電子束偏轉(zhuǎn)及聚焦實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)劃

1、電子束偏轉(zhuǎn)及聚焦實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)劃南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：一般物理實(shí)驗(yàn)（2）實(shí)驗(yàn)名稱：電子束的偏轉(zhuǎn)與聚焦學(xué)院：專業(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：電子束偏轉(zhuǎn)及聚焦實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)劃一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、認(rèn)識(shí)示波管的結(jié)構(gòu)和工作原理。2、定量分析電子束在勻強(qiáng)電場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)狀況和在均勻磁場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)狀況。3、學(xué)會(huì)規(guī)范使用數(shù)字多用表。4、學(xué)會(huì)磁聚焦法丈量電子比荷的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器：EB電子束實(shí)驗(yàn)儀、直流穩(wěn)壓電源30V，2A、數(shù)字多用表。三、實(shí)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，它的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要包含三個(gè)部分：前端為熒光屏，（S，其用來將電子束的

2、動(dòng)能變?yōu)楣猓?，中間為偏轉(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：前加快陽極）。燈絲H用6.3V溝通供電，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快。2、電聚焦原理電子射線束的聚焦是電子束管必然解決的問題。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(chǎng)作用而加快運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又受柵極產(chǎn)生的負(fù)電場(chǎng)作用只有一部分電子可以經(jīng)過柵極小孔而飛旭日極。柵極G的電壓一般要比陰極K的電壓低20100V,由陰極發(fā)射電子，遇到柵極與陰極間減速電場(chǎng)的作用，初速度小的電子被阻截，而那些初速度大的電子可以經(jīng)過柵極射向熒光屏。所以

3、調(diào)理柵極電壓的高低可以控制射向熒光屏的電子數(shù)，進(jìn)而控制熒光屏上的輝度。當(dāng)柵極上的電壓負(fù)到必然的程度時(shí)，可使電子射線截止，輝度為0。加快電極的電壓比陰極電位高幾百伏至上千伏。前加快陽極，聚焦陽極和第電子束偏轉(zhuǎn)及聚焦實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)劃二陽極是由同軸的金屬圓筒構(gòu)成。因?yàn)楦麟姌O上的電壓不同樣，在它們之間形成了曲折的等勢(shì)面、電場(chǎng)線。這樣就使電子束的路徑發(fā)生曲折，這近似光芒經(jīng)過透鏡那樣產(chǎn)生了匯聚和發(fā)散，這種電器組合稱為電子透鏡。改變電極間的電壓散布，可以改變等勢(shì)面的曲折程度，進(jìn)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，因?yàn)橛龅疥枠O電場(chǎng)的加快作用，使電子獲取沿示波管軸向的動(dòng)能。電場(chǎng)

4、力做的功eU應(yīng)等于電子獲取的動(dòng)能1eUmv2（）21明顯，電子沿Z軸運(yùn)動(dòng)的速度vz與第二陽極A2的電壓U2的平方根成正比，即v2eU（）zm22若在電子運(yùn)動(dòng)的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)板尾端到屏的距離為L(zhǎng)、偏轉(zhuǎn)電極間距離為d、軸向加快電壓（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(diǎn)的橫向偏轉(zhuǎn)量D由下式給出：D（LlUdl)（3）2U22d由式（3）可知，當(dāng)U2不變時(shí)，偏轉(zhuǎn)量D隨Ud的增添而線性增添。所以，依據(jù)屏上光點(diǎn)位移與偏轉(zhuǎn)電壓的線性關(guān)系，可以將示波管做成丈量電壓的工具。若改變加快電壓U2，適合調(diào)理U1到最正

5、確聚焦，可以測(cè)定D-Ud直線隨U2改變而使斜率改變的狀況。4、磁偏轉(zhuǎn)原理電子經(jīng)過A2后，若在垂直Z軸的X方向外加一個(gè)均勻磁場(chǎng)，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)，以以下圖。因?yàn)殡娮邮苈鍌惼澚=eBv作用，F(xiàn)的大小不變，方向與速度方向垂直，所以電子在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Rmvz（4）eB電子走開磁場(chǎng)后將沿圓切線方向飛出，直射抵達(dá)熒光屏。在偏轉(zhuǎn)角較小的電子束偏轉(zhuǎn)及聚焦實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)劃狀況下，近似的有l(wèi)Dtan（5）RL式中，l為磁場(chǎng)寬度，D為電子在熒光屏上亮點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)量（忽視熒光屏的微小曲折），L為從橫向磁場(chǎng)中心到熒光屏的距離。由此可得偏

