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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，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VA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v2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 （4－17－4） ke为电偏常数。可见，当加速电压VA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VA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（4－17－7）式，得 （4－17－8） 由于式中其它量都是常数，故可写成 （4－17－9） 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 （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4－17－3所示。该仪器主要由示波管、显示电路、励磁电路、测量电路、电源等部分组成。仪器板面上各旋钮、电表的作用如下： 辉度：用来改变加在控制栅板G上的电压，以调节屏上亮点的亮度。 聚焦：用来改变加在第一阳极A1上的电压，以调节屏上亮点的粗细。 辅助聚焦： 用来改变加在第二阳极A2上的