实验十一 电子束线的偏转
实验目的
l ．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．
仪器和用具
示波管、毫伏表、电子束线管测试板、直流电源、安培表和万用电表．
实验原理
示波器中用来显示电信号波形的示波管和电视机里显示图像的显象管都属于电子束线管，尽管它们的型号和结构不全相同，但都有产生电子束的系统和对电子加速的系统；为了使电子束在荧光屏上清晰地成像，还要有聚焦、偏转和强度控制等系统．早期的电子束管没有聚焦功能，采用管外线圈产生的纵向磁场实现聚焦．本实验仅讨论电子束线的偏转特性及其测量方法．
1．电子束在电场中的偏转
假定由阴极发射出的电子其平均初速近似为零，在阳极电压作用下，沿z 方向作加速运动，则其最后速度z v 可根据功能原理求出来，即
2
A
2
1z mv eU
=
移项后得到
m
eU v z A
2
2=
（C.11.1）
式中A U 为加速阳极相对于阴极的电势，
m
e 为电子的电荷与质量之比（简称比荷，又称荷
质比）．如果在垂直于z 轴的y 方向上设置一个匀强电场，那么以z v 速度飞行的电子将在y 方向上发生偏转，如图C.11.l 所示．若偏转电场由一个平行板电容器构成，板间距离为d ，极间电势差为U ，则电子在电容器中所受到的偏转力为
图C.11.l 电场偏转
d
eU eE F y =
= （C.11.2）
根据牛顿定律
d
eU y
m F y ==
因此
d
U m e y
= （C.11.3）
即电子在电容器的y 方向上作匀加速运动，而在z 方向上作匀速运动，电子横越电容器的时间为
z
v l t =
（C.11.4）
当电子飞出电容器后，由于受到的合外力近似为零，于是电子几乎作匀速直线运动，一直打到荧光屏上，如图C.11.l 里的F 点．整理以上各式可得到电子偏离z 轴的距离
A
U U K N E
= （C.11.5）
式中
R
图C.11.2 磁场偏转
??
? ??+=
L l d Ll K E 212 是一个与偏转系统的几何尺寸有关的常量．所以电场偏转的特点是：电子束线偏离z 轴（即荧光屏中心）的距离与偏转板两端的电压成正比，与加速极的加速电压成反比．
2．电子束在磁场中的偏转
如果在垂直于z 轴的x 方向上设置一个由亥姆霍兹线圈所产生的恒定均匀磁场，那么以速度z v 飞越的电子在y 方向上也将发生偏转，如图C.11.2所示．假定使电子偏转的磁场在l 范围内均匀分布，则电子受到的洛伦兹力大小不变，方向与速度垂直，因而电子作匀速圆周运动，洛伦兹力就是向心力，所以电子旋转的半径
eB
mv R z =
（C.11.6）
当电子飞到A 点时将沿着切线方向飞出，直射荧光屏，由于磁场由亥姆霍兹线圈产生，因此磁场强度
kI B = （C.11.7）
式中k 是与线圈半径等有关的常量，I 为通过线圈的电流值．将（C.11.1）、（C.11.7）式代人（C.11.6）式，再根据图C.11.2的几何关系加以整理和化简，可得到电于偏离z 轴的距离
A
U I K N M
= （C.11.8）
式中
m
e L l Llk K M ?
?? ?
?+=
212
也是一个与偏转系统几何尺寸有关的常量．所以磁场偏转的特点是：电子束的偏转距离与加速电压的平方根成反比，与偏转电流成正比．
实验过程
一、研究和验证示波音中电场偏转的规律
检验：①加速电压不变时，偏转距离与偏转电压是否成正比， ②偏转电压不变时，偏转距离与加速电压是否成反比．
实验线路板如图C.11.3所示．图中f 、f 为示波管灯丝引出端，K 为阴极，G 为栅极，
也称调制极，与.1100V 电源直接相连，1A 、2A 和3A 分别为第一、第二和第三阳极，其中1A 与3A 已在示波管的管内连接好，1X 、2X 和1Y 、2Y 为X 方向和Y 方向偏转板．
由 K W 、1W 、2W 和3W 等组成了电源分压器，分压器的1S 、2S 和E S 以及f 、f 等端
钮分别与
的滑动端
K 度的作用，2W 与2A 相连，可改变第二阳极电位，而使荧光屏上的光斑聚焦成细小的亮点，1W 与1A 、3A 相连，可改变第一、第三阳极电势，同样起聚焦的作用，3W 与1Y 相连，可
改变Y 偏转板间的电势，使电子束偏转．注意，示波管与实验线路板之间通过导线连接，用接插件互通．
偏转距离可根据荧光屏前有机玻璃板上的刻度数读出，A U 是3A 和K 间的加速电势差，用高阻抗直流高压表测量，U 为偏转电压、用万用表直流电压档测量，即测量偏转板与地之间的电势差．
1．测量
在仪器允许围内取 4至5个不同的加速电
压A U ，对每一A U 测量偏转为.4、.3、.2、.1、0、1、2、3、4格的偏转电压（X U 或Y U ）．
2．数据处理
为了检验①，取偏转距离N （格）为
横坐标，偏转电压（X U 或Y U ）为纵坐标作
E
f f 36.-图C.11.3电场偏转接线图
div
图C.11.4N U
x
-关系曲线
图线（图C.11.4），如果对每一A U 均为直线，则可认为加速电压不变时，偏转距离与偏转电压间是线性关系．
为了检验②，应将图C.11.4中坐标原点由O 移到O '点，作如下变换
O N N N -='
O U U U X X X
-=' （C.11.9）
因而（C.11.5）式变为
A
X U U K N E
'='和A
X U U K N O E
O = （C.11.10）
为了验证N '与
A
1U 成正比，在N O U '''X
坐标的X U O ''轴上任取一点，例如X U '，过X U '点作N O ''轴的平行线，交A1U O '、A2U O '、…、A5U O '诸线于1P 、2P 、…、5P 点，如果关系式
='=='='A55A22
A11U N U N U N 常量 （C.11.11） 成立，就验证了（C.11.10）式． 二、研究和验证显象管中磁场偏转的规律
检验：①加速电压不变时，偏转距离与偏转电流成正比．②偏转电流不变时，偏转
图C.11.4磁场偏转的线路图
f f