6、轉(zhuǎn)量D與外加磁場(chǎng)B、加快電壓U2等的關(guān)系為DlBLe（6）2mU2實(shí)驗(yàn)中的外加橫向磁場(chǎng)由一對(duì)載流線圈產(chǎn)生，其大小為BK0nI（7）式中，0為真空中的磁導(dǎo)率，n為單位長(zhǎng)度線圈的匝數(shù)，I為線圈中的勵(lì)磁電流，K為線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)公式的修正系數(shù)（0K1）由此可得偏轉(zhuǎn)量D與勵(lì)磁電流I、加快電壓U2等的關(guān)系為0e（8）2mU2D與當(dāng)勵(lì)磁電流I（即外加磁場(chǎng)B）確準(zhǔn)時(shí)，電子束在橫向磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)量加速電壓U的平方根成反比。25、磁聚焦和電子荷質(zhì)比的丈量原理帶點(diǎn)粒子的電量與質(zhì)量的比值叫荷質(zhì)比，是帶電微觀粒子的基本參量之一。測(cè)定荷質(zhì)比的方法好多，本實(shí)驗(yàn)采納磁聚焦法。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

7、子流的軸線速率為2eU2v/（9）m式中，e，m分別為電子電荷量和質(zhì)量。若在一對(duì)偏轉(zhuǎn)極板大的交變電壓，則電子流經(jīng)過Y后就獲取一個(gè)與管軸垂直重量Y上加一個(gè)幅值不v。如暫不考慮電子軸向速度重量v/的影響，則電子在磁場(chǎng)的洛倫茲力F的作用下（該力與v垂直），在垂直于軸線的平面上作圓周運(yùn)動(dòng)，即該力起著向心力的作用，v2vF=evB=m/R，由此可獲取電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑RBe/m，v越大軌道半電子束偏轉(zhuǎn)及聚焦實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)劃徑亦越大，電子運(yùn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間（即周期）為T2R2eB（）vm10這說明電子的旋轉(zhuǎn)周期與軌道半徑及速率v沒關(guān)。若再考慮v/的存在，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)為一螺旋線。在一個(gè)周期內(nèi)，電子行進(jìn)距離

8、（稱螺距）為22mU2（11）hv/TeB因?yàn)椴煌瑯訒r(shí)辰電子速度的垂直重量v度不同樣，故在磁場(chǎng)的作用下，各電子將沿不同樣半徑的螺線行進(jìn)。但是，因?yàn)樗麄兯俣鹊钠叫兄亓縱/均同樣，所以電子在做螺線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們從同一點(diǎn)出發(fā)，只管各個(gè)電子的v各不同樣，但經(jīng)過一個(gè)周期后，它們又會(huì)在距離出發(fā)點(diǎn)相距一個(gè)螺距的地方從頭相遇，這就是磁聚焦的基本源理。由式（11）可得em82U2h2B2（12）長(zhǎng)直螺線管的磁感性強(qiáng)度B，可以由下式計(jì)算：B0NI（13）L2D2將式（13）代入式（12），可得電子荷質(zhì)比為：em82U2(L2D2)(0NIh)2（14）eU2（15）kmI2式中k82(L2D2)（16）(0Nh)2

