电子偏转.txt

一、实验目的
（1）通过实验深刻理解带电粒子在电场和磁场中的运动规律
（2）了解示波管的结构和原理。
（3）研究示波管中电子的电偏转、磁偏转及电聚焦规律
（4）学习电子的粒子性和波动性，拓展其在电子管、示波器、电子显微镜等领域中的应用。
二、实验原理
1.电子在横向电场作用下的运动—电子束的电偏转原理六阶电子束的电偏
电子从阴极发射出来时，可以认为它的初速度为零。电子枪内阳极A2相对阴极K具有几百甚至几千伏的加速正电位U2。它产生的电场使电子沿轴向加速。电子从速度为0到达A2时的速度为v。由能量关系有
所以设电子的速度方向为Z，电场方向为Y（或X）轴。当电子进入平行板空间时，to=0电子速度为v，此时有vz=，y=0。设平行板的长度为l，电子通过l所需的时间为t，则有
电子在平行板间受电场力的作用，电子在与电场平行的方向产生的加速度为ay-eE/m其中e为电子的电量，m为电子的质量。负号表示ay方向与电场方向相反当电子射出平行板时，在y方向电子偏离轴的距离
将t=l/v代入，得
过阳极A2的电子具有v的速度进入两个相对平行的偏转板间。若在两个偏转板上加上电压Ua，两个平行板间距离为d，则平行板间的电场强度E=Ud/d，电场强度的方向与电子速度v的方向相互垂直，如图3-16-2所示。再将v=√2eU2m代入，得
由图3-16-2可以看出，电子在荧光屏上偏转距离D为D=Y1+Ltan ，将式（3-16-3）和式（3-16-4）代入得
从式（3-16-5）可看出，偏转量D随U增加而增加，与（1/2）+成正比。偏转量与U2和d成反比。
可见，当加速电压U2一定时，偏转距离与偏转电压成线性关系。为了反映电偏转的灵敏程度，定义δ电称为电偏转灵敏度，单位为毫米/伏。δ电越大表示电偏转系统的灵敏度越高
因此电场偏转的特点是:电子束线偏离Z轴（即荧光屏中心）的距离与偏转板两端的电压成正比，与加速极的加速电压成反比
2.电子在横向磁场作用下的运动—电子束的磁偏转原理
电子束磁偏转原理如图3-16-3所示
由洛仑兹力和牛顿第二定律得可得电子离开磁场区域与Z轴偏斜了θ角度，由图3-16-3中的几何关系得电子束离开磁场区域时，距离Z轴的距离a为电子束在荧光屏上离开Z轴的距离为量，出（-8）发如果偏转角度足够小，则可取下列近似:则总偏转距离为
又因为电子在加速电压U2的作用下，加速场对电子所做的功全部转变为电子的动能，则即代入式（3-16-7），得式（3-16-8）说明，磁偏转的距离与所加磁感应强度B成正比，与加速电压的平方根成反比。
由于偏转磁场是由一对平行线圈产生的，所以有
式中:I是励磁电流，K是与线圈结构和匝数有关的常数。代入式（3-16-8），得由于式中除加速电压U2外其它量都是常数，故可写成
式中:km为磁偏常数。可见，当加速电压一定时，位移与励磁电流成线性关系。为了描述磁偏转的灵敏程度，定义
磁称为磁偏转灵敏度，单位为毫米/安培。同样，δ磁越大，磁偏转的灵敏度越高。
三、实验仪器
dZS-D型电子束实验仪的面板如图3-16-4所示
四、实验内容
1.调节
（1）开启电源，将“电子束一荷质比”择开关扳向“电子束”位置，辉度适当调节，并调节聚焦，使屏上光点聚成一细点。应注意:光点不能太亮，以免烧坏荧光屏
（2）光点调零，将“X输出”的两插孔和电偏转电压表的两输入插孔相连接，调节“X调节”旋钮，使电压表的指针在零位，再调节“X调零”旋钮，使光点位于示波管垂直中线上，同X调零一样，将Y调节后，光点位于示波管的中心原点
2.测量电偏转量D随U（Uay）的变化
调节阳极电压旋钮，给定阳极电压U2。将电偏转电压表并在电偏转输出的两插孔上分别测量横向电U（Uay），改变阳极电压U2，再各测两组数据，分别记入表3-16-1和表3-16-2中。
3.测量磁偏转量D随Im的变化
（1）光点调零:通过调节“X调零”和“Y调零”旋钮，使光点位于Y轴的中心原点。
（2）给定U2，将“磁偏转电流表”、“磁偏转电源输出”和“磁偏转线圈”（电子管右侧面）串联起来，当磁偏电流调节为0时，光点位于Y轴的中心原点；调节“磁偏电流调节”旋钮，改变磁偏电流的大小，测量一组D（如0~16mm）和对应的I值。改变磁偏电流方向（“磁偏转线圈”两根插头交换），注意此时磁偏转电流调节为0时，光点位于Y轴的中心原点再测反方向的D和对应的I值（此时电流应记为负值）。改变阳极电压U2，再各测两组分别记入表3-16-3中。
五、数据记录与处理
1.依据表3-16-1，用U2=1000V和U2=800V的两组数据在同一个坐标系中作D-U曲线，并从图中取点求出两条直线的斜率，此斜率Ex=△D/△Ux即为X轴的电偏转灵敏度。比较偏转灵敏度x和加速电压U2的对应关系（要求作图的数据表格、计算过程及比较结果均在坐标纸上完成）。
2.依据表3-16-2和表3-16-3，同上分别作D-Uy和D-I曲线，并求出Y轴的
电偏转灵敏度Ey=△D/△Udy和磁偏转灵敏度8m=/m比较偏转灵敏度和加速电压U2的对应关系。要求求灵敏度的整个过程直接写在坐标纸上。