电子束偏转实验

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1、实验十电子朿实验Experiment10Electronbeamexperiment随着近代科学技术的发展，电子技术的应用己深入到各个领域，例如电子射线在电磁场中偏转和聚焦的规律，己在示波器、显像管、扫描电子显微镜等仪器设备中广泛应用。带电粒子在电场和磁场中运动规律，己成为掌握现代科学技术必不可少的基础知识。本实验研宂电子在各种电场和磁场中的运动规律，了解电子束实验仪的结构和原理。实验目的Experimentalpurpose1.了解电场对电子加速的原理，掌握电子束在横向均匀电场作用下偏转的规律。2.了解电子束在横向磁场作用不偏转原理及规律。3.掌握高压万用表及电子束实验仪的使用方法

2、。实验原理Experimentalprinciple示波器和电视机中用来显示图象的示波管都属于电子束管，都有产生电子束的系统和对电子束进行加速、聚焦、偏转和强度控制等系统。本实验分别讨论电子束的偏转特性及测量方法。1.不波管简介Briefintroductionoscillometer示波管的内部构造如图1所示，玻璃壳里抽成真空。接通电源后，灯丝发热，阴极发射电子。栅极加上相对于阴极的负电压，其作用有：一是调节栅压的大小以便控制阴极发射电子的强度，所以栅极也叫控制极；二是栅极电压和第一阳极电压构成一定的空间电位分布，使得由阴极发射的电子束在栅极附近形成一交叉点（实际是最一小截面），图

3、屮F为灯丝，K为阴极，G为栅极，AhA2分别为第一、第二阳极，第一、第二阳极的作用一方面构成聚焦电场，使得由阴极发射的电子在聚焦电场的作用下又会聚起来；另一方而使电子加速。电子以高速打在荧光屏上使其发光，光亮度取决于达到荧光屏的电子数目和电子速度，改变栅压及加速电压的大小都可控制光点的亮度。纵、横偏转板Y、X是两对相互垂直的平行板，偏转电子枪1r-偏转系统—

4、焚光屏亮度聚焦辅助聚焦&+板上加以不同的电压，用来图1示波管的结构控制荧光屏上光点的位置。因此可用示波管观察各种电压信号的波形。示波管的内表而涂有石墨导电极，叫做屏蔽极，它与第二阳极连接在一起。使荧光屏受到电子轰击而产生的二次电

5、子由石墨导电层流入供电回路，避免荧光屏附近电荷积聚。这样，电子进入第二阳极后就在一个等电位的空间中运动。1.电子束在电场中的加速和偏转Electronicbeamsaccelerateanddeflectintheelectricfield电子从阴极发射出来认为其初速度为零，经加速电场（其加速电压为u2）加速后，电子从电子枪“枪口”（最后一个加速电极人2的小孔）射出时的速度为—mv27=eU?222在纵向位移距离s之间关系（x偏转板在示波管的两块偏转板加上电压时，通过两板之间的电子束将受电场力的作用，电子束的运动方向发生偏转，现只研宄y偏转板上所加电压ud与电子束射到屏上光点类同)。

6、如图所示，令Z轴沿阴极射线管的轴线方向，从荧光屏看X轴为水平方向，Y轴为垂直方向。设r偏转板两板间距为^/，电位差为ud。可将r偏转板看作是平行板电容器，则两板间的电场强度是：E=^(2)'d电子以速度K沿Z轴方向垂直射入电场Ey中，则电子受电场力的作用，产生加速度:(3)fy_=^Lmmd由于电子在Z轴方向上不受力的作用，所以电子在垂直于电场方向上作匀V)速直线运动，电子从Y板左端运动到右端的吋间为再从右端运动到屏的时间是：门=上。电子在平行于电场方向是初速为零的匀加速运动，所以,(4)电子离开板的右端时的垂直位移:、2md)kJ12%了A在A点的垂直向下速度为:Vy=aylb(e

7、uAI)UJ(5)电子离开板的右端时不再受电场力的作用，作匀速直线运动，到达屏上的垂直位移是y2(eU(l11J电子在屏上的总位移:图3偏转的磁场h，L々l（W板的中心到醐距离）’由于⑽卜叫，所以:bL2dU2Ud此式表明，偏转量3随11（1增加而增加，还与L成正比，与d成反比。U2增大时V。增大，偏转场作用时间减小，偏转量S随就减小。电偏转灵敏度定义：在偏转板上作用单位偏转电压，所引起的电子束在荧光屏上光点偏转的距离大小，即：(9)S_bL2U2d么一，般以mm/v为单位。么与加速电压U2成反比，要获得较高的灵敏度,应使U2较小，一般加速电压U2取1〜2kV。3.电子束在磁场中的

8、偏转Electronicbeamsdeflectinthemagneticfield如果在垂直于Z轴的X方向上设置一个恒定的均匀磁场B,那么以速度vz飞行的电子y方向也将发生偏转，如图3所示。电子速度vz*能量关系得到-mv：=eU,（10）222假定使电子偏转的磁场在1范围内均匀分布，则电子受到的洛伦兹力大小不变，方向垂直于速度，因而，电子做匀速圆周运动，洛伦兹力就是向心力，所以电子旋转的半径777VmvzV’R-^(11)当电子飞到A点时，将沿着切线方