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电子束的偏转和聚焦一、实验目的：1.研究带电粒子在电场和磁场中的偏转规律2.研究带电粒子在电场和磁场中的聚焦规律3.了解电子束线管的结构和原理二、实验仪器:电子束实验仪、直流稳压电源三、实验原理:（一）示波管的结构示波管由电子枪、偏转系统、荧光屏三部分组成。电子枪是由电灯丝F、阴极K、控制栅极G、第一阳极、第二阳极和第三阳极组成。它的工作原理：1）灯丝通电后炽热，使阴极发热而发射电子。2）阳极电位高于阴极，所以电子被加速，射向荧光屏。第一阳极和第三阳极成圆筒形，而栅极和第一阳极成圆板形，中间有小圆孔，这样形成的非匀强电场会使游离状态的电子在电场力的作用下在C点形成交叉点，经过C点的电子在阳极电场的作用下继续向荧光屏加速，最后在荧光屏上形成一个圆形的光斑，光斑越小由他组成的波形越清晰。改变阳极电位可以使不同方向的电子恰好汇聚在荧光屏上某一点上，这种调节成为聚焦。面板上的“聚焦”实际上是调节第一阳极和第二阳极的电位的。该系统对电子的作用与凸透镜对光的作用相似，所以称之为电子透镜，他能否聚焦在荧光屏上取决于VA1VA2的比值。 3）栅极电位较阴极电位低，对发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔，让后被阳极加速，改变栅极电位的高低，可以控制电子枪发射电子的多少，甚至完全不使电子通过，称为辉度调节，实际上也就是荧光屏上亮点的明暗。4）电偏转系统有两对偏转板，一对水平放置，使电子上下偏转，一对垂直放置，使电子左右偏转。5）电子打到荧光屏上，使荧光屏发光，我们就可以观测到波形了。（二）电子束的偏转1、 电子束在电场中的偏转假定由阴极发射的电子的平均初速度近似为零，在阳极电压UA的作用下，沿z方向作加速运动，则: ， 移项后：如果在垂直于z轴的方向上设置一匀强电场，则电子在y方向上将要发生偏转，若偏转电场由一平行板电容器构成，板长为l板间距为d，极间电压为U，则电子在电容器中受到的偏转力为电子横越电容器的时间为则电子通过L距离后到达荧光屏上的偏转距离为 KE是一个与偏转系统的几何尺寸有关的常量。所以电场偏转的特点是：电子束线偏离z轴的距离与偏转板电压成正比，与阳极加速电压成反比。2、 电子束在磁场中的偏转如果在垂直于z周方向上设置一由亥姆霍兹线圈产生的匀强磁场，那么电子经过磁场受到洛仑兹力也会发生偏转，偏转距离为 KM也是一个与偏转系统的几何尺寸有关的常量。所以磁场偏转的特点是：电子束线偏离z轴的距离与偏转电流成正比，与阳极加速电压的平方根成反比。（二）电子束的聚焦1、电子束在电场中的聚焦第一阳极和第二阳极的电位的比值为一常数（电子透镜的焦距）时，电子束恰能在荧光屏上聚焦2、电子束在磁场中的聚焦如果将示波管的第一阳极第二阳极以及XY偏转板连在一起，即让电子在等电势的空间里运动，将示波管放在由螺线管磁场中，则电子在洛仑兹力的作用下会螺旋式前进，由于阳极电压比较大，可以认为电子进入磁场的轴向速度是相同的，其大小由阳极加速电压决定，而各电子进入磁场的径向速度有明显差异，在洛仑兹力的作用下，使电子在垂直磁场的方向上作匀速圆周运动，向心力为洛仑兹力，圆周运动的半径为周期为可以看出电子圆周运动的周期与电子的径向速度无关，另外他们都是从轴线受一点出发的，所以经过一个周期后电子又能回到轴线上，如果电子运动的螺距h等于第一交点到屏的距离l，则可以实现磁聚焦。二、实验内容 1、电子束线的偏转（1）准备工作1.将实验箱面板上的“电聚焦/磁聚焦”置于“电聚焦”。2.将与第一阳极对应的开关置于上方，其余开关置于下方。3.将“磁聚焦调节”旋至最小。4.开启电源，使“阳极电压”为800伏，适当调节“辉度调节”，使光斑亮度适中，然后调节“电聚焦”，使光斑聚焦。（2）电子束线的电偏转灵敏度的测定a.令阳极电压UA=800V, 在光点聚焦的状态下，将水平偏转板H1、H2对应的开关置于上方，此时荧光屏上出现一短的水平亮线，将稳压电源接到H1、H2对应的接线柱上，分别测量U=0,10, 20, 30V,记录光电位置的。b.令UA=1000V，UA=1200V，重复上述步骤。c. 将水平偏转板H1、H2对应的开关置于下方，将垂直偏转板对应的开关置于上方，重复上面步骤。（3）电子束线的磁偏转灵敏度的测定a.准备工作与上面相同，为了计算亥姆霍兹线圈的电流，先用万用表测量线圈的电阻值。b.令阳极电压UA=800V,在聚焦状态下，接通亥姆霍兹线圈的砺磁电压，分别取0，2，4，6 V，记录偏移量。c. 令UA=1000V，UA=1200V，重复上述步骤。2、电子束的聚焦 （1）准备工作1.将实验箱面板上的“电聚焦/磁聚焦”置于“电聚焦”或“磁聚焦”。2.电聚焦时，将VA1，VA2置于上方，其余置下方；磁聚焦时所有开关置下方。3.将“磁聚焦调节”旋至最小。（2）电聚焦特性测定令阳极电压UA=800，1000，1200V,在聚焦状态下，用万用表高档测量VA1与地之间的电压，记下VA1，VA2的值。（3）