實(shí)驗(yàn)十三電子束線的電偏轉(zhuǎn)與磁偏轉(zhuǎn)

1、實(shí)驗(yàn)十三 電子束線的電偏轉(zhuǎn)與磁偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律。e Y+-+-lL0SZ-+圖4171d2了解電子束線管的結(jié)構(gòu)和原理。實(shí)驗(yàn)儀器SJSS2型電子束實(shí)驗(yàn)儀。實(shí)驗(yàn)原理在大多數(shù)電子束線管中，電子束都在互相垂直的兩個(gè)方向上偏移，以使電子束能夠到達(dá)電子接受器的任何位置，通常運(yùn)用外加電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方法實(shí)現(xiàn)，如示波管、顯像管等器件就是在這個(gè)基礎(chǔ)上運(yùn)用相同的原理制成的。1電偏轉(zhuǎn)原理電偏轉(zhuǎn)原理如圖4171所示。通常在示波管（又稱電子束線管）的偏轉(zhuǎn)板上加上偏轉(zhuǎn)電壓V，當(dāng)加速后的電子以速度v沿Z方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)板后，受到偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)E（Y軸方向）的作用，使電子的運(yùn)動(dòng)軌道發(fā)生偏移。假定偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)在

2、偏轉(zhuǎn)板l范圍內(nèi)是均勻的，電子作拋物線運(yùn)動(dòng)，在偏轉(zhuǎn)板外，電場(chǎng)為零，電子不受力，作勻速直線運(yùn)動(dòng)。在偏轉(zhuǎn)板之內(nèi) （4171）式中v為電子初速度，Y為電子束在Y方向的偏轉(zhuǎn)。電子在加速電壓VA的作用下，加速電壓對(duì)電子所做的功全部轉(zhuǎn)為電子動(dòng)能，則。將EVd和v2代入（4171）式，得 電子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)時(shí)，電子運(yùn)動(dòng)的軌道與Z軸所成的偏轉(zhuǎn)角的正切為 （4172）設(shè)偏轉(zhuǎn)板的中心至熒光屏的距離為L(zhǎng)，電子在熒光屏上的偏離為S，則 代入（4172）式，得1 / 6 （4173）由上式可知，熒光屏上電子束的偏轉(zhuǎn)距離S與偏轉(zhuǎn)電壓V成正比，與加速電壓VA成反比，由于上式中的其它量是與示波管結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)故可寫成 （4174

3、）ke為電偏常數(shù)?？梢?jiàn)，當(dāng)加速電壓VA一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)電壓呈線性關(guān)系。為了反映電偏轉(zhuǎn)的靈敏程度，定義 （4175）稱為電偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為毫米/伏。越大，表示電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的靈敏度越高。2磁偏轉(zhuǎn)原理磁偏轉(zhuǎn)原理如圖4172所示。通常在示波管的電子槍和熒光屏之間加上一均勻橫向偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，假定在l范圍內(nèi)是均勻的，在其它范圍都為零。當(dāng)電子以速度v沿Z方向垂直射入磁場(chǎng)B時(shí)，將受到洛侖磁力的作用在均勻磁場(chǎng)B內(nèi)電子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為R，電子穿出磁場(chǎng)后，將沿切線方向作勻速直線運(yùn)動(dòng)，最后打在熒光屏上，由牛頓第二定律得eS0圖4172RRZYLl 或 電子離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域與Z軸偏斜了角度，由圖4172中的幾何

4、關(guān)系得 電子束離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，距離Z軸的大小是 電子束在熒光屏上離開(kāi)Z軸的距離為 如果偏轉(zhuǎn)角度足夠小，則可取下列近似 和 則總偏轉(zhuǎn)距離 又因?yàn)殡娮釉诩铀匐妷篤A的作用下，加速場(chǎng)對(duì)電子所做的功全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮拥膭?dòng)能，則 代入（4176）式，得 （4177）上式說(shuō)明，磁偏轉(zhuǎn)的距離與所加磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，與加速電壓的平方根成反比。由于偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是由一對(duì)平行線圈產(chǎn)生的，所以有 式中I是勵(lì)磁電流，K是與線圈結(jié)構(gòu)和匝數(shù)有關(guān)的常數(shù)。代入（4177）式，得 （4178）由于式中其它量都是常數(shù)，故可寫成 （4179）km為磁偏常數(shù)。可見(jiàn)，當(dāng)加速電壓一定時(shí)，位移與電流呈線性關(guān)系。為了描述磁偏轉(zhuǎn)的靈敏程度，定義 （4

5、1710）稱為磁偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為毫米/安培。同樣，越大，磁偏轉(zhuǎn)的靈敏度越高。儀器描述SJSS2型電子束實(shí)驗(yàn)儀mAV10020304050KV11.520.50高壓調(diào)節(jié)電偏電壓輔助聚焦V2聚焦V1輝度功能選擇Y偏X偏電聚磁聚磁偏Y移位勵(lì)磁電源開(kāi)X移位高壓電源開(kāi)插頭指示勵(lì)磁電流磁聚電源1電源1磁聚磁偏磁偏陰極柵極電源指示電源2電源2 Y YX XV1A1A2V2圖4173本實(shí)驗(yàn)所采用儀器是SJSS2型電子束實(shí)驗(yàn)儀，如圖4173所示。該儀器主要由示波管、顯示電路、勵(lì)磁電路、測(cè)量電路、電源等部分組成。儀器板面上各旋鈕、電表的作用如下：輝度：用來(lái)改變加在控制柵板G上的電壓，以調(diào)節(jié)屏上亮點(diǎn)的亮度。聚焦：