9、本實(shí)驗(yàn)使用的電子束實(shí)驗(yàn)儀，108四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）開啟電子束實(shí)驗(yàn)儀電源開關(guān)電子束偏轉(zhuǎn)及聚焦實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)劃將“電子束荷質(zhì)比”選擇開關(guān)打向“電子束”地點(diǎn)，面板上全部可調(diào)旋鈕都旋至中部，此時(shí)在熒光屏上能看到一亮斑。適合調(diào)理輝度，并調(diào)理聚焦，使屏上光點(diǎn)聚成一圓點(diǎn)。（注：光點(diǎn)不可以太亮，免得燒壞熒光屏）（2）光點(diǎn)調(diào)零X軸調(diào)理調(diào)理“X軸調(diào)理”和“X軸調(diào)零”旋鈕，使光點(diǎn)位于X軸的中心圓點(diǎn)，且左、右偏轉(zhuǎn)的最大距離都湊近于滿格。Y軸調(diào)理用數(shù)字全能表電壓檔湊近于“Y偏電壓表”+、兩頭，遲緩調(diào)理“Y軸調(diào)理”旋鈕使數(shù)字全能表讀數(shù)為此后調(diào)理“Y軸調(diào)零”旋鈕使光點(diǎn)位于Y軸的中心原點(diǎn)。0，（3）丈量隨的變化調(diào)理陽極電壓旋鈕

10、，取定陽極電壓，用數(shù)字全能表分別測(cè)出時(shí)的（垂直電壓）值列表記錄。再取，再測(cè)為上述值時(shí)的值記錄表中。（4）丈量偏轉(zhuǎn)量隨磁偏轉(zhuǎn)電流的變化使亮光點(diǎn)回到Y(jié)軸的中心原點(diǎn)，取，用數(shù)字萬用表的檔丈量磁偏轉(zhuǎn)電流。列表記錄時(shí)的磁偏轉(zhuǎn)電流值，此后改變磁偏轉(zhuǎn)電流方向，再測(cè)時(shí)的磁偏轉(zhuǎn)電流值。再取，重復(fù)前面的丈量。（5）電子荷質(zhì)比的丈量把直流穩(wěn)壓電源的輸出端接到勵(lì)磁電流的接線柱上，電流值調(diào)到0，將“電子束荷質(zhì)比”開關(guān)置于“荷質(zhì)比”地點(diǎn)，此時(shí)熒光屏上出現(xiàn)一條直線，陽極電壓調(diào)到700V。此時(shí)若線較暗，則可將“輝度”旋鈕順時(shí)針增大至恰好能看清豎直亮線為止；在增大“陽極電壓”至1000V地點(diǎn)。若能達(dá)到1000V地點(diǎn)，則可固定“

11、輝度”旋鈕，開始正式丈量。漸漸加大勵(lì)磁電流使熒光屏上的直線一邊旋轉(zhuǎn)一邊縮短，直到變?yōu)橐粋€(gè)小亮點(diǎn)，讀取電流值，此后將將電流調(diào)回零。再將電流換向開關(guān)板到另一方，從頭從零開始增添電流使屏上直線反方向旋轉(zhuǎn)縮短，直到再獲取一個(gè)小亮點(diǎn)，讀取電流值。取其均勻值，以除去地磁等的影響。改變陽極電壓為800V,900V,1000V,重復(fù)上述步驟。電子束偏轉(zhuǎn)及聚焦實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)劃五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析辦理：1、電偏轉(zhuǎn)7500V151050-5-10-15-20209000V151050-5-10-15-2020繪制圖:當(dāng)陽極電壓為750V，電偏轉(zhuǎn)敏捷度；當(dāng)陽極電壓為900V，電偏轉(zhuǎn)敏捷度。結(jié)論:與電偏轉(zhuǎn)敏捷度為線性關(guān)系，且陽極電壓越高,電偏轉(zhuǎn)敏捷度越高。2、磁偏轉(zhuǎn)7500電子束偏轉(zhuǎn)及聚焦實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)劃V20151050-5-10-15-209000V20151050-5-10-15-20繪制圖：當(dāng)陽極電壓為750V，電偏轉(zhuǎn)敏捷度；當(dāng)陽極電壓為900V，電偏轉(zhuǎn)敏捷度。結(jié)論:與磁偏轉(zhuǎn)敏捷度為線性關(guān)系，且陽極電壓越高,電偏轉(zhuǎn)敏捷度越低。3、電子比荷（的公認(rèn)值：）750V800V900V100