实验线路如图C.11.5所示．图中f 、f 为显象管灯丝引出端，K 为阴极，G 为栅极．1A 、2A 和3A 分别为第一、第二和第三阳极，1S 、2S 为偏转线圈，它是亥姆霍兹线圈的变形，紧固在显象管玻璃壳外的颈部；1S 与2S 相互串联，并再串一只 10.0Ω的电阻，然后接到V 12交流电源上．用交流电压表测量电阻两端的电压就可算出流过偏转线圈的电流值．为了在显象管内产生、加速和聚焦电子束，还必须在它的灯丝f 、f 两端加上V 12交流电压，调节K W 可改变荧光屏上光点的亮度，调节2W 使光点聚焦，特别是第四阳极的电压A U 起加速电子向荧光屏飞行的作用．由于电压较高，接线比较麻烦，容易跳火又不安全，因此显象管及其附属电源和偏转电压（或电流）供给部分全部都接好在仪器内，同学们可打开电子束线管测试仪器盖，在断开电源时仔细辨认几个组成部分．
偏转距离N ，可用透明薄膜制成的软尺在荧光屏上量度，加速电压A U 由电于束线测试仪的高压表直接读出，或者用高阻抗电压表（例如Q3－V 型高压静电表）测量，但这种表价格昂贵，要特别注意安全．偏转电流是通过DA 一16型晶体管电压表来测量10.0Ω两端的电压，然后算出．
测量某一加速电压A U 时，偏转1.0、2.0、3.0、…格对应的电流()mA I ，此可在 5 000～1000V 间取几个值．
以偏转格数N 为横坐标，电流I 为纵坐标，作各种A U 时的N I -图线，仿电场偏转的数据处理，验证①和②。
思考题
l.电子束偏转的方法有几种？它们的规律各是什么？
2.在电场偏转中，偏转板长短（即l ）对偏转距离有什么影响？示波管13SJ37在Y 方向的偏转灵敏度约为24（-1
cm V ?），X 方向偏转灵敏度约为25（-1
cm V ?）问；若X 和Y 偏转板都加300V 偏转电压，电子束在哪一个方向上偏得大？各偏多大距离？在示波管中，哪一对偏转板更靠近荧光屏？为什么？
3.是否能用一只回电流线圈作为偏转线圈使电子束线随电流作线性偏转？欲使电子束能达到荧光屏上任意一点，要几对偏转线圈？应怎样安放？
4.根据实验结果回答如下问题：
（1）在加速电压不变的条件下，偏转距离是否与偏转电压或者偏转电流成正比？
（2）在偏转电压或者偏转电流不变的条件下，偏转距离与加速电压有什么关系？ 5．试比较两种偏转法的优缺点．可从以下二方面考虑： （1）比较X U （或Y U ）N -曲线与N I -曲线的直线性质； （2）比较示波管与显象管的偏转角度θ（见图C.11.l 和图C.11.2）． 6．怎样用电子束线管检查周围空间有否磁场？
参考文献
[1]曾贻伟、龚德纯、王书颖、汪顺义 普通物理实验教程 北京师范大学出版社，1989； [2]贾玉润、王公治、凌佩玲主编，《大学物理实验》，复旦大学出版社，1987； [3]孟尔熹主编，《普通物理实验》，山东大学出版社，1988； [4] 梁灿彬主编，主编《电磁学》，高等教育出版社，1980.
实验十四 电子束线的聚焦
实验目的
1．研究带电粒子在电场和磁场中聚焦的规律； 2．了解电子束线管的结构和原理；
3．掌握测量电子比荷（又称荷质比）的一种方法．
仪器和用具
示波管、电源、试验板、螺线管、螺线管用直流电源、直流电流表、高内阻高压量程电压表．
实验原理
1．示波管的构造
示波管是在抽空的玻璃外壳中装有一些电极，其内部结构可分为三部分：电子枪、偏转板和荧光屏．图C.12.l 为示波管的外形，图C.12.2为其内部结构剖面图．
图C.12.l 示波管外壳
荧光屏
序号 电极 灯丝
阴极 栅极 2A 31A ,A Y 板
X 板
9 1、14 6、8 10、11 2 3 5
（1）电子枪
电子枪由灯丝（f 、f ）、阴极（K ）、栅极（G ，或调制极）、第一阳极（1A ）、第二阳极（2A ）、第三阳极（3A ）组成．一般示波管的3A 和1A
内部已经连在一起．当灯丝两端加上6.3V 电压时，靠近它的阴极便加热，由于阴极表面涂有氧化物，所以当温度升高时，阴极表面的电子很易脱出表面跑到周围的真空空间里，成为游离状态的电子．电子枪内的第一、三阳极都成圆筒形，而栅极和第二阳极呈圆板形，中间有小圆孔．如果阴极、栅极和第一阳极按图C.12.3所示的线路连接，基于场的分布可以推出游离状态的电子
在非均匀电场力的作用下在C 处形成交叉
点，（如果KG E 反接能否形成交叉点？）经过C 点的电子在阳极电势作用下继续向荧光屏加速，最后在荧光屏形成一个圆形的光斑，光斑越小由它组成的波形越清晰，因此研究最小光斑的条件和规律，即电子束线在荧光屏上的聚焦是很重要的．聚焦的方法有两种，电场会聚法和磁场会聚法．
（2）偏转板
偏转板有两组，是平行板电容器（与板垂直的轴向剖面像喇叭口）的变形，如图C.12.2
图C.12.2 示波管的剖面
荧
光屏
图C.12.3 交叉点的形成
中的X X -为水平偏转板，Y Y -为垂直偏转板．
当偏转板上加直流或交流电压时，电子束穿过时将产生偏转或振动，其偏转的大小和偏转电压成比例．
（3）荧光屏
示波管外壳的前端涂有发光物质，在受到高速电子轰击时，它将电子的动能转换成光能辐射出来，在荧光屏上产生一小光斑．当电于束偏转或振动时，光斑也有相应的移动，或由振动形成一亮线．
2．电场会聚法
电场会聚法的基本思想是根据非均匀电场使电子束形成交叉点的原理． 电场会聚法的原理如图C.12.4所示，图中K A K
A 21U U >、K A K A 31U U =为了说明散射
电子束在非均匀电场中的受力情况，我们取A 、B 、C 、D 四处的运动电子进行受力分解分析，图的下面是受力的矢量分解图．注意：速度（矢量）方向不一定与电场力方向一致，而某点电场力的方向就是通过该点电场线（又称电力线）的切线方向·由图可知，如果K
A 1U 和K
A
2U 的电势调节适当，电子就会加速飞过电子枪并受到指向轴线的中心会聚力，因而由
交叉点C 散射的电子束在荧光屏上会聚成一个非常细小的光斑，常称为聚焦的光点．理论与实验证明了，不管亮度如何，聚焦的条件都是
≈=
K
A K A 21U U G 常数 （C.12.l ）
由于K A K
A
21U U >,因此1>G ，这样的聚焦称为正向聚焦；若K A K A 21U U <即 G ＜1，
K
A 1U
和K
A
2U 调节恰当也可以聚焦，称为反向聚焦，但是光点较暗．
图C.12.4 电了在电场中的受力分析
3．磁场会聚法
