壓為 750，電偏轉(zhuǎn)靈敏度 ； 度敏

13、靈轉(zhuǎn)偏電,v09 為壓電極陽(yáng)當(dāng) . 結(jié)論： 與電偏轉(zhuǎn)靈敏度為線(xiàn)性關(guān)系，且陽(yáng)極電壓越高,電偏轉(zhuǎn)靈敏度越高. 、2 轉(zhuǎn)偏磁750v 、2 61、 4、7 18、0 1、0 -37、5 -、0 77、4 15 10 5 -5 -10 -5 -2 90 8、6 6、2 44、4 2、45 0 19、2 4、6 8、2 1、4 20 15 10 5 0 -5 0 -15 -20 繪制 圖： 當(dāng)陽(yáng)極電壓為 750v，電偏轉(zhuǎn)靈敏度 ； 度敏靈轉(zhuǎn)偏電，v0為壓電極陽(yáng)當(dāng) . 。低越度敏靈轉(zhuǎn)偏電，高越壓電極陽(yáng)且，系關(guān)性線(xiàn)為度敏靈轉(zhuǎn)偏磁與 :論結(jié)、3（荷比子電 得公認(rèn)值： ） 0 80 900v 000v 1、48 1、5 1、6 1、7 1