6、用來(lái)改變加在第一陽(yáng)極A1上的電壓，以調(diào)節(jié)屏上亮點(diǎn)的粗細(xì)。輔助聚焦： 用來(lái)改變加在第二陽(yáng)極A2上的電壓與“聚焦”旋鈕配合使用，調(diào)節(jié)屏上亮點(diǎn)的粗細(xì)。高壓調(diào)節(jié)：用來(lái)改變示波管各電極的電壓大小，但不改變各電極的電壓比。電偏轉(zhuǎn)：用來(lái)改變加在垂直（或水平）偏轉(zhuǎn)板上的電壓，以調(diào)節(jié)屏上亮點(diǎn)的上下（或左右）位置。功能選擇：用于選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。勵(lì)磁電流：用于調(diào)節(jié)磁聚焦線圈中，或磁偏轉(zhuǎn)線圈中的電流大小。KV表：用以直接指示V2電壓的大小。mAV表：經(jīng)“功能選擇”開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，可以分別測(cè)量聚焦電壓V1（量程為050V×15），電偏電壓（量程為050V×3），磁聚勵(lì)磁電流（050mA×20），

7、磁偏勵(lì)磁電流（量程為050mA×1）。插頭指示（安全指示）：用于指示儀器是否處于安全使用狀態(tài)，其作用與驗(yàn)電筆相似，手觸指示燈管時(shí)，若指示燈發(fā)亮，則表明是安全的。本儀器使用時(shí)，周圍應(yīng)無(wú)其它強(qiáng)磁場(chǎng)存在，儀器應(yīng)南北方向測(cè)試，避免地磁場(chǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1電偏轉(zhuǎn)（1）將“功能選擇”置于X或Y電偏位置，按圖4174（X電偏接線）或圖4175（Y電偏接線）插入導(dǎo)聯(lián)線。（2）接通“高壓電源開(kāi)”，調(diào)節(jié)“高壓調(diào)節(jié)”，“輔助聚焦V2”，將V2調(diào)節(jié)至最大值，保持輝度適中，調(diào)節(jié)V1聚焦。YX電源2電源2XYA2A1V2V1圖4174圖4175YXY電源2電源2V2A2A1V1X（3）將“電偏電壓”調(diào)節(jié)至最小，

8、調(diào)節(jié)“X位移”、“Y位移”，使光點(diǎn)移至坐標(biāo)原點(diǎn)。（4）保持“輝度”、V1、V2不變，調(diào)節(jié)“電偏電壓”，使光點(diǎn)朝X（或Y）方向偏轉(zhuǎn)，每偏5mm讀取相應(yīng)的電偏電壓V及S。根據(jù)測(cè)出的S、V值，作出SV圖線，驗(yàn)證SV為線性正比關(guān)系。（5）改變電源極性，可改變X（或Y）的偏轉(zhuǎn)方向，如圖中虛線連接，分別測(cè)出S、V數(shù)據(jù)。（6）數(shù)據(jù)記錄。X 偏移方向自屏中心向左自屏中心向右偏轉(zhuǎn)電壓V（伏）偏移量S（毫米）510152025510152025偏轉(zhuǎn)靈敏度（毫米/伏）偏轉(zhuǎn)靈敏度平均值（毫米/伏）Y偏移方向自屏中心向上自屏中心向下偏轉(zhuǎn)電壓V（伏）偏移量S（毫米）510152025510152025偏轉(zhuǎn)靈敏度（毫米/伏

9、）偏轉(zhuǎn)靈敏度平均值（毫米/伏）2磁偏轉(zhuǎn)圖4176磁聚磁聚磁偏磁偏電源1電源1V2A2A1V1XYXY電源2電源2（1）將“功能選擇”置于磁偏轉(zhuǎn)位置，接圖4176插入導(dǎo)聯(lián)線。（2）接通“高壓電源開(kāi)”，將V2調(diào)至最大，調(diào)節(jié)V1使光點(diǎn)聚焦，保持輝度適中，調(diào)節(jié)X位移，使光點(diǎn)位于坐標(biāo)Y軸某點(diǎn)ys，并以該點(diǎn)為新的坐標(biāo)原點(diǎn)。（3）“勵(lì)磁電流”復(fù)位到零，接通“勵(lì)磁電源開(kāi)”順時(shí)針?lè)较蛘{(diào)節(jié)“勵(lì)磁電流”使光點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，讀取不同偏轉(zhuǎn)量S及其對(duì)應(yīng)的I值，作出SI圖線，驗(yàn)證SI為線性正比關(guān)系。（4）改變電源極性（即改變偏轉(zhuǎn)線圈中的電流方向），如圖中虛線連接，可作反向磁偏轉(zhuǎn)，測(cè)出S、I數(shù)據(jù)。（5）由測(cè)出的各組S、I值，求出各組的偏轉(zhuǎn)靈敏度，然后再求其算術(shù)平均值，得出本儀器的偏轉(zhuǎn)靈敏度。（6）記錄數(shù)據(jù)偏轉(zhuǎn)方向自屏中心向上自屏中心向下勵(lì)磁電流I (毫安)偏移量S(毫米)磁偏轉(zhuǎn)靈敏度（