将示波管放在螺旋管磁场中，并将示波管的第一阳极、第二阳极、X 和Y 偏转板都连在一起，使电子进人第一阳极后在等电势的空间运动．由于栅极和第一阳极之间的距离较短，只有mm 1左右，又由于电子从阴极发射出来时初速度很小（仅相当于V 5.1~0下获得的速度），而阳极加速电压高达700～1000V ，所以可以认为各电子进人第一阳极时的轴向速度||v 是相同的，其大小由阳极电压A U 决定，因为
A
2
2
1eU
mv ||=
所以
m
eU v ||A
2=
（C.12.2）
式中m 为电子质量，e 为电子电荷．
进人第一阳极的各电子的径向速度⊥v 则有明显差异，在洛伦兹力B ev F ⊥=（B 仅为磁感应强度）作用下，使电子在垂直的B 平面内作匀速圆周运动，其向心力就是洛伦兹力，即
B ev R
mv ⊥=⊥2
（C.12.3）
所以圆运动轨道半径R 等于
eB
mv R ⊥=
（C.12.4）
其作圆运动一周的时间T 为
eB
m v R T π2π2==
⊥
（C.12.5）
上式表示，不论电子的径向速度⊥v 的大小如何，它们完成一次圆运动的时间都相同，另外由于它们同是从轴线上一点出发作圆运动的，因而在经过时间T 后又会都回到轴线上，不过由于轴向速度为||v ，再次回到轴上时，已前进了距离T v ||，即如图C.12.5所示，电子的运动轨迹是因⊥v 而异的螺线，但螺距h 都为
||||v eB
m T v h π2=
= （C.12.6）
即在距第一交叉点为一个螺距h 之点又重新会聚，如果调节磁场B 使螺距h 等于第一交点到屏的距离l ，则屏上将出现电子束会聚产生的小亮斑，这就是磁聚焦．
4．电子比荷（
m
e ）的测量
从上述讨论可知，当调节B 使屏上出现聚焦亮点时，
m
22A
eU eB
m πl =
（C.12.7）
整理后可得
22
A 2
8B
l U πm e = （C.12.8）
即测出A U 、l 和B 之后，可由上式算出电子比荷m
e 之值．
又当继筵调节B 使l h 21=
或l h 3
1=
时，屏上将出现第二次、第三次聚焦．
螺线管中的磁感应强度B 与励磁电流I 的关系为
()7
21010
2-?-=βcos βcos I n πB
令
()7
21010
2-?-=βcos βcos I n πc
则
()T cI B =
其中0n 为螺线管单位长的匝数，1β和2β为螺线管的中心对管两端的张角．
用磁聚焦法测电子的比荷有相当明显的误差，产生误差的原因较多，例如示波管中电子
图C.12.5 电子轨迹示意图
B
枪的实际结构比较复杂，电场和外磁场的场强不会是理想的匀强分布，所以很难精确考虑，因此电子在场中的运动规律与实际有一定的偏离，反映在l 不能准确地确定上．此外，如果电子束的电流密度较大，加速电压甚低，那么电子间的相互排斥作用更为显著，造成电子束的扩张，这种效应称为空间电荷效应，不过，当“亮度”较低，加速电压很高时，空间电荷效应很小，由它引起测量
m
e 的系统误差可以大大减小．
实验过程
1．电场聚焦
电子束线管的构造和电源供给部分，可参阅实验十二中的图C.11.3和有关说明．电场聚焦的实验线路可参看图C.12.6．将2A 与E 连接，1A 、1X 、2X 、1Y 、2Y 都与F 连接，
C 与
D 连接，因为K A K A 11U U >，所以这样的聚焦属于正向电场聚焦．调节K w 使荧光屏
上有不太亮的光斑，再分别调节1w 和2w ，直到光斑不能再小为止，即实现了聚焦.再用高内阻电压表测量K
A 1U
和K
A 1U
值，根据（C.12.1）式可求得G 值．取三种不同亮度的光斑，
测量G 值，最后求平均值．
将2A 与F 连接，1A 、1X 、2X 、1Y 、2Y 与E 连接，C 与D 连接，因为K
A K
A
11U U <所以这样的聚焦称反向电场聚焦，按同样的方法可求得反向电场聚焦G 的平均值．
2．磁场聚焦和
m
e 的测定
将示波管置于螺线管内，尽量使二者的轴线一致．把示波管的第一、第二阳极和X 、Y
E
f
f V 36.-图C.12.6 电场聚焦实验线路
偏转板都和F 连在一起．将螺线管和直流电源相接，并将电流计串联其中去测励磁电流
I ．使加速电压A U 取某一值（例如 800V ，由小到大调励磁电流，测出第一、二、三次聚
焦的电流1I 、2I 、3I .将A U 在可调范围内改变5次，重复测其聚焦电流．螺线管常数c 由实验室提供．
可以用米尺或测高仪测量栅极到屏的距离，由于示波管一般在管壳内壁上涂有黑色的石墨粉，交点到荧光屏的距离l 值不能直接测量，只能在X 光透视片上测量．
为了减小空间电荷效应，比较准确地求得电子的比荷，取kV 41AK .U =左右，“亮度”尽可能暗，即调节K w ，使滑动端向右移动．同样测量第一、二、三次聚焦时的螺线管电流值．
将测量出的2I 、3I 折合成1I 去计算． 参照式（C.12.8）计算
m
e 值及不确定度．
3．对测量中的观察结果和测量值的差异情况进行分析说明．
思考题
1．示波管内是否必定有交叉点？交叉点位置与哪些因素有关？ 2．电场聚焦的条件是什么？怎样的聚焦称为正向聚焦？ 3．磁场聚焦的条件是什么？
4．怎样用磁场聚焦法测量电于比荷？ 5．正、反向电场聚焦的G 值各等于多少？
6．为什么反向电场聚焦的光点亮度很暗？反向电场聚焦是否总能实现？ 7．示波管亮度变化为什么会影响聚焦？
8．用短螺线管产生的纵向磁场能否实现电子束线的聚焦？ 9．电子比荷的公认值为：1.7591
11
kg C 10-??．试比较实验结果，并且分析产生误差的
原因
10．怎样建立交叉点？如果没有交叉点能否实现电子束线的聚焦？
11．调节示波器“辉度”时为何要同时调节“聚焦”和“辅助聚焦”电位器？（提示：“辉度”就是K w ，“聚焦”就是2w ，“辅助聚焦”就是1w ，见图C.12.7所示）
参考文献
[1]曾贻伟、龚德纯、王书颖、汪顺义普通物理实验教程北京师范大学出版社，1989；
[2]贾玉润、王公治、凌佩玲主编，《大学物理实验》，复旦大学出版社，1987；
[3]孟尔熹主编，《普通物理实验》，山东大学出版社，1988；
[4] 梁灿彬主编，主编《电磁学》，高等教育出版社，1980.
