电子束的偏转与聚焦现象实验报告

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1、竭诚为您提供优质文档 /双击可除电子束的偏转与聚焦现象实验报告篇一：电子束的偏转与聚焦（北京科技大学物理实验报告）北京科技大学实验报告实验名称：电子束的偏转与聚焦实验目的、实验原理（见预习报告）实验数据及数据分析（数据及图见附页）A.电偏转的观测由图1、2、3、5可以清楚得看出，当阳极电压uz不变时，偏转电压随偏转量的增大线性变化。第4张图可以看出，我测量的第五组数据是有问题的。所以，我就放弃了第五组 数据，作出了图5。然后我分析了一下不同阳极电压下偏转电压随偏转量变化快慢。显然，斜率即电偏转灵敏度，分别为：0.105,0.0915 , 0.082,0.0753,斜率是随着阳极电压的增大 而减

2、小的。为了清晰明了，我把两者的关系用图表示出来上图说明阳极电压与图 1,2,3,5的电偏转灵敏度之间几 乎是成线性变化的。阳极电压的增大导致了初速度的增加，而初速度越大偏 转就越难，因而偏转灵敏度越小。偏转距离De和偏转电压ud是成线性变化的。至于De与阳极电压uz的关系，根据图1,2,3,5中的公式，可以知 道，当偏转电压 ud为10V时，Dz分别为：1.025，0.912， 0.785,0.744 ，所以根据下图可知：当偏转电压相同时，随着阳极电压的增大，偏转量增减 少。b磁偏转的观测图6,7,8是磁偏转观测部分的图。这三张图说明了，偏 转电流与偏转量是成一次函数关系变化的。下图表示的是图

3、 6,7,8的斜率即磁偏转灵敏度与阳极电压的关系：显然，三个数据几乎是在一条直线上，所以磁偏灵敏度 是和阳极电压成线性的。并且随着阳极电压的增大磁偏灵敏 度减小。阳极电压增大导致电子速度的增大，电子就越不容 易被偏转。当uz不变时，Dm随着偏转电流I的增大而增大；当I 不变时，Dm随着uz的变大而减小，如图：（取I为100mA为 基点）c电聚焦的观测由于聚焦是一种直观的感受，所以何时真正地聚焦了就属于自己的感觉了。由图9可以看出，各个数据之间的相关程度R2=0.9812，相关性较低。但它们仍然是线性相关的。 随着阳极电压的增大，聚焦电压随之增大。D磁聚焦的观测此实验过程中需要注意一个重要的步骤

4、：在磁聚焦之前 要先调节原来有的那个聚焦旋钮，使得荧光屏上出现光斑， 就是使光扩散开来。如果不按此步骤就不会有明显的聚焦过 程，实验结果就会很不准确。图10展示的是阳极电压与聚焦电流的关系，可以知道两者是一次函数关系。据此关系可以通过聚焦电流估算出阳极电压的大小。例题中电子荷质比的计算如下：由公式求出 b=4n X 10?7 X 650? + u和I的关系，贝U e/m 平均值为 1.01897e+11c/kg实验总结本实验的数据处理过程比较容易，主要就是几个量之间 的线性关系。但实验的四部分内容教会我怎样使用电和磁的 方法来实现电子的偏转和聚焦。这种方法是以后研究中经常 要用到的。实验中要注

5、意的内容也不是很多，就是辉度不能太大， 这是为了防止荧光屏的损坏。实验中最困难的要算是万用表第3页共26页的调零了。我那时就想，DZs-b电子束实验仪的 丫调节为何不装个微调呢。只要我稍微调一下旋钮，就从正的一点几伏 跑到了负的一点几伏，要调到十几毫伏甚至是几毫伏相当困 难。而且，整个工程中调零工作有n多次。实验的总体构成很简单，我们两个的合作也很顺利。A磁偏转的测量数据如下篇二：电子束的偏转与聚焦现象南昌大学物理实验报告电子束的偏转与聚焦及现象【实验目的】1. 了解示波管的基本构造和工作原理。2. 定量分析电子束在匀强电场作用下的偏转情况和在均匀磁场作用下的偏转情况。3.学会规范使用数字万用

