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1、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。图 4-17-12. 了解电子束线管的结构和原理。实验仪器SJSS2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(4-17-1)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
2、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 = - at 2 =-竺(-)2 22 m v式中v为电子初速度，Y为电子束在Y方向的偏转。电子在加速电压匕的作用下，加速 A电压对电子所做的功全部转为电子动能，则2mv2 = eVA o将E=V / d和v2代入(4 17 1)式，得Y =也4V d电子离开偏转系统时，电子运动的轨道与Z轴所成的偏转角中的正切为tg=丝=里(4-17-2)dZ2V d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勇中=-L代入(4-17-2)式，得VlL(4-1
3、7-3)S =2逐由上式可知，荧光屏上电子束的偏转距离S与偏转电压V成正比，与加速电压匕成反 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v , VS = k e VAk为电偏常数。可见，当加速电压匕一定时，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5 = S = k （）电 V e VA5电称为电偏转灵敏度，单位为毫米/伏。5电成大，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
4、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(4-17-4)(4-17-5)v 2f = evB = m Rr = mveB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l leB sin 0 =R mv电子束离开磁场区域时，距离Z轴的大小a是图 4-17-2mva = R 一 R cos 0= R(1 一 cos 0) =(1 一 cos 0)eB电子束在荧光屏上离开Z轴的距离为S = L - tg0 +a如果偏转角度足够小，则可取下列近似sin0 = tg0 =0 和 cos 0
5、= 1 -则总偏转距离C9 2S = L-0 + R (1 1 + 一) 2r E R0A=L -0 +2mv 0 2=L-0 + - eB 2了 leB_ mv 1 leB=L+-_ ()2mv eB 2 mv_ leB 12 eBL +mv 2mv(4 -17 6)leBl=(L+)mv2又因为电子在加速电压匕的作用下，加速场对电子所做的功全部转变为电子的动 能，则1 ， vmv 2 = eV2 a(4-17-7)代入（4 176）式，得S = leB （L +11）2meV2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
6、有B = KI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（4177）式，得S =牌（l +11）（4 17 8）v 2meV.2, A由于式中其它量都是常数，故可写成(4 179)k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 m灵敏程度，定义5 S = k（4 17 10）磁 I m（VA5磁称为磁偏转灵敏度，单位为毫米/安培。同样，5磁越大，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
7、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A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上的电压与“聚焦”旋钮配合使用，调节屏上亮点的粗细。高压调节：用来改变示波管各电极的电压大小，但不改变各 电极的电压比。电偏转：用来改变加在垂直（或水平）偏转板上的电压，以调节屏上亮点的上下（或左右） 位置。功能选择：用于选择实验项SJSS2型电子束实验仪高压调节电偏电压Y, 移位励磁电源开磁聚:Y偏x偏磁偏 电聚插头指示流AA2辅助聚焦v2聚焦y1辉度高压电源开 X移位磁聚电源1+磁偏匕O O O O O O O O O Ooooooocoo磁
8、聚电源1-磁偏阴极栅极电源指示Y电源2- X图 4-17-3目。励磁电流：用于调节磁聚焦线圈中，或磁偏转线圈中的电流大小。KV表：用以直接指示V2电压的大小。mAV表：经“功能选择”开关的转换，可以分别测量聚焦电压* （量程为0 50VX15），电偏电压（量程为050VX3），磁聚励磁电流（050mAX20），磁偏励磁 电流（量程为050mA X 1） o插头指示（安全指示）：用于指示仪器是否处于安全使用状态，其作用与验电笔相 似，手触指示灯管时，若指示灯发亮，则表明是安全的。本仪器使用时，周围应无其它强磁场存在，仪器应南北方向测试，避免地磁场的影 响。实验内容1 .电偏转（1）将“功能选择”
9、置于X或Y电偏位置，按图4-17-4 （X电偏接线）或图4 -17-5 （Y电偏接线）插入导联线。（2）接通“高压电源开”调节“高压调节”，“辅助聚焦匕”，将匕调节至最大值，保持辉度适中，调节七聚焦。（3）将“电偏电压”调节至最小，调节“X位移”、“Y位移”，使光点移至坐标原 点。（4）保持“辉度”、V、V2不变，调节“电偏电压”，使光点朝X （或Y）方向偏 转，每偏5mm读取相应的电偏电压V及S。根据测出的S、V值，作出SV图线，验 证SV为线性正比关系。（5）改变电源极性，可改变X （或Y）的偏转方向，如图中虚线连接，分别测出 S、V数据。（6）数据记录。水 平 偏 转X偏移方向自屏中心向
10、左自屏中心向右偏转电压V （伏）偏移量S （毫米）510152025510152025偏转灵敏度6,（毫米/伏） 电偏转灵敏度平均值6电（毫米/伏）垂直偏转Y偏移方向自屏中心向上自屏中心向下偏转电压V （伏）偏移量S （毫米）510152025510152025偏转灵敏度5 （毫米/伏） 电偏转灵敏度平均值6电（毫米/伏）2 .磁偏转(1)将“功能选择”置于磁偏转位置，接图4-17-6插入导联线。图 4-17-6(2) 接通“高压电源开”，将V2调至最大，调节*使光点聚焦，保持辉度适中， 调节X位移，使光点位于坐标Y轴某点乂，并以该点为新的坐标原点。(3) “励磁电流”复位到零，接通“励磁电源
11、开”顺时针方向调节“励磁电流”使 光点偏转，读取不同偏转量S及其对应的I值，作出SI图线，验证SI为线性正比 关系。(4) 改变电源极性(即改变偏转线圈中的电流方向)如图中虚线连接，可作反向 磁偏转，测出S、I数据。(5) 由测出的各组S、I值，求出各组的偏转灵敏度，然后再求其算术平均值，得出本仪器的偏转灵敏度有。(6)记录数据偏转方向自屏中心向上自屏中心向下励磁电流I (毫安)偏移量S(毫米)磁偏转灵敏度5 (毫米/毫安)磁偏转灵敏度平均值5磁(毫米/毫安)思考题1. 偏转量的大小改变时，光点的聚焦是否改变？为什么？2. 偏转量的大小与光点的亮度是否有关？为什么？3. 在偏转板上加交流信号时，会观察到什么现象？