南昌大学物理实验报告 课程名称：普通物理实验（2） 实验名称：电子束的偏转与聚焦 学院：专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：座位号： 实验时间： 一、实验目的： 1、了解示波管的构造和工作原理。 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、学会规范使用数字多用表。 4、学会磁聚焦法测量电子比荷的方法。
二、实验仪器： EB—Ⅲ电子束实验仪、直流稳压电源30V，2A、数字多用表。 三、实验原理： 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。灯丝H用交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K 的电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线截止，辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布，可以改变等势面的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中，电子从被加热的阴极K逸出后，由于受到阳极电场的加速作用，使电子获得沿示波管轴向的动能。电场力做的功eU应等于电子获得的动能
电子束的偏转与聚焦实验 一、实验目的 1、了解示波管的构造和工作原理，分析电子束在匀强电场和匀强磁场作用下的偏转情况； 2、学会使用数字万能表和聚焦法测量电子荷质比的方法。 二、实验原理 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。灯丝H用6.3V交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。 K G A Y1S Y2 G U1 K U2 图1 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线截止，辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了
图2 弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布，可以改变等势面的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中，电子从被加热的阴极K 逸出后，由于受到阳极电场的加速作用，使电子获得沿示波管轴向的动能。令Z 轴沿示波管的管轴方向从灯丝位置指向荧光屏；同时，从荧光屏上看，令X 轴为水平方向向右，Y 轴为垂直方向向上。假定电子从阴极逸出是初速度忽略不计，则电子经过电势差为U 的空间后，电场力做的功eU 应等于电子获得的动能 2m 2 1 v eU = （1） 显然，电子沿Z 轴运动的速度v z 与第二阳极A 2的电压U 2的平方根成正比，即 22v U m e z = （2） 若在电子运动的垂直方向加一横向电场，电子在该电场作用下将发生横向偏 转，如图2所示。 若偏转板板长为l 、偏转板末端到屏的距离为L 、偏转电极间距离为d 、轴向加速电压（即第二阳极A 2电压）为U 2，横向偏转电压为U d ，则荧光屏上光点的横向偏转量D 由下式给出： d l U U L D d 2)2l （2+= （3） 由式（3）可知，当U 2不变时，偏转量 D 随U d 的增加而线性增加。所以，根 据屏上光点位移与偏转电压的线性关系， 可以将示波管做成测量电压的工具。若 改变加速电压U 2，适当调节U 1到最佳 聚焦，可以测定D-U d 直线随U 2改变而 使斜率改变的情况。 4、磁偏转原理 电子通过A 2后，若在垂直Z 轴的X 方向外加一个均匀磁场，那么以速度v 飞越子电子在Y 方向上也会发生偏转，如图所示。 由于电子受洛伦兹力F=eBv 作用，F 的大小不变，方向与速度方向垂直，因此电子在F 的作用下做匀速圆周运动，洛伦兹力就是向心力，即有eBv=mv 2/R ，所以 eB R z mv = （4） 电子离开磁场后将沿圆切线方向飞出，直射到达荧光屏。在偏转角φ较小的
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， 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 22)(212 1v Z m eE at Y == （4－17－1） 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V A 的作用下，加速电压对电子所做的功全部转为电子动能，则A eV mv =22 1 。 将E ＝V ／d 和v 2代入（4－17－1）式，得 d V VZ Y A 42 = 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 d V Vl dZ dY tg A l x 2===? （4－17－2） 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 L S tg =? 代入（4－17－2）式，得 d V VlL S A 2= （4－17－3） 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V A 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 A e V V k S = （4－17－4） k e 为电偏常数。可见，当加速电压V A 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
南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（2） 实验名称：电子束的偏转与聚焦 学院：专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：座位号： 实验时间：
一、实验目的： 1、了解示波管的构造和工作原理。 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、学会规范使用数字多用表。 4、学会磁聚焦法测量电子比荷的方法。 二、实验仪器： EB—Ⅲ电子束实验仪、直流稳压电源30V，2A、数字多用表。 三、实验原理： 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。灯丝H用6.3V交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K 的电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线截止，辉度为0。
