电偏转讲义.doc

实验十七 电子射线束的电偏转在大多数电子阴极射线管中电子束都必须在相互垂直的两面个方向上偏移，以使电子束能够达到荧光屏上的任何一点。本实验只是研究电子束在电场作用下偏转的基本原理和方法。【实验目的】1 研究带电粒子在电场中偏转的规律。2 了解电子阴极射线管的结构和原理。【实验仪器】DS-电子束实验仪（如图17-1所示）【实验原理】由阴极射线管中阴极发出的电子经过聚焦、加速后形成具有一定动能的电子束。在电子束通过的空间，平行于电子束射线水平和竖直方向分别放置两对金属板，在其上加上偏转电压，就可形成偏转电场。当平行板间的间距d比其长度小很多时，就可以将平行板间的偏转电场看作是均匀的（合格的示波管的偏转极板满足这个条件）。而且在平行板的界外其电场为零。由电学有关知识知道：这里，E与电子束的入射方向正交。其中为平行偏转极板上的电压。取z轴沿示波管的轴线方向，即电子束的入射方向，并在y轴的负方向上加上偏转电场（如图17-2所示）。设时，电子刚好到达电场的左边界（选取这一点这坐标原点），其速度为，它与z轴平行。所以，而偏转电场E沿y轴负方向，所以电子在z轴方向上不受力的作用，故在z轴方向上电子做匀速直线运动。因此沿z轴方向的位移与时间的关系为 （17.2）在y轴方向盘上，电子初速度，电子要受电场E的作用力，其方向沿y轴的正方向，即有这样，电子y轴方向作初速度为零的匀加速直线运动，其加速度的大小为电子在y轴方向的位移y与时间的关系可表示为： （17.3）由式（17.2）与式（17.3）联立消去可得： （17.4）图17-2式（17.4）表明在界长为的均匀电场内，电子的运动轨迹为一抛物线。而在电场区间的右边界到荧光屏的空间里，E=0。所以电子平受力的作用，将做匀速直线运动，其方向在点曲线的切线方向上。设切线与z轴的夹角为，则有 （17.5）电子的运动轨迹如图17-2所示，其切线与z轴的交点正好平分偏转板的长度。当无偏转电场存在时，电子束正好荧光屏的中心点。而加上偏转电压后，荧光点将偏离原中心一个距离D，如图17-2所示。当偏转角相对比较小时，有： （17.6）将式（17.5）代入上式可得 过且过 （17.7）又因为这里，为第二阳极的加速电压。代入式(17.7)e : (17.8)式中，、和都是常量。若选取一定的加速电压，使之保持平变，则荧光点的偏离距离应与偏转电压线性相关。另外，电偏转系统应具有较高的偏转灵敏度。偏转灵敏度的定义为：在偏转板上加单位偏转电压，所引起电子束在荧光屏上偏转距离的大小。即 （17.9）一般以/V为其单位。由上式看出偏转灵敏度与加速电压成反比，因此要取得较高的灵敏度，应适当减小加速电压。【实验内容】1 仪器的校准调零1） 将电源开关待荧光屏上出现光斑或亮点后，将电压电流测量转换开关置于档，然后调节偏转电压旋扭使上方的表头数字显示为00.0。 2）将电压电流测量转换开关置于，调节偏转电压旋扭使上方的表头数字显示为00.0。3）调节仪器面板左上方的辅助调零x 、y旋扭将荧光屏上的光点调到坐标中心。4）将电压测量转换开关置于档，调节加速度电压旋扭和聚焦电压旋扭使光点的大小和亮度适中。2 测试x方向电偏转系统的线性及偏转灵敏度的研究1） 选取一个值，调节偏转电压旋扭，将光点偏转距离的值和对应偏转电压的值一一对应地记录下来（见表17-1）。序号D（mm）-20.2-15.0-10.0-5.005.010.015.020.0平均值1234562）改变加速电压的大小（同时要调整聚焦电压，使光斑的大小和亮度适中），重复步聚集1）。 3）重复步聚集2）五次。 3测试y方向电偏转系统的线性及偏转灵敏度的研究1) 选取一个值，将电压电流测量转换开关置于，调节偏转电压旋扭，将光点偏转距离的值和对应偏转电压的值记入表17-2中。 2）改变加速电压的大小（同时要调整聚焦电压，使光斑的大小和亮度适中），重复步聚集1）。3）重复步聚集2）五次。序号D（mm）-20.2-15.0-10.0-5.005.010.015.020.0平均值123456【数据处理】 1分析在不同加速电压下，光斑的偏转距离与偏转电压的关系，画出关系曲线。 2在不同加速电压下，算出x方向的电偏转灵敏度。并分析结果，找出与的关系。 3分析在各加速电压下，光斑的偏转距离与偏转电压的关系，画出关系曲线。4对不同加速电压，算出y方向的电偏转灵敏度。并分