700117电子束的电偏转和磁偏转 (1)

【一】实验目的及实验仪器

实验目的 1.了解示波管的基本构造和原理。 2.研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律。 实验仪器 DZS-D型电子束试验仪

仪器介绍

1.螺线管内的线圈匝数n=526匝 2.螺线管的长度l=0.234米 3.螺旋管的直径d=0.090米

4.螺距（y偏转板至荧光屏距离）h=0.145米

5.加速电压Vk调节旋钮：改变电子束加速电压的大小，600~800V。 6.聚焦电压V1调节旋钮：用以调节聚焦板上的电压，以调节电板附近区域的电场分布，从而调节电子束的聚焦和散焦。 7.栅极电压VC辉度调节旋钮：用以调节加在示波管控制栅极上的电压大小，以控制阴极发射的电子数量，从而控制荧光屏上光点的辉度。

8.Vdx偏转电压调节旋钮：-30~30V，Vdy偏转电压调节旋钮：-30~30V。

9.调零x调节旋钮：用来调节光点水平位置，调零y，调节旋钮用来调节光点上下位置。

10.Vdx、Vdy低压转换开关：当打到Vdx挡，低压测量表头即可显示偏转电压Vdy，当打到Vdy的低压测量表头即可显示偏转电压Vdy。同理，高压转换开关对应高压测量表头。 11.磁偏转线圈：用来做磁偏转实验。

12.电流测量表头：显示磁偏转线圈内励磁电流大小。 13.电流调节旋钮：用来改变磁偏转线圈内励磁电流大小。 14.示波管电源开关：用来接通总电源使仪器工作

【二】实验原理及过程简述

1.示波管的基本构造

它由电子枪、偏转板和荧光屏三部分组成。

自阴极发射的电子束，经过第一栅极（G1）、第二栅极（G2）、第一阳极（A1）、第二阳极（A2）的加速和聚焦后，形成一个细电子束。垂直偏转板(常称作Y轴）及水平偏转板（常称作X轴）所形成的二维电场，使电子束发生位移。位移大小与X、Y偏转板上所加的电压有关：

y=syVy=Vy/Dy（1） x=sxVx=Vx/Dx(2)

式(1)中Sy和Dy为y轴偏转板的偏转灵敏度和偏转因数,式（2）中Sy和Dy为x轴偏转板的偏转灵敏度和偏转因数。

2.电子束的电偏转

在示波管的两块Y（或X）偏转板加上偏转电压Vd时，当加速后的电子以速度vz沿z方向进入偏转板后，受电场力的作用，通过两版之间的电子束的方向发生偏转。假定偏转电场在偏转b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。

S电=Y/Vd=KE(1/V2）

S电称为电偏转灵敏度，通常以mm/V为单位。S电越大，表示电偏转系统的灵敏度越高。

3.电子在横向电场作用下的运动（电偏转）

1）.接好线路，检查无误后打开示波管电源，示波管灯丝亮。

2）.调焦。把聚焦选择开关置于点聚焦位置，调节栅压和聚焦电压，使屏上光点聚成一点，光点不要太亮，能分辨清楚即可，以免烧坏荧光物质。 3）.设置加速电压Vk大小，不同加速电压Vk的大小要相差100伏以上。 4）.光点调零。调节Vdx、Vdy，选Vdx、Vdy都为0，这时光点应在中心原点，若不在调节调零x调节旋钮和调零y调节旋钮，使光点处在中心原点。 5).测偏转电压Vdx，保持Vk不变调节Vdx的大小，屏上光点的位移每增加一格记录相应的一对（x，Vdx），x从荧光屏刻度板读出，此时低压转换开关应该拨至Vdx档位，Vdx数值由低压测量表头读出。 6).测出不同加速电压Vk时的电偏转数据。 7).电偏转实验完成后，把偏转电压归零。 4.电子束的磁偏转