加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布，可以改变等势面的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中，电子从被加热的阴极K 逸出后，由于受到阳极电场的加速作用，使电子获得沿示波管轴向的动能。电场力做的功eU 应等于电子获得的动能 2m 21v eU = （1） 显然，电子沿Z 轴运动的速度vz 与第二阳极A2的电压U2的平方根成正比，即 22v U m e z = （2） 若在电子运动的垂直方向加一横向电场，电子在该电场作用下将发生横向偏转，如图2所示。 若偏转板板长为l 、偏转板末端到屏的距离为L 、偏转电极间距离为d 、轴向加速电压（即第二阳极A2电压）为U2，横向偏转电压为Ud ，则荧光屏上光点的横向偏转量D 由下式给出： d l U U L D d 2) 2l （2+= （3） 由式（3）可知，当U2不变时，偏转量D 随Ud 的增加而线性增加。所以，根据屏上光点位移与偏转电压的线性关系，可以将示波管做成测量电压的工具。若改变加速电压U2，适当调节U1到最佳聚焦，可以测定D-Ud 直线随U2改变而使斜率改变的情况。 4、磁偏转原理 电子通过A2后，若在垂直Z 轴的X 方向外加一个均匀磁场，那么以速度v 飞越子电子在Y 方向上也会发生偏转，如图所示。 由于电子受洛伦兹力F=eBv 作用，F 的大小不变，方向与速度方向垂直，因此电子在F 的作用下做匀速圆周运动，洛伦兹力就是向心力，即有eBv=mv2/R ，所以 eB R z mv = （4）
实验电子束的电偏转 篇一：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， 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?1at2?1eE(Z)2 （4－17－1） 2 2mv 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1 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 2 Y?VZ 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 tg??dY?Vl（4－17－2） dZx?l2VAd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 tg?? L代入（4－17－2）式，得 S?VlL （4－17－3） 2VAd 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?keV（4－17－4）
南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：电子束的偏转与聚焦现象实验 学院：机电工程学院 专业班级：机制154班
学生：郝为权学号：5901115110 实验地点：基础实验大楼213座位号：31 实验时间：第 1周星期一 一、实验目的 1、了解示波管的构造和工作原理，分析电子束在匀强电场和匀强磁场作用下的偏转情况； 2、学会使用数字万能表和聚焦法测量电子荷质比的方法。 二、实验原理 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。灯丝H用6.3V交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。
2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线截止，辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布，可以改变等势面的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中，电子从被加热的阴极K逸出后，由于受到阳极电场的加速作用，使电子获得沿示波管轴向的动能。令Z轴沿示波管的管轴方向从灯丝位置指向荧光屏；同时，从荧光屏上看，令X轴为水平方向向右，Y轴为垂直方向
参考答案 答案1： 答案2： 答案3： 答案4： 正确答案为:4 你做的答案为：1 答案1：限制通过小孔的电子数量；产生自由电子；使电子沿轴线加速；使电子束侧面偏转。
答案2：产生自由电子；限制通过小孔的电子数量；使电子沿轴线加速；使电子束侧面偏转。 答案3：产生自由电子；限制通过小孔的电子数量；使电子束侧面偏转；使电子沿轴线加速。 答案4：限制通过小孔的电子数量；产生自由电子；使电子束侧面偏转；使电子沿轴线加速。 正确答案为:2 你做的答案为：3 答案1： 正比；反比 答案2： 反比；正比 答案3：正比；正比 答案4：反比；反比 正确答案为:2 你做的答案为：3
答案1：V4> V3> V1> V2 答案2： V3> V4> V2> V1 答案3： V4> V3> V2> V1 答案4：V3> V4> V1> V2 正确答案为:1 你做的答案为：4 （电偏转、电聚焦）在下列各电压中，与电子从电子枪口出射速度相关的有_______ 答案1： 聚焦电压V1 答案2：加速电压V2 答案3：栅压V G 答案4：偏转电压V dx、V dy 正确答案为:2 你做的答案为：3 参考答案
答案1：限制通过小孔的电子数量；产生自由电子；使电子沿轴线加速；使电子束侧面偏转。答案2：产生自由电子；限制通过小孔的电子数量；使电子沿轴线加速；使电子束侧面偏转。答案3：产生自由电子；限制通过小孔的电子数量；使电子束侧面偏转；使电子沿轴线加速。答案4：限制通过小孔的电子数量；产生自由电子；使电子束侧面偏转；使电子沿轴线加速。 2 正确答案为: 你做的答案为：2 （电偏转、电聚焦）栅压电压的绝对值越大，荧光屏的亮度越_____；加速电压越大，荧光屏的亮度越_____。 答案1：暗；暗 答案2：暗；亮 答案3：亮；暗 答案4：亮；亮 2 正确答案为: 你做的答案为： 2 答案1：是；U dy／ed 答案2：否；U dy／ed
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 1． 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 范围内是均匀的，电子将作抛物线运动，在偏转板外，电场为零，电子不受力，作匀速直线运动。荧光屏上电子束的偏转距离D 可以表示为 式中V 为偏转电压，V A 为加速电压，k e 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 δ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匀横向磁场，假定在l 范围内是均匀的，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，在均匀磁场B 内作匀速圆周运动，电子穿出磁场后，则做匀速直线运动，最后打在荧光屏上，磁偏转的距离可以表示为： 式中I 是偏转线圈的励磁电流，单位A ；k m 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 )3( A m V I k D =(2) 电A e V k V D ==δ（1） / A e V V k D = l e 图1 电子束电偏转原理 e v 图2 电子束磁偏转原理
