700117电子束的电偏转和磁偏转 (1)

电子束的电偏转和磁偏转实验报告
【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V k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V C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=s y V y=V y/D y（1）x=s x V x=V x/D x(2)
式(1)中S y和D y为y轴偏转板的偏转灵敏度和偏转因数,式（2）中S y和
D y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V d时，当加速后的电子以速度v z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/V d=K E(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V k大小，不同加速电压V k的大小要相差100伏以上。

4）.光点调零。

调节V dx、V dy，选V dx、V dy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V dx，保持V k不变调节V dx的大小，屏上光点的位移每增加一格记录相应的一对（x，V dx），x从荧光屏刻度板读出，此时低压转换开关应该拨至V dx档位，V dx数值由低压测量表头读出。

6).测出不同加速电压V k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=K m/2
V
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V k大小，不同加速电压，V k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V k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
，算出电偏常数K E。

法）计算出不同加速电压下的电偏转灵敏度S
电
表1 电偏转数据记录表V
=
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
，算出磁偏常数K M。

磁
【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 K E1=S电1V1= 82.745
S电2= 0.1434 K E2=S电2V2= 107.55
S电3= 0.1101 K E3=S电3V3=93.585
S磁1=26.217 K M1=S磁12V= 668.405
S磁2=28.304 K M2=S磁22
V= 775.137
S磁3=30.843 K M3=S磁32V=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K E和K M，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。