在示波管偏转板两侧装有两组磁偏转线圈，串联后通以电流而在管内获得偏转磁场，电子束通过磁场时在洛伦兹力的作用下发生偏转。

S磁=Y/I=Km/V2

S磁称为磁偏转灵敏度，通常以mm/A为单位，S磁越大，表示磁偏转系统的灵敏度越高。

5.电子束在横向磁场作用下的运动（磁偏转） 1).接线。两只偏转线圈分别插入示波管两侧。

2).设置加速电压Vk大小，不同加速电压，Vk的大小要相差100伏以上。 3).打开稳压电源开关，打开开关前确保电压调节旋钮旋至最小。

4).缓慢调节电压调节旋钮，屏上光点的位移每增加一格记录一对（I,Y）

值，Y从荧光屏刻度板读出，I从电流测量表头上读出，通过仪器换向开关换向，把线圈的电流方向反转。

5).测出不同加速电压Vk的磁偏转数据。

6).实验完成后，先把仪器调零，最后关闭电源。

【三】实验数据处理：

1. 电偏转：按作图法处理电偏转的实验数据，根据图形（或采用最小二乘

法）计算出不同加速电压下的电偏转灵敏度S电，算出电偏常数KE。 表1 电偏转数据记录表 Vk1=650V Vk2=750V Vk3=850 V 偏转位移（格）X 加速电压Vk1对应的偏转电压Vd（V） 加速电压Vk2对应的偏转电压Vd（V） 加速电压Vk3对应的偏转电压Vd（V） -44.7 -36.2 -27.0 -18.1 -9.6 0.0 9.7 27.7 36.6 45.5 -39.9 -31.4 -23.7 -16.2 -7.9 0.0 7.9 23.8 31.7 39.8 -36.2 -28.2 -21.0 -14.0 -7.0 0.0 6.8 20.6 27.3 34.0 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 3 4 5

X(格）6420-2-4-6VD(V)024681012加速电压VK1对应的偏转电压VD（V）y = 0.1273x -6.4

X(格）加速电压VK2对应的偏转电压VD（V）y = 0.1434x + 0.05396420-30-20-10-2-4-6VK2(V)010203040-40

加速电压VK3对应的偏转电压VD（V）64y = 0.1101x -0.0227X（格）20-40-20-2-4-6VD(V）0204060-60

2.磁偏转：按作图法处理磁偏转的实验数据，根据图形（或采用最小二乘法）计算出不同加速电压下的磁偏转灵敏度S磁，算出磁偏常数KM。

偏转位移（格）Y 加速电压Vk1对应的偏转电压Vd（V） 加速电压Vk2对应的偏转电压Vd（V） 加速电压Vk3对应的偏转电压Vd（V） -0.195 -0.154 -0.116 -0.078 -0.041 0.000 0.040 0.075 0.111 0.149 0.188 -0.183 -0.148 -0.112 -0.073 -0.037 0.000 0.033 0.070 0.101 0.139 0.165 -0.166 -0.132 -0.100 -0.066 -0.035 0.000 0.031 0.062 0.093 0.128 0.159 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Y(格）加速电压VK1对应的偏转电压VD（V）6420-0.2-0.15-0.1-0.05-2-4-6VD(V)00.050.10.150.20.25-0.25y = 26.217x + 0.05

加速电压VK2对应的偏转电压VD（V）y = 28.304x + 0.1158642Y(格）

0-0.2-0.15-0.1-0.05-2-4-6VD(V)00.050.10.150.2-0.25

Y（格）加速电压VK3对应的偏转电压VD（V）y = 30.843x + 0.07296420-0.15-0.1-0.05-2-4-6VD(V）00.050.10.150.2

-0.2【四】实验结果表达：

1. 对测量及计算的最终结果做出定量（定性）的总结。 经过测量及计算，可得到

S电1= 0.1273 KE1=S电1V1= 82.745 S电2= 0.1434 KE2=S电2V2= 107.55 S电3= 0.1101 KE3=S电3V3=93.585 S磁1=26.217 KM1=S磁1V2 = 668.405 S磁2=28.304 KM2=S磁2

V2 = 775.137

S磁3=30.843 KM3=S磁3V2=899.220 求平均值可得S电=0.1269 S磁= 28.455 2. 讨论题

1）.地磁场对本实验是否有影响？如何检查和修正？

答：有影响。可在不接通仪器磁场时对电子束的偏转进行测试。对于存在的地磁场，可以通过南北方向放置仪器减小地磁场对测量精度的影响。 2）.在偏转板上加交流信号时，会观察到什么现象？

答：若将交流信号加到Y轴偏转板上，荧光屏上出现一条竖线。若加在X

轴偏转板上，荧光屏上显示一条水平线。若同时加在X、Y轴，则发生偏转。 3）.如果一电子束同时在电场和磁场中通过，则在什么条件下，荧光屏的光点恰 好不发生偏转？

答：电子束受电场力F=eE，洛伦兹力F=eVB。当eE=eVB=E/B合力为零，电子作匀速直线运动。在V=E/B条件下，荧光屏上的光点恰好不发生偏转。

【五】误差讨论：

通过计算出的KE和KM，有针对性分析实验误差，论述其产生的原因。 误差产生的原因：

1、系统误差：地磁场的存在导致的误差 2、粗大误差：电子束具有一定的宽度

随机误差：光点重合于荧光屏网格的不同视角产生读数误差