6、表。4.学会磁聚焦法测量电子荷质比的方法【实验原理】1.示波管的基本构造和工作原理2电子束的电聚焦电子束电聚焦原理如图 3-14-2所示，在示波管中，阴 极K经灯丝加热发射电子，第一阳极A1加速电子，使电子束通过栅极g的空隙，由于栅极电位与第一阳极电位不相等， 在它们之间的空间便产生电场，这个电场的曲度像一面透镜， 它使由阴极表面不同点发出的电子在栅极前方汇聚，形成一 个电子聚焦点。由第一阳极和第二阳极组成的电聚焦系统， 就把上述聚焦点成像在示波管的荧光屏上。由于该系统与凸 透镜对光的会聚作用相似，所以通常称之为电子透镜。电子束通过电子透镜能否聚焦在荧光屏上，与第一阳极VA1和第二阳极VA2的

7、单值无关，仅取决于它们之间的比值F。改变第一阳极和第二阳极的电位差，相当于改变电子透 镜的焦距，选择合适 VA1与VA2的比值，就可以使电子束的 成像点落在示波管的荧光屏上。在实际示波管内，由于第二 阳极的结构特点，使之对电子直接起加速作用，所以称为加 速极。第一阳极主要是用来改变 VA1与VA2比值，便于聚焦， 故又称聚焦极。改变 VA2也能改变比值F，故第二阳极又能 起辅助聚焦作用。图3-14-2电子束电聚焦图 3-14-13. 电偏转原理电子在两偏转板之间穿过时，如果两板之间电位差为零，电子则笔直穿过偏转板打在荧光屏中央（假定电子枪瞄准荧光屏中心）形成一个小亮斑，如果 在两块丫（或x）偏

8、转板上加有电压，电子就会受电场力的 作用而发生偏转。如图3-14-1所示，设两偏转板间距为d，电压差为Vdy，可看做平行板电容器，则两板间的电场强度 为：ey?Vdyd(3-14-1 )电子所受电场力为：Fy?eey?eVdydeVdymd(3-14-2 )在同一点的垂直速度：?y?ayt1?1?z(3-14-3 )偏离z轴的距离：y1?12ayt1?21eVdyl2()?()( 3-14-4)2md?z电子离开板右端时不再受电场力的作用，作匀速直线运动，到达屏上的垂直位移：y2?yt2?eVdymd?l?L?z?zeVdylmd?2z(3-14-5 )电子在屏上的总位移D?y1?y2?yt2

9、?12?(12?L?) (3-14-6 )令L?L,又因为电子在加速电压Va的作用下，加速电场对电子所做的功全部转化为电子的动能，12mv2z则有?eVa( 3-14-7)将L代入(3-14-6 )式，并利用(3-14-7 )式消去vz后得电子束的垂直位移：Dy?lL2dVa?Vdy （3-14-8 ）上式表明，偏转板的电压Vdy越大，屏上的光点的位移也越大，两者之间是线性关系。比例常数在数值上等于偏转电压为1V时，屏上光点位移的大小，称为示波管的电压偏转灵敏度，定义为：sy?DyVdy?IL2dVa（3-14-9）显然，对x偏转板也有相应的电偏转灵敏度，即SX?DxVdx?IL2dVa（3-

10、14-10）上式中I、d、L为与x偏转板相关的几何量。4电子束的磁偏转电子束通过磁场时，在洛仑兹力作用下发生偏转。如图3-14-5所示。设实线方框内有均匀的磁场，磁感应强度为b，方向垂直纸面指向读者，在方框外b?0。电子以速度vz垂直射入磁场，受洛仑兹力的作用，在磁场区域内作匀速圆周运 动，轨道半径为Ro电子沿oc弧穿出磁场区域后变作匀速直 线运动，最后打在荧光屏的p点上，光点的位移为D。由牛顿第二定律有：F?evzb?m 则：R?mvebzvz2R(3-14-11 )(3-14-12 )电子离开磁场区域与 oZ轴偏斜了 ？角度，由图中的几何关系得sin?IR电子束离开磁场区域时，距离oZ的大

