电子束线的偏转与磁偏转

1、图 4 17 1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。2了解电子束线管的结构和原理。实验仪器SJ SS 2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4 17- 1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

2、电场在偏转板I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VIVIY爲2丄竺(勻222 m v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mv2 eVA。2将E= V/ d和v2代入(4 17 1 )式，得Y也4VAd电子离开偏转系统时，电子运动的轨道与dYtg dZZ轴所成的偏转角xl2VAd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tg S(4 17 1)的正切为(4 17 2)S,则VI代入(4 17 2)式，得VIVIL(4 17- 3)2V

3、Ad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S ke( 4 17 4)ke为电偏常数。可见，当加速电压 反映电偏转的灵敏程度，定义VaVa 一定时，偏转距离与偏转电压呈线性关系。为了1ke(丄)(4 17 5)Va电称为电偏转灵敏度，单位为毫米/伏。电越大，表示电偏转系统的灵敏度越咼。2.磁偏转原理磁偏转原理如图 4 172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 I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

4、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2vf evB m RmveB电子离开磁场区域与 Z轴偏斜了角度，由图4 17 2中的几何关系得l leB sinR mv电子束离开磁场区域时，距离Z轴的大小是eR RcosmvR(1 cos )(1 cos )eB电子束在荧光屏上离开Z轴的距离为S L tg如果偏转角度足够小，则可取下列近似sin tg和cos122则总偏转距离R(1 12)mv eB 2leBmvmv 1 (leB、 )eB 2 mvleBl 2eBmvleBmv2mv(L(4 176)又因为电子在加速电压能，

5、则Va的作用下，加速场对电子所做的功全部转变为电子的动1 2mv2eVA即v2eVA m代入(4 17 6)式，得leB12meVA(L 2l)(4 17 7)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B KI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(S 吕(L 1l)v2meVA2由于式中其它量都是常数，故可写成4 17 7 )式，得(4 17 8)(4 17 9)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(4 17 10)Va磁称为磁偏转灵敏度，单位为

6、毫米 /安培。同样，磁越大，磁偏转的灵敏度越高。仪器描述本实验所采用仪器是 SJ SS 2型电子束实验仪，如图 4 17 3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

7、（或左右）SJ SS2型电子束实验仪高压调节O电偏电压OY偏磁聚沪中X偏磁偏电聚功能选择辅助聚焦V2O聚焦V1O辉度O10 20 30 40050V插头指示 励磁电流高压电源开X移位9o丫电源2+ X0.51.50KVY移位励磁电源开O 磁聚电源1 +磁偏V1O O O O O O O O O OO O O O O磁聚 电源1 磁偏 阴极 栅极 电源指示 Y 电源2 X功能选择：用于选择实验项图 4 17 3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。mA V表：经“功能选择”开关的转换，可以分别测量聚焦电压Vi （量程为050V X

8、15）,电偏电压（量程为 0 50V X 3）,磁聚励磁电流（050mA X 20）,磁偏励磁 电流（量程为 050mA X 1）。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4 17 4 （X电偏接线）或图4 17 5 （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，图 4- 17-4ViAl AV2Y电源 2

9、XY电源2 X图 4- 17- 5保持辉度适中，调节 Vi聚焦。（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”、Vi、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。水 平 偏 转X偏移方向自屏中心向左自屏中心向右偏转电压V （伏）偏移里S （毫米）510152025510152025偏转灵敏度电（毫米/伏）偏转灵敏度平均值

10、一电（毫米/伏）垂 直 偏 转Y偏移方向自屏中心向上自屏中心向下偏转电压V （伏）偏移里S （毫米）510152025510152025偏转灵敏度电（毫米/伏）偏转灵敏度平均值电（毫米/伏）2.磁偏转（1）将“功能选择”置于磁偏转位置，接图4 17-6插入导联线。磁聚电源1 磁偏ViAiOQOAV2Y电源2XQOOOO磁聚 电源1 磁偏OOY电源2OX图 4 17 6（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