实验3—13电子束线的电偏转与磁偏转VIP免费

ey+-++++----lL0Sx-+图3－12－1D实验3—13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】EBe−1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3－13－1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x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y=12at2=12eEm(xv)2（3－13－1）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Ua的作用下，加速电压对电子所做的功全部转为电子动能，所以：12mv2=eUA，v2=2eUam将E＝V／D和v2代入（3－13－1）式，得y=V4UaDx2电子离开偏转系统时，电子运动的轨道与x轴所成的偏转角ϕ的正切为tgϕ=dydx|x=l=V2Uadl（3－13－2）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tgϕ=SL代入（3－13－2）式，得eS0图3－13－2RRxyLlθθS=VlL2UaD（3－13－3）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Ua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=keVUa（3－13－4）ke为电偏常数。可见，当加速电压Ua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δ电=SV=ke(1Ua)（3－13－5）δ电称为电偏转灵敏度，单位为毫米/伏。δ电越大，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3－13－2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l范围内是均匀的，在其它范围都为零。当电子以速度v沿x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=mv2R或R=mveB电子离开磁场区域与Z轴偏斜了θ角度，由图3－13－2中的几何关系得sinθ=lR=leBmv电子束离开磁场区域时，距离x轴的大小α是α=R−Rcosθ=R(1−cosθ)=mveB(1−cosθ)电子束在荧光屏上离开x轴的距离为S=L⋅tgθ+α如果偏转角度足够小，则可取下列近似sinθ=tgθ=θ和cosθ=1−θ22则总偏转距离S=L⋅θ+R(1−1+θ22)¿¿¿¿L⋅leBmv+mveB⋅12(leBmv)2¿LleBmv+l2eB2mv¿leBmv(L+l2)¿=leBmv(L+l2)（3—13—6）又因为电子在加速电压Ua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12mv2=eUa即v=√2eUam代入（3－13－6）式，得S=leB√2meVA(L+12l)（3－13－7）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（3－13－7）式，得S=KIel√2meUa(L+12l)（3－13－8）由于式中其它量都是常数，故可写成S=km⋅I√Ua（3－13－9）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δ磁=SI=km1√VA（3－13－10）δ磁称为磁偏转灵敏度，单位为毫米/安培。同样，δ磁越大，磁偏转的灵敏度越高。【实验内容】1.测试X、Y偏转板的偏转线性关系对于EBe−1型电子束实验仪，电偏转时电子在荧光屏上的偏离S为：S=(K1+K2)VUa，即S=[2.5×(l−48.0)+1.46×[(l−24.68)×1.4−19.5]]VUa=(mm)（3—13—11）其中l为示波管控制极到荧光屏的距离，具体数据见仪器管脚处。实验步骤与要求：（1）按实物插入好联接线。（2）接通“电源开”调节“高压调节”、“辅助聚焦V2”,将V2调到最大值，辉度保持适中，调节V1聚焦。（3）调节“X位移”、“Y位移”，使光点移至坐标原点。（此时加速极电压Ua取850V，电偏电压为0V）（4）调节“电偏电压”，使光点朝Y（或X）方向...