实验二十四电子射线的电偏转与磁偏转

实验二十四电子射线的电偏转与磁偏转一、实验目的1．掌握电子束在外加电场和磁场作用下偏转的原理和方式；2．了解阴极射线管的构造与作用。三、实验仪器l1．TH-EB电子束实验仪；2．0~30V可调直流电源；3．数字式万用表。三、实验原理1电偏转原理电子束电偏转原理如图1所示。通常在示波管的偏转板上加偏转电压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，使电子的运动轨迹发生偏转。假定偏转电场在偏转板l范围内是均刀的，电子将作抛物线运动，在偏转板外，电场为零，电子不受力，作刀速直线运动。荧光屏上电子束的偏转距离D可以表示为OxyLD++++++------eΦE图1电子束电偏转原理（1）/AeVVkD=式中V为偏转电压，VA为加速电压，ke是一个与示波管结构有关的常数，称为电偏常数。为了反映电偏转的灵敏程度，定义(2)　电AeVkVD==δδ电称为电偏转灵敏度，用mm/V为单位。δ电越大，电偏转的灵敏度越高。2磁偏转原理电子束磁偏转原理如图2所示。通常在示波管的瓶颈的两侧加上一均刀横向磁场，假定在l范围内是均刀的，在其他范围都为零。当加速后的电子以速度v沿x方向垂直射入磁场时，将受到洛仑兹力作用，在均刀磁场B内作刀速圆周运动，电子穿出磁场后，则做刀速直线运动，最后打在荧光屏上，磁偏转的距离可以表示为：lROxyLDevB图2电子束磁偏转原理D=)3(　　　　　　　AmVIk式中I是偏转线圈的励磁电流，单位A；km是一个与示波管结构有关的常数称为磁偏常数。为了反映磁偏转的灵敏程度，定义4)(Im　　磁AVkD==δδ磁称为磁偏转灵敏度，用mm/A为单位。δ磁越大，表示磁偏转系统灵敏度越高。2截止栅偏压原理示波管的电子束流通常是通过调节负栅压UGK来控制的，调节UGK可调节荧光屏上光点的辉度。UGK是一个负电压，负栅压越大，电子束电流越小，光点的辉度越暗。使电子束流截止的负栅压称为截止栅偏压。四、实验步骤1．准备工作1）用专用电缆线联接实验和示波管支架上的插座。2）将实验箱面板上的“电聚焦/磁聚焦”选择开关置于“电聚焦”。3）将与第一阳极对应的钮子开关置于上方，其余的钮子开关均置于下方。4）将“励磁电流调节”旋钮旋至最小位置。5）开启电源开关，调节“阳极电压调节”电位器，使“阳极电压”数显表指示为800V，适当调节“辉度调节”电位器，此时示波器上出现光斑，然后调节“电聚焦调节”电位器，使光斑聚焦。2．电偏转灵敏度的测定1）令“阳极电压”指示为800V，在光点聚焦的状态下，将H1、H2对应的钮子开关置于上方，此时荧光屏上会出现一条短的水平亮线，这是因为水平偏转极板上感应有50Hz交流电压之故。测量时将水平偏转极板H1和H2接通直流偏转电压，分别记录电压为0V、10V、20V时光点位置偏移量，然后调换偏转电压的极性，重复上述步骤。2）将“阳极电压”分别调至1000V、1200V，按上述的方法使光点重新聚焦后，按实验步骤1）重复以上测量，列表记录数据。3）将H1、H2对应的钮子开关置于下方，将V1、V2对应的钮子开关置于上方。此时荧光屏上也会出现一条短的垂直亮线。这也是因为垂直偏转极板上感应有50Hz交流电压之故。测量时，在V1、V2两端依次加0V、10V、20V直流偏转电压，(阳极电压依次为800V、1000V、1200V)，列表记录数据。3．磁偏转灵敏度的测定1）准备工作与“电聚焦特性的测定”完全相同。为了计算亥姆霍兹线圈中的电流，必须事先用数字万用表测量线圈的电阻值，并记录。2）令“阳极电压”指示为800V，使光点在聚焦的状态下，接通亥姆霍兹线圈的励磁电压，并分别调到0V、2V、4V、6V，记录荧光屏上光点的偏移量，然后改变励磁电压的极性，重复以上步骤，列表记录数据。3）调节“阳极电压调节”电位器，使阳极电压分别为1000V、1200V，重复实验步骤2）。4．截止栅偏压的测定1）准备工作与“电聚焦特性的测定”完全相同，但为了测量阴极电压和栅极电压，需将与阴极K和栅极G相对应的钮子开关置于上方。2）令“阳极电压”指示为800V，使光点在聚焦的状态下，用数字万用表直流电压档测量栅极与阴极之间的电压，调节“辉度调节”电位器，记录荧光屏上光点刚消失时的VGK值。3）调节“阳极电压调节”电位器，使阳极电压分别为1000V、1200V，重复步骤2），记录相应的VGK值。五、安全注意事项1．本仪器内示波管电路和励磁电路均存在高压，在仪器插上电源线后，切勿触及印刷板、示波器管座、励磁线圈的金属部分，以免电击危险。2．本仪器的电源线应插在标准的三芯电源插座上。电源的相线，零线和地线应按国家标准接法之规定接在规定的位置上。3．实验前必须先阅读电子束实验仪使用说明书。六、思考题1．电偏转、磁偏转的灵敏度是怎样定义的？2．在不同阳极电压下，为什么偏转灵敏度会不同？3．何谓截止栅偏压？七、实验报告要求1．计算不同阳极电压下的水平电偏转灵敏度和垂直电偏转灵敏度。2．试分析在同等偏置条件下，为什么垂直电偏转灵敏度会大于水平电偏转灵敏度。3．计算不同阳极电压下的磁偏转灵敏度。4．试分析磁偏转灵敏度与哪些实验参数有关。5．试分析，栅负压为什么必需是负电压，截止栅偏压与阳极电压VA2有何关系。