th-eb型电子束实验仪实验指导书

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1、TH-EB型电子束实验仪实验指导书电子束实验带电粒子在电场和磁场作用下的运动是电学组成的基础。带电粒子通常包括质子、离子、和自由电子等，其中电子具有极大的荷质比和极高的运动速度。因此，在各种分支学科中得到了极其广泛的应用。众所周知，快速运动的电子会在阴极射线管的荧光屏上留下运动的痕迹，可以利用观察此光迹的方法来研究电子在电场和磁场中的运动规律。本实验仪采用的阴极射线管为8SJ31J示波管。以此管中轴线为基准线（Z轴方向），所施加的电场可分为纵向电场（可分加速电场和聚焦电场），横向电场（可分水平和垂直偏转电场，即X轴方向电场和Y轴方向电场）；所施加的磁场可分为纵向磁场（聚焦磁场）和

2、横向磁场（水平偏转磁场）。通过对上述各电场与磁场的组合，实验仪可完成电聚焦特性的测定，水平电偏转灵敏度的测定，垂直电偏转灵敏度的测定，磁偏转灵敏度的测定，截止栅偏压的测定等实验。利用纵向磁场聚焦法可测定电子荷质比e/m，同时还可观察在纵向磁场的作用下，电子束旋转式前进并聚焦的特性。目录实验一电子束的电偏转与磁偏转….…….…….…….…….…….……实验二电子束的电聚焦与磁聚焦及电子荷质比e/m的测定…….…附录TH-EB型电子束实验仪使用说明书…….…….…….…….…实验一电子束的电偏转与磁偏转一、实验目的1．了解阴极射线管内灯丝F、阴极K、栅极G、第一阳极（聚焦极）A1和第

3、二阳极（加速极）A2、水平偏转板H1、H2、垂直偏转板V1、V2的结构与作用。2．掌握电子束在外加电场和磁场作用下偏转的原理和方式。3．观察电子束的电偏转和磁偏转现象，测定电偏转灵敏度、磁偏转灵敏度、截止栅偏压。三、实验仪器1．TH-EB型电子束实验仪。2．示波管组件。3．0~30V可调直流电源（带输出显示）。4．数字万用表。三、实验原理1．电偏转原理（电子的加速和偏转）电子束电偏转原理如图（1）所示。我们把电子看成带有单位负电荷的经典粒子，在电场中要受到电场力（服从库仑定律）的作用，好比物体在重力场中要受到重力（服从牛顿万有引力定律）的作用一样。如果电子的运动方向和电场方向相反

4、，如在加速电极上加正电压，那么电子将被加速。如果电子的运动方向和电场方向垂直，如加上偏转电压，那么电子将被偏转。我们选取直角坐标系来研究电子的运动。图（1）电子束电偏转原理设电子刚从阴极逸出时速度很小，其动能可忽略不计。但在加速电场作用下，动能不断增大，根据能量守恒定律，动能的增量应等于它在加速电场中位能的减小，它应满足下列能量关系：2eVA?1/2mv（1）则v?2eVAm（2）式中e为电子电量，VA为加速电压，m为电子质量，v为电子从加速极射出的速度。通常在示波管的偏转板上加偏转电压V，当加速后的电子以速度v沿x方向进入偏转板后，受到偏转电场E（y轴方向）的作用，电场方向和运

5、动方向垂直，电子一方面仍然以v速度继续向前作匀速运动，另一方面受电场力FE的作用FE?eE?eVd（3）式中E为偏转电场强度，d为偏转板两板之间距离。结果是抛物线运动，这就象平抛物体运动一样，使电子的运动轨迹发生偏转。假定偏转电场在偏转板l范围内是均匀的，电子将作抛物线运动。当电子离开偏转板后，即在偏转板外，电场为零，电子不受力，作匀速直线运动。当电子离开偏转板时，设它的运动方向和x轴成φ角，则tan??vE（4）v式中vE为电子离开偏转板时在y轴方向的速度。电子在偏转板之间穿过时，假定所用时间为t，在t时间内电子在电场E的作用下，动量增加mvE，根据动量定理，应等于FE的冲量，

6、则mvE?FEt?eVdt（5）即vE?em?Vdt（6）由于t是电子以速度v穿过偏转板所用的时间，则v?（7）tl将（6）、（7）式代入（4）式，得tan??vEv?emdl?V2t（8）将（2）式代入（6）式，解得t?l2eVAm（9）将（9）式代入（8）式，得tan??vVA?l2d（10）当电子从偏转板出来后沿直线运动，直线的倾角φ就是电子离开偏转区后的运动方向。当偏转电压V=0时，电子束受偏转电场力作用应打在屏的中心，当V≠0时，电子打在屏上的距离为D，则tan??DL（11）式中L为偏转板中心与屏的距离（忽略荧光屏的微小弯曲）。将（10）式代入（11）式，解得：D?L

7、tan??LvVA?l2d（12）令Ke?Ll2d，则荧光屏上电子束的偏转距离D可以表示为vVAD?Ke(13)式中V为偏转电压，VA为加速电压，Ke是一个与示波管结构有关的常数，称为电偏转常数。为了反映电偏转的灵敏程度，定义?电?DV?KeVA(14)?电称为电偏转灵敏度，用mm/V为单位。?电越大，电偏转的灵敏度越高。从（14）式中可知，因ke为常数，则电偏转灵敏度?电与加速电压VA成反比（VA大，电子动量大，速度快，经过偏转时间t短，偏转量小）。则D??电V（15）从（15