1、南昌大學(xué)物理實驗報告 課程名稱： 大學(xué)物理實驗（下）_實驗名稱： 電子束的偏轉(zhuǎn)和聚焦現(xiàn)象 學(xué)院： 信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 實驗地點： 基礎(chǔ)實驗大樓B213 座位號： 實驗時間： 第11周星期三下午三點四十五分_ 一、實驗?zāi)康模?、了解示波管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；2、定量分析電子束在勻強電場作用下的偏轉(zhuǎn)情況和在均勻磁場作用下的偏轉(zhuǎn)情況；3、學(xué)會規(guī)范使用數(shù)字萬用表；4、學(xué)會磁聚焦原理測量電子的荷質(zhì)比的方法。2、 實驗原理：1、示波管的基本結(jié)構(gòu)陽極電壓U2：改變電子束的加速電壓的大小。聚焦電壓U1：用以調(diào)節(jié)聚焦極A1上的電壓以調(diào)節(jié)電極附近區(qū)域的電場分布，從而調(diào)節(jié)電子束的聚焦和散

2、焦。柵極電壓UG（輝度）：用以調(diào)節(jié)加在示波管控制柵極上的電壓大小，以控制陰極發(fā)射的電子數(shù)量，從而控制熒光屏上光點的輝度。UdX偏轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)：-80V80V。調(diào)零X：用來調(diào)節(jié)光點水平距離。UdY偏轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)：-8080V。調(diào)零Y：用來調(diào)節(jié)光點上下距離。2、電聚焦電子射線束的聚焦是電子束管必須解決的問題。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動，同時又受柵極產(chǎn)生的負(fù)電場作用只有一部分電子能夠通過柵極小孔而飛向陽極。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，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

3、極射向熒光屏。所以調(diào)節(jié)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，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，聚焦陽極和第二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)電子在均勻電場內(nèi)以從平行于板的方向進(jìn)入電場，在電場力的作用下，在方向（垂直方向）產(chǎn)生偏離位移。偏轉(zhuǎn)電壓（平行板間電

4、位差） 板間距離 板長電子離開電場后不受電場力作用，將作勻速直線運動，等效直接從A點（板中點位置）直接射出（如圖b所示），故 令有 如果加速電壓為U2 示波管的Y方向電偏轉(zhuǎn)靈敏度： 在X方向同理4、磁偏轉(zhuǎn)5、加速場對電子所做的功等于電子動能的增量電子受洛倫茲力為根據(jù)洛倫茲力的性質(zhì)，是一個向心力，則電子偏轉(zhuǎn)的軌道半徑為在偏轉(zhuǎn)角較小時，近似的有由此可得偏轉(zhuǎn)量D與外加磁場B、加速電壓U2等的關(guān)系為實驗中的外加橫向磁場由一對載流線圈產(chǎn)生，其大小為式中為真空中的磁導(dǎo)率，為單位長度線圈的匝數(shù)，為線圈中的激勵電流，為線圈產(chǎn)生磁場公式的修正系數(shù)。由此有當(dāng)勵磁電流I（即外加磁場B）確定時，電子束在橫向磁場中的偏

5、轉(zhuǎn)量D與加速電壓U2的平方根成反比。磁偏轉(zhuǎn)靈敏度： 6、磁聚焦在示波管外套一個同軸的螺線管，當(dāng)給螺線管通以穩(wěn)恒直流電時，其內(nèi)部形成一個軸向磁場。若螺線管足夠長，則可認(rèn)為內(nèi)部為勻強磁場。電子進(jìn)入勻強磁場后，將會以軸向速度作勻速直線運動。同時以徑向速度作勻速圓周運動。其合運動是一個螺旋線運動。由于勻速圓周運動周期與垂直無關(guān)。故只要電子的軸向速度相同，經(jīng)過整數(shù)周期后會聚焦于熒光屏上的一點，這就是磁聚焦。電子作螺旋運動的螺距： 7、電子荷質(zhì)比的測量從前面的討論可知，電子的軸向速度由加速電壓決定(電子離開陰極時的初速度相對來說很小，可以忽略)，故有 可見電子在勻強磁場中運動時，具有相同的軸向速度，但由于

6、電子發(fā)射方向各異，導(dǎo)致徑向速度不同。因此他們在磁場中將作半徑不同但螺距相同的螺線運動，經(jīng)過時間T后，在相同的地方聚焦。調(diào)節(jié)磁場B的大小，使螺距正好等于電子束交叉點到熒光屏的距離L0，這時熒光屏上的光斑就匯聚成一個小點。3、 實驗儀器：DZS-D電子束實驗儀、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬能表、導(dǎo)線四、實驗步驟 1、開啟電子束實驗儀電源開關(guān)將“電子束荷質(zhì)比”選擇開關(guān)打向“電子束”位置，面板上一切可調(diào)旋鈕都旋至中部，此時在熒光屏上能看到一亮斑。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。（主：光點不能太亮，以免燒壞熒光屏） 2、光點調(diào)零 X軸調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)“X 軸調(diào)節(jié)”和“X 軸調(diào)零”旋鈕，使光點位于 X

7、軸的中心圓點，且左、右偏轉(zhuǎn)的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 軸的中心原點。 3、測量D隨Ud的變化 調(diào)節(jié)陽極電壓旋鈕，取定陽極電壓 U2=700V，用數(shù)字萬能表分別測出D=5， 10，15，20mm 時的 Ud（垂直電壓）值列表記錄。再取U2=900V，再測D為上述值時的 Ud值記錄表中。 4、測量偏轉(zhuǎn)量D隨磁偏轉(zhuǎn)電流I的變化 使亮光點回到 Y 軸的中心原點，取 U2=700V，用數(shù)字萬用表的 mA 檔測量磁偏轉(zhuǎn)電流。列表記錄 D=5，10，15，20m

8、m 時的磁偏轉(zhuǎn)電流值，然后改變磁偏轉(zhuǎn)電流方向，再測 D=-5，-10，-15，-20mm 時的磁偏轉(zhuǎn)電流值。再取 U2=900V，重復(fù)前面的測量。 5.電子荷質(zhì)比的測量把直流穩(wěn)壓電源的輸出端接到勵磁電流的接線柱上，電流值調(diào)到0，將“電子束荷質(zhì)比”開關(guān)置于“荷質(zhì)比”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看清豎直亮線為止；在增大“陽極電壓”至1000V位置。若能達(dá)到1000V位置，則可固定“輝度”旋鈕，開始正式測量。 （1）開始測量 e/m，逐漸加大勵磁電流使熒光屏上的直線一邊旋轉(zhuǎn)一邊縮短，直到變成一個小亮點，讀取電流值，然后將將

9、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，以消除地磁等的影響。 （2）改變陽極電壓為 800V,900V,1000V,重復(fù)步驟（1）五、實驗數(shù)據(jù)與處理：1.電偏轉(zhuǎn)D/mm20151050-5-10-15-20700VUd/V-17.79-13.28-9.16-4.7404.068.6613.3817.79900VUd/V-21.90-16.84-11.02-5.1605.6411.6817.1122.25700V時，靈敏度為900V時，靈敏度為2.磁偏轉(zhuǎn)D/mm20151050-5-10-15-20700VI/mA82.7062.5041.6017.500-18.90-43.90-63.60-84.30900VI/mA90.1067.8045.3022.600-22.55-47.95-68.80-89.40700V時，靈敏度為=0.2391mm/mA900V時，靈敏度為=0.2206mm/mA3、 磁聚焦和電子荷質(zhì)比的測量 U II正/AI反/A700V1.461.45800V1.571.57900V1.651.641000V1.751.74em=82U2