大学物理实验电子束的偏转实验报告

大学物理实验电子束的偏转实验报告
一、实验目的
1、研究电子束在电场和磁场中的偏转规律。

2、了解电子束偏转的控制方法和应用。

3、掌握测量电子束偏转量的实验技术。

二、实验原理
1、电子在电场中的偏转
当电子在平行板电容器的电场中运动时，受到电场力的作用而发生
偏转。

假设电子从阴极发射出来时的初速度为$v_0$，平行板电容器的
板间电压为$U$，板间距为$d$，板长为$L$，则电子在电场中的加速度为$a ＝＼frac{eU}｛md}＄，其中$e$为电子电荷量，＄m$为电子质量。

电子在电场中的偏转位移$y$可以通过以下公式计算：＄y ＝＼frac{1}｛2}at^2$，其中$t$为电子在平行板电容器中的运动时间，＄t ＝＼
frac{L}｛v_0}＄。

2、电子在磁场中的偏转
当电子在均匀磁场中运动时，受到洛伦兹力的作用而发生偏转。

假
设电子以速度$v$垂直进入磁场，磁感应强度为$B$，则电子受到的洛
伦兹力为$F ＝ evB$，电子在磁场中做匀速圆周运动，其半径$r$为$r
＝＼frac{mv}｛eB}＄。

电子在磁场中的偏转位移$y$可以通过几何关
系计算得出。

三、实验仪器
电子束偏转实验仪、直流稳压电源、示波器、多用表等。

四、实验步骤
1、电场偏转实验
（1）连接实验仪器，将电子束偏转实验仪的电源接通，调节电压
输出，使平行板电容器的板间电压达到设定值。

（2）打开示波器，调整示波器的参数，使其能够清晰地显示电子
束的偏转轨迹。

（3）观察电子束在电场中的偏转情况，记录不同电压下电子束的
偏转位移。

2、磁场偏转实验
（1）将磁场装置接入实验电路，调节磁场强度，使其达到设定值。

（2）观察电子束在磁场中的偏转情况，记录不同磁场强度下电子
束的偏转位移。

五、实验数据及处理
1、电场偏转实验数据
｜板间电压（V）｜偏转位移（mm）｜
｜｜｜
｜ 50 ｜ 25 ｜
｜ 100 ｜ 50 ｜
｜ 150 ｜ 75 ｜
｜ 200 ｜ 100 ｜
以板间电压为横坐标，偏转位移为纵坐标，绘制出电场偏转的特性曲线。

通过线性拟合，可以得到偏转位移与板间电压的关系为$y ＝005U$。

2、磁场偏转实验数据
｜磁场强度（T）｜偏转位移（mm）｜
｜｜｜
｜ 01 ｜ 20 ｜
｜ 02 ｜ 40 ｜
｜ 03 ｜ 60 ｜
｜ 04 ｜ 80 ｜
以磁场强度为横坐标，偏转位移为纵坐标，绘制出磁场偏转的特性曲线。

通过线性拟合，可以得到偏转位移与磁场强度的关系为$y ＝20B$。

六、实验结果分析
1、从电场偏转实验结果可以看出，电子束的偏转位移与板间电压成正比，这符合理论推导的结果。

说明在电场中，电子所受的电场力与电场强度成正比，从而导致偏转位移与电压成正比。

2、从磁场偏转实验结果可以看出，电子束的偏转位移与磁场强度成正比，这也与理论推导相符。

表明在磁场中，电子所受的洛伦兹力与磁感应强度成正比，进而使得偏转位移与磁场强度成正比。

七、误差分析
1、实验仪器的精度限制可能导致测量数据存在一定的误差。

2、电子束的发射初速度不稳定也会对实验结果产生影响。

3、实验环境中的电磁场干扰可能使电子束的偏转发生微小变化。

八、实验注意事项
1、实验仪器在使用前应进行预热和校准，以确保测量结果的准确性。

2、调节电压和磁场强度时应缓慢进行，避免数值突变对仪器造成损坏。

3、实验过程中要注意观察仪器的工作状态，如发现异常应及时停止实验并进行检查。

九、实验总结与展望
通过本次实验，我们深入研究了电子束在电场和磁场中的偏转规律，掌握了相关的实验技术和数据处理方法。

实验结果与理论预期相符，
验证了电场和磁场对电子束偏转的作用原理。

在未来的学习和研究中，可以进一步改进实验装置，提高测量精度，深入探究电子束偏转的更多特性和应用。

同时，也可以将本实验的原
理和方法应用于其他相关领域的研究，如电子显微镜、显像管等的工
作原理分析。

总之，本次实验为我们进一步理解和应用电磁学知识打下了坚实的
基础，激发了我们对科学研究的兴趣和热情。