电子束线的电偏转与磁偏转.doc

实验十七 电子束线的电偏转与磁偏转实验目的1研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律。e Y+-+-lL0SZ-+图4171d2了解电子束线管的结构和原理。实验仪器SJSS2型电子束实验仪。实验原理在大多数电子束线管中，电子束都在互相垂直的两个方向上偏移，以使电子束能够到达电子接受器的任何位置，通常运用外加电场和磁场的方法实现，如示波管、显像管等器件就是在这个基础上运用相同的原理制成的。1电偏转原理电偏转原理如图4171所示。通常在示波管（又称电子束线管）的偏转板上加上偏转电压V，当加速后的电子以速度v沿Z方向进入偏转板后，受到偏转电场E（Y轴方向）的作用，使电子的运动轨道发生偏移。假定偏转电场在偏转板l范围内是均匀的，电子作抛物线运动，在偏转板外，电场为零，电子不受力，作匀速直线运动。在偏转板之内 （4171）式中v为电子初速度，Y为电子束在Y方向的偏转。电子在加速电压VA的作用下，加速电压对电子所做的功全部转为电子动能，则。将EVd和v2代入（4171）式，得 电子离开偏转系统时，电子运动的轨道与Z轴所成的偏转角的正切为 （4172）设偏转板的中心至荧光屏的距离为L，电子在荧光屏上的偏离为S，则 代入（4172）式，得 （4173）由上式可知，荧光屏上电子束的偏转距离S与偏转电压V成正比，与加速电压VA成反比，由于上式中的其它量是与示波管结构有关的常数故可写成 （4174）ke为电偏常数。可见，当加速电压VA一定时，偏转距离与偏转电压呈线性关系。为了反映电偏转的灵敏程度，定义 （4175）称为电偏转灵敏度，单位为毫米/伏。越大，表示电偏转系统的灵敏度越高。2磁偏转原理磁偏转原理如图4172所示。通常在示波管的电子枪和荧光屏之间加上一均匀横向偏转磁场，假定在l范围内是均匀的，在其它范围都为零。当电子以速度v沿Z方向垂直射入磁场B时，将受到洛仑磁力的作用在均匀磁场B内电子作匀速圆周运动，轨道半径为R，电子穿出磁场后，将沿切线方向作匀速直线运动，最后打在荧光屏上，由牛顿第二定律得eS0图4172RRZYLl 或 电子离开磁场区域与Z轴偏斜了角度，由图4172中的几何关系得 电子束离开磁场区域时，距离Z轴的大小是 电子束在荧光屏上离开Z轴的距离为 如果偏转角度足够小，则可取下列近似 和 则总偏转距离 又因为电子在加速电压VA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 代入（4176）式，得 （4177）上式说明，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（4177）式，得 （4178）由于式中其它量都是常数，故可写成 （4179）km为磁偏常数。可见，当加速电压一定时，位移与电流呈线性关系。为了描述磁偏转的灵敏程度，定义 （41710）称为磁偏转灵敏度，单位为毫米/安培。同样，越大，磁偏转的灵敏度越高。仪器描述SJSS2型电子束实验仪mAV10020304050KV11.520.50高压调节电偏电压辅助聚焦V2聚焦V1辉度功能选择Y偏X偏电聚磁聚磁偏Y移位励磁电源开X移位高压电源开插头指示励磁电流磁聚电源1电源1磁聚磁偏磁偏阴极栅极电源指示电源2电源2 Y YX XV1A1A2V2图4173本实验所采用仪器是SJSS2型电子束实验仪，如图4173所示。该仪器主要由示波管、显示电路、励磁电路、测量电路、电源等部分组成。仪器板面上各旋钮、电表的作用如下：辉度：用来改变加在控制栅板G上的电压，以调节屏上亮点的亮度。聚焦：用来改变加在第一阳极A1上的电压，以调节屏上亮点的粗细。辅助聚焦： 用来改变加在第二阳极A2上的电压与“聚焦”旋钮配合使用，调节屏上亮点的粗细。高压调节：用来改变示波管各电极的电压大小，但不改变各电极的电压比。电偏转：用来改变加在垂直（或水平）偏转板上的电压，以调节屏上亮点的上下（或左右）位置。功能选择：用于选择实验项目。励磁电流：用于调节磁聚焦线圈中，或磁偏转线圈中的电流大小。KV表：用以直接指示V2电压的大小。mAV表：经“功能选择”开关的转换，可以分别测量聚焦电压V1（量程为050V15），电偏电压（量程为050V3），磁聚励磁电流（050mA20），磁偏励磁电流（量程为050mA1）。插头指示（安全指示）：用于指示仪器是否处于安全使用状态，其作用与验电笔相似，手触指示灯管时，若指示灯发亮，则表明是安全的。本仪器使用时，周围应无其它强磁场存在，仪器应南北方向测试，避免地磁场的影响。实验内容1电偏转（1）将“功能选择”置于X或Y电偏位置，按图4174（X电偏接线）或图4175（Y电偏接线）插入导联线。（2）接通“高压电源开”，调节“高压调节”，“辅助聚焦V2”，将V2调节至最大值，保持辉度适中，调节V1聚焦。YX电源2电源2XYA2A1V2V1图4174图4175YXY电源2电源2V2A2A1V1X（3）将“电偏电压”调节至最小，调节“X位移”、“Y位移”，使光点移至坐标原点。（4）保持“辉度”、V1、V2不变，调节“电偏电压”，使光点朝X（或Y）方向偏转，每偏5mm读取相应的电偏电压V及S。根据测出的S、V值，作出SV图线，验证SV为线性正比关系。（5）改变电源极性，可改变X（或Y）的偏转方向，如图中虚线连接，分别测出S、V数据。（6）数据记录。X 偏移方向自屏中心向左自屏中心向右偏转电压V（伏）偏移量S（毫米）510152025510152025偏转灵敏度（毫米/伏）偏转灵敏度平均值（毫米/伏）Y偏移方向自屏中心向上自屏中心向下偏转电压V（伏）偏移量S（毫米）510152025510152025偏转灵敏度（毫米/伏）偏转灵敏度平均值（毫米/伏）2磁偏转图4176磁聚磁聚磁偏磁偏电源1电源1V2A2A1V1XYXY电源2电源2（1）将“功能选择”置于磁偏转位置，接图4176插入导联线。（2）接通“高压电源开”，将V2调至最大，调节V1使光点聚焦，保持辉度适中，调节X位移，使光点位于坐标Y轴某点ys，并以该点为新的坐标原点。（3）“励磁电流”复位到零，接通“励磁电源开”顺时针方向调节“励磁电流”使光点偏转，读取不同偏转量S及其对应的I值，作出SI图线，验证SI为线性正比关系。（4）改变电源极性（即改变偏转线圈中的电流方向），如图中虚线连接，可作反向磁偏转，测出S、I数据。（5）由测出的各组S、I值，求出各组的偏转灵敏度，然后再求其算术平均值，得出本仪器的偏转灵敏度