电子束

2）磁偏转实验步骤 1.将光点调至 Y 轴中心，将多用电表调到 mA 挡，并把阳极电压调至 700V，调节 Y 轴调节，分别测 D=5，10,15,20 的电流值，再改变磁偏电流方向，测 D=-5，-10，-15，-20 的电流值； 2.将阳极电压调至 900V，重复上述步骤，记录数据。 3）电子比荷实验步骤 1.用导线连接电子束实验仪和直流稳压电源的 CH1 接线口上，将电子束-比荷选择开关打到比荷位置，将稳压电 源的电流调零，并将阳极电压调到 700V，再调节电流旋钮使得荧光屏中的亮线缩成一个亮点，记录此时的电流值， 之后将电流调零，再将电流方向调成反向，重复上述步骤，记录数据。 2.再重复上述步骤测量 800V，900V，1000V 的电流数据。
3.电子比荷（标准电子比荷 e/m=1.758819×1011C/kg）
电压
电流
700V
800V
I 正(A) I 反(A)
I (A)
e/m= k
U2 I2
（×1011C/kg）
e / m （×1011C/kg）
1.45 1.47 1.46
1.593587
1.60 1.56 1.58
1.555103
76.1
-5
-10
-15
-20
14.32 37.4
58.1
82.6
-5
-10
-15
-20
700V 的灵敏度计算
D 1（ 76.1 83.5 58.2 63.6 35.45 45.1 17.30 21.19） 3.982
I 4 40
30
20
10
900V 的灵敏度计算
3、电偏转原理 在示波管中，电子从被加热的阴极 K 逸出后，由于受到阳极电场的加速作用， 使电子获得沿示波管轴向的动能。令 Z 轴沿示波管的管轴方向从灯丝位置指向荧 光屏；同时，从荧光屏上看，令 X 轴为水平方向向右，Y 轴为垂直方向向上。假 定电子从阴极逸出是初速度忽略不计，则电子经过电势差为 U 的空间后，电场力
五、实验数据与处理：
1.电偏转
750V
Ud(V) -21.26 -15.38 -10.38 -4.98
0
D(mm) 20
15
10
5
0
900V
Ud(V) -24.91 -19.09 -12.77 -6.41
0
D(mm) 20
15
10
5
0
作 D-Ud 如图所示：
8.00
13.43 19.49 25.60
D 1（82.6 93.8 58.1 74.0 37.4 49.2 14.32 26.43） 4.305
I 4 40
30
20
10
D K0nIlL
分析：有图片以及计算可知，阳极电压越大，磁偏转灵敏度越小；实验原理
e 2mU2 可知对应的
U2 不同，D/I 也不同。
2.网格所在的玻璃屏与光屏有一定的距离，会产生一定的折射，使得人眼观察到的 D 的位置有所偏差； 3.测量电子比荷实验过程中，需要读取电流值的瞬间值，但稳流电源所显示的电流一直在改变，读数时取变化 的中值，也使得记录的电流 I 不准确，导致 10.6%的相对误差； 4.在调节斑点大小的时候，由于仪器原因，调不了较小的一个点，影响了后面实验的读数。
做近似处理 tan l D RL
由 此 可 得 偏 转 量 D 与 外 加 磁 场 B 、 加 速 电 压 U2 等 的 关 系 为
e D lBL
2mU 2
实验中的外加横向磁场由一对载流线圈产生，其大小为 B K0nI
由此可得偏转量 D 与励磁电流 I、加速电压 U2 等的关系为
二、实验原理：
1、示波管的结构 示波管主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的 动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板）， 后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极， A3：前加速阳极）。灯丝 H 用 6.3V 交流供电，其作用是将阴极加热， 使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。
动一周所需要的时间（即周期）为 T 2R 2 e B
v
m
这说明电子的旋转周期与轨道半径及速率 无关。若再考虑 v//的存在，电子的运动轨迹应为一螺旋线。在一个周
期内，电子前进距离（称螺距）为
h
v //T

2 B
2mU 2 e
由于不同时刻电子速度的垂直分量 度不同，故在磁场的作用下，各电子将沿不同半径的螺线前进。然而，由于 他们速度的平行分量 v//均相同，所以电子在做螺线运动时，它们从同一点出发，尽管各个电子的 各不相同，但经过 一个周期后，它们又会在距离出发点相距一个螺距的地方重新相遇，这就是磁聚焦的基本原理。可得
八、附上原始数据：
5.在由于周围环境电磁的存在，进行光点调零的时候电压表不能完全变成 0，在实验中，在 D=0 时，只能 调到 0.084 左右，而计算时近似处理为 0，造成了一定的误差。
七、思考题：
1、为什么在接入万用表之前转动磁偏调节光点不会移动，而转电偏调节光点会上下移动？ 因为万用电表的 mA 档测量磁偏电流时插入磁偏电流的孔，相当于使产生磁场的电路通路，这时调节磁偏调节
e m 8 2U 2 h 2B 2
长直螺线管的磁感性强度 B，可以由下式计算：
B 0NI L2 D 2
联立以上方程可得电子荷质比为：
e m 8 2U 2(L2D 2 ) (0NIh)2
e k U2
m
I2
三、实验仪器：
数字多用电表、 EB-Ⅲ电子束实验仪、 直流稳电压、两根导线
公式 D （L l ）U d l 验证其准确性。 2 U2 2d
2.磁偏转
700V
I（mA） -83.5 D（mm） 20
900V I（mA） -93.8
D（mm） 20
作图如下
-63.6 15 -74.0 15
-45.1 10 -49.2 10
-21.19 0
5
0
-26.43 0
5
0
17.30 35.45 58.2
