实验十三电子束线的电偏转与磁偏转

实验十三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。假定偏转电场在偏转板1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

Y=-at2=1—(-)2(4—17—1)

22mv

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£=丫/<1和v2代入(4-17-1)式，得

4VAd

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

dYVI

t2(f)=—=------MC4-17-

dZz2VAd

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

S

性电=7

代入(4-17-2)式，得

S=-^~(4-17-3)

2匕d

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=k—\T(4-17-4)

ke为电偏常数。可见,当加速电压YA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

即=-=^(—)(4-17-5)

V匕

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4-17-2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1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

f=evB=m—

R

或R=—

eB

电子离开磁场区域与Z轴偏斜了角

度，由图4一17—2中的几何关系得

IleB

nsin<9=—=----

Rmv

电子束离开磁场区域时，距离Z

轴的大小是

a=R-Rcos3=R(1-cos。)=——(1-cos^)

eB

电子束在荧光屏上离开Z轴的距离为

S=L-tgO+a

如果偏转角度足够小，则可取下列近似

sin8=吆。=。和cos6?=l--

2

则总偏转距离

02

S=£e+R(l-1+=)

,cRG2

—L•。+--

2

...mv0~

=L6+----------

eB2

,leBmv1leBx

mveB2mv

,ieBl~eB

=L——+------

!nv2mv

leBI、

一(七十二)(4-17-6)

niv2

又因为电子在加速电玉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

—mv'=eVBPv

2AVm

代入(4—17—6)式，得

S=-^=(L+L)(4—17—7)

^2ineVA2

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(4-17-7)式，得

S="d(///)(4-17-8)

、/2〃把匕2

由于式中其它量都是常数，故可写成

(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)

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

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(或

左右)位置。

功能选择：用于选择实验项目。

励磁电流：用于调节遨聚焦线圈中，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0-

50VX15）,电偏电压（量程为0—50VX3）,磁聚励磁电流（0—50mAX20）,磁偏励

磁电流（量程为0—50mAX1）o

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，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S〜V图线，验

证S〜V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。

偏移方向自屏中心向左自屏中心向右

水

偏转电压V（伏）

平

偏偏移量S（亳米）51015202551()152025

转偏转灵敏度匹（毫米/伏）

X

偏转灵敏度平均值盘（毫米/伏）

垂偏移方向自屏中心向上自屏中心向下

直偏转电压V（伏）

偏偏移量S（亳米）510152025510152025

转

偏转灵敏度编（毫米/伏）

Y

偏转灵敏度平均值氟（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。

（2）接通“高压电源开