实验二十四 电子束的偏转 示波器中用来显示电信号波形的示波管和电视机、摄像机里显示图像的显像管、摄像管都属于电子束线管，虽然它们的型号和结构不完全相同，但都有产生电子束的系统和电子加速系统，为了使电子束在荧光屏上清晰的成像，还要设聚焦、偏转和强度控制系统。对电子束的聚焦和偏转，可以利用电极形成的静电场实现，也可以用电流形成的恒磁场实现。前者称为电聚焦或电偏转。随着科技的发展，利用静电场或恒磁场使电子束偏转、聚焦的原理和方法还被广泛地用于扫描电子显微镜、回旋加速器、质谱仪等许多仪器设备的研制之中。本实验在了解电子束线管的结构基础上，先讨论电子束的偏转特性及其测量方法。 【目的】 1.了解示波管结构和原理。 2.研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律。 3.测试示波管的电偏灵敏度和磁偏灵敏度与加速电压的关系。 【原理】 示波管的基本结构主要由以下4个部分组成 （1）示波管 示波管的构造如图4-43所示。当加热电流通过灯丝时，阴极K 被加热并发射电子，栅极G 加上相对于阴极为负的电压，调节栅极电压的大小，可以控制阴极发射电子的多少，即控制光点的亮度。第一阳 极A １相对于阴极K 有很高的电压（约 1 500V ）用以加速电子；第二阳极 A ２与第一阳极A １之间构成聚焦电 场，使发散的电子束在聚焦电的作用下汇聚起来，打在荧光屏上发出荧光。X 、Y 偏转板是2对分别平行且相互垂直的属极，在平行板上加不同的电压控制荧光屏上的光点的位置。光点移动距离的大小与加在偏转板上的电压成正比。 (2)扫描电压发生器 扫描电压发生器是产生扫描电压的装置。 示波器通常是要观察轴输入的周期性信号电压的波形。如果只把被测信号（如正弦电压）加在Y 偏转板上，而亮线。要在荧光屏上显示出正弦电压的波形，就必须使亮点在Y 轴上的运动沿X 方向展开。为此必须在X 偏转板上加一周期性随时间线性变化的电压，这种电压称为扫描电压。这样荧光屏上光点在作竖直运动的同时还要作自左向右的匀速运动。如果扫描电压的周期T ｘ与正弦电压的周期T ｙ相同，荧光屏上将显示一个完整的正弦波形。如果T ｘ是T ｙ的整数倍，则荧光屏上将显示出n 个完整的正弦波形。若用频率表示，则为： f Ｘ＝nf Ｙ 为了能用示波器观察各种频率的信号电压波形，扫描电压的频率必须在很大的范围内连续可调，调节扫描电压的频率，使其与Y 轴输入信号电压的频率成整数比方可。这一调整过程称为“同步”。人工“同步”可以很容易达到f Ｘ＝nf Ｙ，使其出现暂时稳定的图形。由于 图4-52 电子束的电偏转 图4-43 电子射线示波管 A １-第一阳极 A ２-第二阳极 f-灯丝 G-栅极 K-阴极 X 、Y-偏转转板
电子束的电偏转、磁偏转研究 示波器中用来显示电信号波形的示波管和电视机里显示图像的显象管及雷达指示管、电子显微镜等电子器件的外形和功用虽各不相同，但有其共同点：都有产生电子束的系统和对电子加速的系统；为了使电子束在荧光屏上清晰地成象，还有聚焦、偏转和强度控制等系统。因此统称它们为电子束线管。电子束的聚焦和偏转可以通过电场和磁场对电子的作用来实现，前者称为电聚焦和电偏转，后者称为磁聚焦和磁偏转。本实验研究电子束的电偏转和磁偏转。通过实验，将使我们加深对电子在电场及磁场中运动规律的理解，有助于了解示波器和显象管的工作原理。 [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。 [实验原理] 1．电子束的电偏转 电子在两偏转板之间穿过时，如果两板间电位差为零，电子则笔直地穿过偏转板打在荧屏中央（假定电子枪瞄准了中心）形成一个小亮斑。如果在两块Y （或X ）偏转板上加有电压，电子就会受电场力的作用而发生偏转。 在图5-1中，设两板相距为d ，电位差为V d ，可看做平行板电容器，则两板间的电场强度是 d V E d y = 电子受电场力 d eV eE f d y y == 的作用，产生加速度 md eV m f a d y y = = 电子在Z 方向上没有加速度，故从Y 板左端运动到右端的时间是z v l t /1=再从右端运动到屏的时间是z v L t /2'=电子离开板右端时的垂直位移是 2 2 11) ( 22 z d y v l md eV t a y ?= = 在同一点的垂直速度 )( )( 1z d y y v l md eV t a v ?== 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是 ) ( )( )(22z z d y v L v l md eV t v y '??== 电子在屏上总位移 ) 2()( 221L l m d v l eV y y D z d '+?=+= 令 L l L ' += 2，又因为电子在加速电压的作用下，加速场对电子所做的功全部转化为电子 的动能，则 2 221eV mv z = （1） 代入上式，并由式（1）消去v z 最后得，板中心至屏的距离， d V dV lL D 2 2= （2）
电子束的偏转与聚焦实
南昌大学物理实验报告 课程名称: 普通物理实验（2） 实验名称：____________ 电子束的偏转与聚焦 学院：________ 专业班级: 学生姓名：_________ 学号: 实验地点：______ 座位号: 实验时间:
一、实验目的： 1、了解示波管的构造和工作原理。 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、学会规范使用数字多用表。 4、学会磁聚焦法测量电子比荷的方法。 二、实验仪器: EB-IH电子束实验仪、直流稳压电源30V, 2A、数字多用表。 三、实验原理: 1、示波管的结构 示波管乂称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S,其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。灯丝H用交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时乂受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20"100V,曲阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线截止，辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高儿白伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和笫二阳
电子束的偏转实验报告 以下是为大家整理的电子束的偏转实验报告的相关范文，本文关键词为电子束,偏转,实验,报告,，您可以从右上方搜索框检索更多相关文章，如果您觉得有用，请继续关注我们并推荐给您的好友，您可以在工作报告中查看更多范文。 篇一：电子束偏转实验报告 篇一：电子束的偏转实验报告 实验题目：电子束线的偏转 实验目的 1.研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律； 2.了解电子束管的结构和原理。仪器和用具 实验原理 1．电子束在电场中的偏转 假定由阴极发射出的电子其平均初速近似为零，在阳极电压作用下，沿z方向作加速运动，则其最后速度vz可根据功能原理求出来，即eua?移项后得到vz? 2
12mvz2 2eua （c.11.1）m e 式中ua为加速阳极相对于阴极的电势，为电子的电荷与质量之比（简称比荷，又称荷m 质比）．如果在垂直于z轴的y方向上设置一个匀强电场，那么以vz速度飞行的电子将在y方向上发生偏转，如图c.11.l所示．若偏转电场由一个平行板电容器构成，板间距离为d，极间电势差为u，则电子在电容器中所受到的偏转力为fy?ee? eu （c.11.2）d ??根据牛顿定律fy?m?y??因此?y eu d eu （c.11.3）md 即电子在电容器的y方向上作匀加速运动，而在z方向上作匀速运动，电子横越电容器的时间为t? l （c.11.4）vz 当电子飞出电容器后，由于受到的合外力近似为零，于是电子几