2、电聚焦原理 电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负 电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。调节栅极电压 的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线 截止，辉度为 0。加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属 圆筒组成。由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲， 这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布，可以改变等势面 的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。
D K0nIlL
e 2mU 2
即当励磁电流 I（即外加磁场 B）确定时，电子束在横向磁场中的偏转量 D 与加速电压 U2 的平方根成反比。
5、磁聚焦和电子荷质比的测量原理
由实验电子流的轴线速率为 v//
2eUwk.baidu.com2 m
若在一对偏转极板 Y 上加一个幅值不大的交变电压，则电子流通过 Y 后就获得一个与管轴垂直分量 。如暂不考 虑电子轴向速度分量 v//的影响，则电子在磁场的洛伦兹力 F 的作用下（该力与 垂直），在垂直于轴线的平面上作圆 周运动，即该力起着向心力的作用，F=e B=m /R，由此可得到电子运动的轨道半径 ， 越大轨道半径亦越大，电子运
4、磁偏转原理 电子通过 A2 后，若在垂直 Z 轴的 X 方向外加一个均匀磁场，那么以速 度 v 飞越子电子在 Y 方向上也会发生偏转，如图 3 所示。 由于电子受洛伦兹力 F=eBv 作用，F 的大小不变，方向与速度方向垂直，
因 此 电 子 在 F 的 作 用 下 做 匀 速 圆 周 运 动 ， 可 求 得 R mvz eB
1）电偏转实验步骤 1.现将阳极电压调到 750V（注：本台机子一开始调不到 700V，只能用 750V，到后面旋钮才可以调至 700V），调 节 Y 轴调节旋钮使得光点分别到±5，±10，±20 的位置，用数字多用电表记录对应的电压值，并记录下来； 2.之后再将阳极电压调至 900V，重复上述实验，记录数据。
四、实验内容和步骤：
1.打开电子束实验仪电源，将电子束-比荷选择开关打到电子束位置，将面板旋钮调到中部，调节辉度和聚 焦旋钮，使得荧光屏出现亮度适中的亮斑；
2.调节 X 轴调节和 X 轴调零，使得斑点左右移动的极限位置大约满格，然后用数字多用电表直流电压档连 接 Y 偏电压表接口，缓慢调节 Y 轴调节使得电表数字为零，再调节 Y 轴调零使得光点在 Y 轴中心原点；
U2，横向偏转电压为 Ud，则荧光屏上光点的横向偏转量 D 如式： D （L l) U d l 2 U 2 2d
综上所诉，当 U2 不变时，偏转量 D 随 Ud 的增加而线性增加。所以，根据屏上光点位移与偏转电压的线性关系， 可以将示波管做成测量电压的工具。若改变加速电压 U2，适当调节 U1 到最佳聚焦，可以测定 D-Ud 直线随 U2 改变 而使斜率改变的情况。
1.572421
900V 1.70 1.67 1.685 1.538247
（ %）
1000V
1.78 1.70 1.74 1.602821
10.60
六、误差分析：
1.在调节 Y 轴调节取数的时候，由于人眼判断有一定差错，会造成读数误差，导致对应的 D 值不是实际值，从 而使图斜率不成正比，有一定的偏差；
光点才动，之前万用电表 V 档测 Ud 时，万用电表接在 X 或 Y 正负两端，产生磁场的电路断开，不产生磁场所以调节磁 偏调节，光点不动。
2、测 e/m 时屏上为什么是一直线？ 将开关变成“比荷”时，偏转电压变成交流电压，从而原本从一个位置射出的电子会在不同的时间受到不同
的电压加速，有的偏转加速度大，有的偏转加速度小，各有不同程度对原轴的偏离，表现在荧光屏上就是不同的点（一 条直线），偏离中心的距离不同。
南昌大学物理实验报告
课程名称：
大学物理实验
实验名称：
电子束的偏转与聚焦现象
学院： 材料科学与工程学院 专业班级： 材料 153 班
学生姓名： 何秀将
学号： 5702115114
实验地点： 实验大楼 213
座位号： 24 号
实验时间： 第 8 周星期二下午四点开始
一、实验目的：
1.了解示波器的构造和工作原理； 2.定量分析电子束在匀强电场作用下的偏转情况和在均匀磁场作用下的偏转情况； 3.学会规范使用数字多用表； 4.学会磁聚焦法测量电子比荷的方法。
做的功 eU 应等于电子获得的动能： eU 1 mv 2 2，
2e
电子沿 Z 轴运动的速度 vz 与第二阳极 A2 的电压 U2 的平方根成正比，即 vz
因此
m U2
若在电子运动的垂直方向加一横向电场，电子在该电场作用下将发生横向偏转，如图 2 所示。 若偏转板板长为 l、偏转板末端到屏的距离为 L、偏转电极间距离为 d、轴向加速电压（即第二阳极 A2 电压）为
-5
-10
-15
-20
6.62
14.60 21.40 27.86
-5
-10
-15
-20
计算：750V 时灵敏度计算如下，采用逐差法求斜率
D 1（ 25.60 21.26 19.49 15.38 13.43 10.38 8.00 4.98） 1.206
Ud
4
40
30
20
10
900V 时灵敏度计算如下，采用逐差法求斜率
D 1（ 27.86 24.91 21.40 19.09 14.60 12.77 6.62 6.41） 1.335
Ud
4
40
30
20
10
分析： 1.由图可看出在 U2 恒定的情况下，Ud 与 D 成线性关系，并 D 随着 Ud 减少而减少，900V 与 750V 的曲线交于 0 点； 2.由两条直线斜率比较，900V 的灵敏度比 750 的灵敏度下降，可知电偏转灵敏度随着 U2 的增加而降低，可根据