11、小D1是D1?R?Rcos?R(1?cos?)电子束在荧光屏上离开oZ轴的距离为D?L?tan?D1因偏转角？足够小，近似有：sin?tan? 则总偏转距离D?L?式中L?L?b第10页共26页1R和 cos?1?22121R?R?12?(1R)?21R(L?)图3-14-5电子束磁偏转原理图Iebm?zl2?L12，即磁场区域中心至屏的距离。再由式e2mVa mv2z?eVa消去vz得：D?ILb （3-14-13 ）式（3-14-13 ）表明光点的偏转位移 D与磁感应强度b 成线性关系，与加速电压Va的平方根成反比。将式（3-14-13） 与（3-14-8 ）式比较可以看出，提高加速电压对

12、磁偏转灵敏 度降低的影响，对比电偏转灵敏度的影响小。因此，使用磁 偏转时，提高阴极射线管中电子束的加速电压来增强屏上图 象的亮度水平比用电偏转有利。而且，磁偏转便于电子束的 大角度偏转，更适合于大屏幕的需要。因此显象管往往采用 磁偏转。但是，偏转线圈的电感与较大的分布电容，不利于 高频使用，而且体积和重量较大，都不及电偏转系统。所以 示波管往往采用电偏转。本实验采用的磁偏转线圈 （如图3-14-6所示）的形式，其偏转磁场是由紧贴于管颈两侧的两组线圈串联后通过电流而获得的。不管线圈的形式如何，所产生的磁感应强度b均与电流强度及线圈匝数成正比，可用式子b?KnI表示，常数K由线圈的样式及磁环物质的

13、磁性常数决定，n为螺线管单位长度的匝数，I为流过线圈的电流。将b?KnI代入式（3-14-13） 可得图3-14-6磁环偏转线圈D?e2mVa ?K?ILnl (3-14-14 )则s磁？Dlm?n?n?(3-14-15 )s磁称为磁偏灵敏度，也是一个与偏转系统几何尺寸有 关的常量，反映了磁偏转系统的灵敏度的高低。在国际单位 制中，磁偏转灵敏度的单位为米每安培，记为mA。所以磁偏转的特点为：电子束线偏离Z轴(即荧光屏中心)的距离与偏转电流成正比，与加速电压的平方根成反比。5-1磁聚焦和电子荷质比的测量原理若将示波管的加速电极、第一阳极A1、第二阳极A2、偏转电极Dx和DY全部连在一起，并相对于

14、阴极K加同一加速电压Va，这样电子一进入加速电极就在零电场中作匀速运 动，这时来自电子射线第一聚焦点F1 (在删极g的小圆孔前方)的发散电子射线将不再会聚，而在荧光屏上形成一个光斑。为了能使电子射线聚焦，可以在示波管外套一个通用螺 线管，使在电子射线前进的方向产生一个均匀磁场，磁感应 强度为b。在8sJ31型示波管中，栅极和加速电极很靠近， 仅1.8mmo因此，可以认为电子离开第一聚焦点F1后立即进入电场为零的均匀磁场中运动。电子束磁聚焦的原理见图 3-14-7所示，设电子速度为v , 在一磁感应强度为 b的均匀磁场中运动的电子，电子将受到 洛仑兹力的作用，将 v分解成与b平行的分量vp和与b垂 直的分量vh ,电子沿着b的方向运动时不受力，故沿b的方向作匀速直线运动。电子在垂直于b的方向运动时电子所受的洛仑兹力为：F?evhb (3-14-15 )F的方向与vh垂直，故该力只改变电子运动的方向， 不 改变电子速度的大小，结果使电子在垂直于b的平面内以半径为 R的圆作匀速圆周运动。根据牛顿第二 定律可知：F?evhb?mvhR2(3-14-16 )式中m为电子的质量，R为电子作圆周运动时的轨道半 径，可以表示为：第14页共26页