乎作匀速直线运动，一直打到荧光屏上，如图c.11.l里的f点．整理以上各式可得到电子偏离z轴的距离 n?ke u （c.11.5）ua ll?l? 1???2d?2l? 式中ke? 是一个与偏转系统的几何尺寸有关的常量．所以电场偏转的特点是：电子束线偏离z轴（即荧光屏中心）的距离与偏转板两端的电压成正比，与加速极的加速电压成反比． 2．电子束在磁场中的偏转 如果在垂直于z轴的x方向上设置一个由亥姆霍兹线圈所产生的恒定均匀磁场，那么以速度vz飞越的电子在y方向上也将发生偏转，如图c.11.2所示．假定使电子偏转的磁场在l范围内均匀分布，则电子受到的洛伦兹力大小不变，方向与速度垂直，因而电子作匀速圆周运 动，洛伦兹力就是向心力，所以电子旋转的半径r? mvz （c.11.6）eb 当电子飞到a点时将沿着切线方向飞出，直射荧光屏，由于磁场由亥姆霍兹线圈产生，因此磁场强度b?ki（c.11.7）
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】 1-e EB 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 2 2)(2121v x m eE at y == (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a U 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: A eU mv =2 2 1，m eU v a 22= 将E =V /D 和v 2 代入（３－13-1）式,得 24x D U V y a = 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?的正切为 l d U V dx dy tg a l x 2= = =? (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 L S tg =? 代入（3-13－2）式,得 D U VlL S a 2= (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a U 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
大学物理实验报告 实验名称磁聚焦法测电子荷质比 实验日期2010-04-24 实验人员袁淳(200902120406)
大学物理实验报告——磁聚焦法测电子荷质比 —第 1 页 共 2 页— 【实验目的】 1. 了解电子在电场和磁场中的运动规律。 2. 学习用磁聚焦法测量电子的荷质比。 3. 通过本实验加深对洛伦兹力的认识。 【实验仪器】 FB710电子荷质比测定仪。 【实验原理】 当螺线管通有直流电时，螺线管内产生磁场，其磁感应强度B 的方向，沿着螺线管的方向。电子在磁场中运动，其运动方向如果同磁场方向平行，则电子不受任何影响；如果电子运动力向与磁场方向垂直，则电子要受到洛伦兹力的作用，所受洛伦兹力为： 将运动速度分解成与磁感应强度平行的速度//v 和与磁感应强度垂直的速度⊥v 。//v 不受洛伦兹力的影响，继续沿轴线做匀速直线运动。⊥v 在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其方程为： 则 由阴极发射的电子，在加速电压U 的作用下获得了动能，根据动能定理， 则 保持加速电压U 不变，通过改变偏转电流I ，产生不同大小磁场，保证电子束与磁场严格垂直，进而测量电子束的圆轨迹半径r ，就能测量电子的m e 值。 螺线管中磁感应强度的计算公式以R NI B 023)54(μ?=表示，式中0μ=4π×10-7H/m 。N 是螺线管的总匝 数=130匝； R 为螺线管的平均半径=158mm 。得到最终式： ()()kg C r I U NIr UR m e /1065399.3321252212202??=??? ??=μ 测出与U 与I 相应的电子束半径r ，即可求得电子的荷质比。 【实验步骤】 2)(2rB U m e =eU mv =221evB F =r mv evB F 2==rB e ν= m
实验19 电子束偏转实验 一、预习思考题 1.电子束在磁场作用下的运动轨迹是怎样的？ 2.利用电子束的偏转可以测量哪些物理量？ 二、实验目的 1、了解示波管的结构； 2、了解电子束发生电偏转、电聚焦、磁偏转、磁聚焦的原理； 3、掌握一种测量荷质比的方法。 三、实验器材 LB-EB3型电子束实验仪控制面板如图19-1所示。 利用电压指示选择档，可以实时通过示波管电压显示窗口观察记录相应的电压值并可通过三个电压调节旋钮随时调节相应的电压值。 电压输出用于给螺线管供电，其连接极性为：红——红，黑——黑。同时通过电压调节旋钮对其电压进行调解。 交直流开关用于直流和交流的切换，X,Y 换向开关用于换档显示X 、Y 偏转电压。 四、实验原理 测量物理学方面的一些常数（例如光在真空中的速度c,阿伏加德罗常数N ，电子电荷e,电子的静止质量m ）是物理学实验的重要任务之一，而且测量的精确度往往会影响物理学的进一步发展和一些重要的新发现。本实验将通过较为简单的方法，对电子e/m 进行测量。 1.电子束实验仪的结构原理 电子束实验仪的工作原理与示波管相同，它包括抽成真空的玻璃外壳、电子枪、偏转系统与荧光屏四个部分。 电 源 电流输出 + - Y X V G 调节 电流调节 V A2调节V A1调节示波管电压励 磁 电 流 偏 转 电 压 交 流 Y 偏转 Y 调零X 偏转X 调零直 流 电 子 束（荷 质 比）实 验 仪 南 京 浪 博 科 教 仪 器 研 究 所 LB-EB3 图19-1
图19-2 （1）电子枪 电子枪的详细结构如图19-2所示。电子源是阴极，它是一只金属圆柱筒，里面装有一根加热用的钨丝，两者之间用陶瓷套管绝缘。当灯丝通电（6.3伏交流）被加热到一定温度时，将会在阴极材料表面空间逸出自由电子（热电子）。与阴极同轴布置有四个圆筒的电极，它们是各自带有小圆孔的隔板。电极G称为栅极，它的工作电位相对于阴极大约是5-20V的负电位，它产生一个电场是要把从阴极发射出的电子推回到阴极去，只有那些能量足以克服这一阻止电场作用的电子才能穿过控制栅极。因此，改变这个电位，便可以限制通过G小孔的电子 的数量，也就是控制电子束的强度。电极G′在管内与A 2相连，工作电位V 2 相对于K一般是正几 百伏到正几千伏。这个电位产生的电场是使电子沿电极的轴向加速。电极A1相对于K具有电位 V 1，这个电位介于K和G′的电位之间。G′与A 1 之间的电场和A 1 与A 2 之间的电场为聚焦电场（静 电透镜），可使从G发射出来的不同方向的电子会聚成一细小的平行电子束。这个电子束的直 径主要取决于A 1的小孔直径。适当选取V 1 和V 2 ，可获得良好的聚焦。 （2）偏转系统 电偏转系统是由一对竖直偏转板和一对水平偏转板组成，每对偏转板是由两块平行板组成，每对偏转板之间都可以加电势差，使电子束向侧面偏转。磁偏转系统是由两个螺线管形成的。 （3）荧光屏 荧光屏是内表面涂有荧光粉的玻璃屏，受到电 子束的轰击会发出可见光，显示出一个小光点。 2.电偏转：电子束+横向电场 电偏转原理如图19-3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 d ，当加速后 e Y + - + + + + - - - - l L S Z - + d
