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1、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.学院:信息工程学院专业班级:电子信息类163学生姓名：张海文学号：6110116077实验地点：基础实验大楼座位号:32实验时间一、实验目的：1、了解示波管的基本结构和工作原理；2、研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律;3、学会规范使用数字万用表；4、通过磁聚焦原理测量电子的荷质比二、实验原理:1、示波管的基本结构小波管的基本辩构及原理图H 一冉此的挤电世Kc,4 京1加歧阳圾凯1畏强了 一第二如1阳地X,与一我F偏打柢了山一隼公偏技根示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如上图所示主要包括三个部分
2、：前端为荧光 屏（S，其用来将电子束的动能转变为光），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交流电供电，其作用是将阳极加 热，使阳极发射电子，电子受阳极的作用而加速.2、电聚焦原理电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题，在示波管中，阳极被加热发射电子，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飞向阳极栅极G的电压一般要比 阴极K的电压低20100v，由阴极发射的电子，收到栅极与阴极间减速电场的作用，初速小的电子被阻挡，而那
3、些初 速大的电子可以通过栅极射向荧光屏，所以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，可使电子射线截至，辉度为零加速电极的电压比阴极电位高几十V至上千V，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，这种电器的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3、电偏转电子在均匀电场内以从平行于板的方向进入电场，在电场力的作用下，在方向（垂直方向）产生偏离位移。
4、电子离开电场后不受电场力作用，将作匀速直线运动，等效直接从A点（板中点位置）直接射出，故有D =v3、磁偏转电子束图四电子束的磁偏转m个向心力，由此可得偏转量D与外加磁场B、加速电压U2等的关系为2 ZR电子偏转的轨道半径为V 2电子受洛伦兹力为eV zBev B1一 mv2实验中的外加横向磁场由一对载流线圈产生，其大小为BK *0nI，式中为真空中的磁导率，为单位长度线圈的匝数，为线圈中的激励电流，为线圈产生磁场公式的修正系数。 + 2 J U 2dl U l一#,示波官的Y方向电偏转灵敏度:根据洛伦兹力的性质，是mveB( l l L +l2 J2dU24.加速场对电子所做的功等于电子动能
5、的增量eU 2S D y U dD = IBL ：e2mU 2l D tan 中=一在偏转角较小时，近似的有 R LD = K r nllL由此有e2 mU2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。7 =k r nlL2 mU2Sm 磁偏转灵敏度：4、磁聚焦在示波管外套一个同轴的螺线管，当给螺线管通以稳恒直流电时，其内部形成一个轴向磁场。若螺线管足够长， 则可认为内部为匀强磁场。电子进入匀强磁场后，将会以轴向速度作匀速直线运动。同时以径向速度作匀速圆周运动。其合运动是一个螺旋 线运动。由于匀速圆周运动周期与垂直无关。故只要电子的轴向速度相同
6、，经过整数周期后会聚焦于荧光屏上的一点，这 就是磁聚焦。h = V T = 2兀气电子作螺旋运动的螺距：Z Be5、电子荷质比的测量从前面的讨论可知，电子的轴向速度由加速电压决定（电子离开阴极时的初速度相对来说很小，可以忽略），故有可见电子在匀强磁场中运动时，具有相同的轴向速度，但由于电子发射方向各异，导致径向速度不同。因此他们 在磁场中将作半径不同但螺距相同的螺线运动，经过时间T后，在相同的地方聚焦。调节磁场B的大小，使螺距正好等于电子束交叉点到荧光屏的距离L0，这时荧光屏上的光斑就汇聚成一个小点。由于:2兀m L = h =o eB2meBm故电子的荷质比为:8 兀 2 u o =8 L0
7、2B 22dU2=1.10mm/vL2 + 口 2 二二k 匕R 2 N 2 L 2 I 2 I 2k = 4.8527 x 10 8三、实验仪器：DZS-D电子束实验仪、导线四、实验内容和步骤：1. 电偏转调节阳极电压旋钮，取U2=700V,用数字多用表电压档分别测量D=+-5、+-10、+-15、+-20时的Ud,再取U2=900V 重复试验。2. 磁偏转取U2=700V，用多用表的mA挡测量磁偏电流I，记录D=5/10/15/20mm时的磁偏电流值，然后改变方向再测。再取 U2=900v，重复测量。3. 磁聚焦和电子荷质比的测量吧直流稳压电源的输出端接到励磁电流，电流值调到0，开关置于“
8、比荷”位置，阳极电压调到700V，逐渐增大励磁 电流使得出现一个亮点，读出电流值，电流调回到0，电流反向进行相同测量。再用800V/900V/1000V重复测量并记 录。五、实验数据与处理:1.电偏转D (mm)20151050-5-10-15-20Ud（V）700V-19.40-15.10-10.84-7.3604.4310.1415.0420.48900V-23.93-17.40-12.34-5.3504.7611.2120.7624.19c D灵敏度为S =-y Ud3.磁聚焦和电子荷质比的测量700V800V900V1000VI正1.401.531.661.76I反1.441.521.
9、641.72I平1.421.5251.651.74e/m1.684631026*10111.669297501*10111.604198347*10111.602820716*1011e/m平1.640236898*10116 =7.3257856%e8 兀 2UL2 +D2U1 U一 =2-=8 兀 2 |Ll 2N0 2 =I 2k 2I 2mL2B202L2K=4.8527X10A8六、误差分析1. 在做电偏转和磁偏转测量实验时，光点的大小易导致读数产生误差。2. 在做磁聚焦实验时，调节后很难准确判断光点在电流为何值时最小，易产生误差。3桐心七、附上原始数据:南昌大学幼理实验掖告周,星明J色饨一&|。 T恭妫如.小 IFm jY -j -0-f4,0尹dG斗1蜘n 公2奇1Lw畋址N也岫抑u?p?Vr睥早电,fl V卜咿场* I 5“ r责e心1 Q,r:U舟
