实验十一电子束实验.doc

实验十一电子束实验实验十一电子束实验一、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。二、实验仪器 SJ— SS—2 型电子束实验仪。三、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 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(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。将E=V/d和v 2 代入( 4- 17-1 )式,得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(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, 则代入( 4- 17-2 )式,得(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(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(4 - 17-5) 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 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, 由牛顿第二定律得或电子离开磁场区域与 Z 轴偏斜了角度,由图 4- 17-2 中的几何关系得电子束离开磁场区域时,距离 Z 轴的大小是电子束在荧光屏上离开 Z 轴的距离为如果偏转角度足够小,则可取下列近似和则总偏转距离又因为电子在加速电压 V A 的作用下, 加速场对电子所做的功全部转变为电子的动能,则代入( 4- 17-6 )式,得(4- 17 -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(4-1 7-7 )式,得(4- 17-8) 由于式中其它量都是常数,故可写成(4 - 17-9) k m 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