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】 1-e EB 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， 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 2 2)(2121v x m eE at y == （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a U 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： A eU mv =2 2 1，m eU v a 22= 将E ＝V ／D 和v 2 代入（3－13－1）式，得 24x D U V y a = 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?的正切为 l d U V dx dy tg a l x 2= = =? （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 L S tg =? 代入（3－13－2）式，得 D U VlL S a 2= （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a U 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 a e U V k S = （3－13－4） k e 为电偏常数。可见，当加速电压a U 一定时，偏转距离与偏转电压呈线性关系。为了反映
竭诚为您提供优质文档/双击可除电子束的电偏转和电聚焦实验报告 篇一：电子束的偏转与聚焦(北京科技大学物理实验报告) 北京科技大学实验预习报告 实验名称：电子束的偏转与聚焦 实验目的： 研究带电粒子在电场和磁场中偏转和聚焦的规律；了解电子束线管的构造和工作原理。 实验原理： A，电子束流的产生与控制 通过阴极K发射电子。控制栅极g是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极的外面，其电位比阴极低，因此栅极对阴极发射的电子流密度起到控制作用。b，电偏转原理 通过电场对电子的偏转作用，我们可以得到以下公式：De=udl(1/2+L)/(2uzd) 其中，De为偏转长度，l为电场长度，d为电场宽度，L 为电容器到荧光屏的距离，uz为加速电压。
c,磁偏转原理 通过磁场场对电子的偏转作用，我们可以得到以下公式：Dm=klI(L+l/2)sqrt(e/2uzm) D,点聚焦原理 利用非均匀电场是电子束形成交叉点。由阴极射出的电子，经栅极与第一阳极之间的不均匀电场的作用会聚与栅极出口前方，形成电子束的叉点。 e，磁聚焦原理 电子运动的周期和螺距均与v（垂直）无关。从同一点 出发的各个电子在作螺线运动时，尽管各自的v（垂直）不 相同，但经过一个周期的旋转之后，他们又会在距离出发点一个螺距的方向相遇。 实验内容及步骤 A，电偏转的观测 b, 磁偏转的观测 c,电聚焦的观测 D，磁聚焦的观测 篇二：实验14-电子束的偏转与聚焦及电_... 实验14电子束偏转、聚焦及电子荷质比的测定 带电粒子在电场和磁场作用下的运动是电学组成的基础。带电粒子通常包括质子、离子、和自由电子等，其中电
子具有极大的荷质比和极高的运动速度。因此，在各种分支学科中得到了极其广泛的应用。 众所周知，快速运动的电子会在阴极射线管的荧光屏上留下运动的痕迹，可以利用观察此光迹的方法来研究电子在电场和磁场中的运动规律。辅以聚焦、偏转和强度控制等系统，可以使电子束在荧光屏上清晰地成象。电子束的聚焦和偏转可以通过电场和磁场对电子的作用来实现，前者称为电聚焦和电偏转，后者称为磁聚焦和磁偏转。通过磁聚焦可测出电子的电荷与质量比，即验证电子带电荷量，并证明电子的质量me。 实习一电子束的电偏转与电聚焦 【实验目的】 1.了解示波管的基本构造和工作原理。 2.掌握示波管中电子束电偏转和电聚焦的基本原理。 3.掌握利用作图法求电偏转灵敏度的数据处理方法。【实验原理】 1.示波管的基本构造和工作原理(参见实验--示波器的 使用)2.电子束的电偏转 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Y（或x）偏转板 上加有电压，电子就会受电场力的作用而发生偏转。如图
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， 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 22)(212 1v Z m eE at Y == （4－17－1） 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V A 的作用下，加速电压对电子所做的功全部转为电子动能，则A eV mv =221。 将E ＝V ／d 和v 2代入（4－17－1）式，得 d V VZ Y A 42 = 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 d V Vl dZ dY tg A l x 2= ==? （4－17－2） 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 L S tg =? 代入（4－17－2）式，得
d V VlL S A 2= （4－17－3） 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V A 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 A e V V k S = （4－17－4） k e 为电偏常数。可见，当加速电压V A 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 )1(A e V k V S ==电δ （4－17－5） 电δ称为电偏转灵敏度，单位为毫米/伏。电δ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l 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 R v m evB f 2 == 或 eB mv R = 电子离开磁场区域与Z 轴偏斜了θ角度，由图4－17－2中的几何关系得 mv leB R l = =θsin 电子束离开磁场区域时，距离Z 轴的大小α是 )cos 1()cos 1(cos θθθα-=-=-=eB mv R R R 电子束在荧光屏上离开Z 轴的距离为 αθ+?=tg L S 如果偏转角度足够小，则可取下列近似 θθθ==tg sin 和 2 1cos 2 θθ-= 则总偏转距离
电子束的偏转与聚焦实 验报告 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（2） 实验名称：电子束的偏转与聚焦 学院：专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：座位号： 实验时间：
一、实验目的： 1、了解示波管的构造和工作原理。 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、学会规范使用数字多用表。 4、学会磁聚焦法测量电子比荷的方法。 二、实验仪器： EB—Ⅲ电子束实验仪、直流稳压电源30V，2A、数字多用表。 三、实验原理： 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。灯丝H用交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线截止，辉度为0。