篇一：电子束电偏转实验报告册
实验项目名称：电子射线束的电偏转和磁偏转
学号：______________ 姓名：______________ 班级：______________实验序号：____
时间：第_____周星期_____第_____节课 联系方式：___________________________
【实验目的】
（1）研究带电粒子在电场及磁场中偏转的规律。 （2）了解电子阴极射线管的结构和原理。
（3）学会用外加磁场的方法使示波管中的电子射线束产生偏转。
【实验仪器】
DS-Ⅲ电子束实验仪。
【实验原理及预习问题】
（1）电偏转有什么特点？它主要用在哪些器件中？
（2）在电偏转实验中如何进行仪器的校准调零？
（3）在磁偏转实验中如何进行仪器的校准调零？
（4）简述电、磁偏转的优缺点。
（5）如果电子不是带负电而是带正电，电子束在磁场中如何偏转？
【实验内容和数据处理】
电偏转：
1.仪器的校准调零
2.测试x方向电偏转系统的线性及偏转灵敏度
1）选取1个U2值，调节偏转电压Udx旋钮，将光点偏转距离D的值和对应偏转电压Udx的值一一对应地记录。
2）改变加速电压U2的大小（同时调整聚焦电压，使光斑的大小和亮度适中），重复步骤1）。
y方向电偏转系统的线性及偏转灵敏度
数据处理
1）分析在不同加速电压下，光斑的偏转距离D与偏转电压Udx（Udy）的关系，画出
D?Udx（D?Udy）关系曲线。
2）对不同加速电压，算出x（y）方向的电偏转灵敏度。并分析SED与U2之间的关系。
磁偏转：
1.仪器的校准调零
2.研究带电粒子在磁场中的偏转规律
1）选取1个U2值，沿顺时针方向缓慢旋转电流调节旋钮，将光点偏转距离D的值和对应偏转电流的值一一对应地记录。
2）改变加速电压U2的大小（同时调整聚焦电压，使光斑的大小和亮度适中），重复步骤1）。
指导教师签字：_______________
数据处理
1） 分析在不同的加速电压下，光斑的偏转距离D与偏转线圈电流I的关系，画出
D?I关系曲线。
2） 在不同加速电压下，算出磁偏转灵敏度SmD，并找出SmD与U2的关系，画出
SmD?U2关系曲线。
【实验小结和体会】
本次实验感觉最深的是什么？
教师评语 评分
批改教师签名：
日期：
篇二：实验14-电子束的偏转与聚焦及电_...
实验14 电子束偏转、聚焦及电子荷质比的测定
带电粒子在电场和磁场作用下的运动是电学组成的基础。带电粒子通常包括质子、离子、和自由电子等，其中电子具有极大的荷质比和极高的运动速度。因此，在各种分支学科中得到了极其广泛的应用。
众所周知，快速运动的电子会在阴极射线管的荧光屏上留下运动的痕迹，可以利用观察此光迹的方法来研究电子在电场和磁场中的运动规律。辅以聚焦、偏转和强度控制等系统，可以使电子束在荧光屏上清晰地成象。电子束的聚焦和偏转可以通过电场和磁场对电子的作用来实现，前者称为电聚焦和电偏转，后者称为磁聚焦和磁偏转。通过磁聚焦可测出电子的电荷与质量比，即验证电子带电荷量，并证明电子的质量me。
实习一 电子束的电偏转与电聚焦
【实验目的】
1. 了解示波管的基本构造和工作原理。
2. 掌握示波管中电子束电偏转和电聚焦的基本原理。 3. 掌握利用作图法求电偏转灵敏度的数据处理方法。 【实验原理】
1. 示波管的基本构造和工作原理(参见实验--示波器的使用) 2. 电子束的电偏转
电子在两偏转板之间穿过时，如果两板之间电位差为零，电子则笔直穿过偏转板打在荧光屏中央（假定电子枪瞄准荧光屏中心）形成一个小亮斑，如果在两块Y（或X）偏转板上加有电压，电子就会受电场力的作用而发生偏转。如图3-14-1所示，设两偏转板间距为d，电压差为
Vdy，可看做平行板电容器，则两板间的电场强度为：
Ey?
Vdyd
（3-14-1） 图3-14-1
电子所受电场力为： Fy?eEy?
eVdyd
（3-14-2）
在同一点的垂直速度：?y?ayt1?
eVdy
md?z
?
l
（3-14-3）
121eVdyl
偏离z轴的距离： y1?ayt1?()?()2 （3-14-4）
22md?z
电子离开板右端时不再受电场力的作用，作匀速直线运动，到达屏上的垂直位移：
y2??yt2?
eVdy
md?z?z
eVdyl
?
l
?
L?
（3-14-5）
电子在屏上的总位移D?y1?y2??yt2?
l
?(?L?) （3-14-6）
2
md?z2
l
?L'，又因为电子在加速电压Va的作用下，加速电场对电子所做的功全部转化为电子的动能，2
12
则有 mvz?eVa （3-14-7）
2
令L?
将L代入（3-14-6）式，并利用（3-14-7）式消去vz后得电子束的垂直位移：
Dy?
lL
?Vdy （3-14-8） 2dVa
上式表明，偏转板的电压Vdy越大，屏上的光点的位移也越大，两者之间是线性关系。比例常数在数值上等于偏转电压为1V时，屏上光点位移的大小，称为示波管的电压偏转灵敏度，定义为：
Sy?
DyVdy
?
lL
（3-14-9） 2dVa
显然，对X偏转板也有相应的电偏转灵敏度，即
Sx?
DxlL
（3-14-10） ?
Vdx2dVa
上式中l、d、L为与X偏转板相关的几何量。 3．电子束的电聚焦
等位面
图3-14-2 电子束电聚焦
电子束电聚焦原理如图3-14-2所示，在示波管中，阴极K经灯丝加热发射电子，第一阳极A1加速电子，使电子束通过栅极G的空隙，由于栅极电位与第一阳极电位不相等，在它们之间的空间便产生电场，这个电场的曲度像一面透镜，它使由阴极表面不同点发出的电子在栅极前方汇聚，形成一个电子聚焦点。由第一阳极和第二阳极组成的电聚焦系统，就把上述聚焦点成像在示波管的荧光屏上。由于该系统与凸透镜对光的会聚作用相似，所以通常称之为电子透镜。
电子束通过电子透镜能否聚焦在荧光屏上，与第一阳极VA1和第二阳极VA2的单值无关，仅取决于它们之间的比值F。改变第一阳极和第二阳极的电位差，相当于改变电子透镜的焦距，选择合适VA1与VA2的比值，就可以使电子束的成像点落在示波管的荧光屏上。在实际示波管内，由于第二阳极的结构特点，使之对电子直接起加速作用，所以称为加速极。第一阳极主要是用来改变VA1与VA2比值，便于聚焦，故又称聚焦极。改变VA2也能改变比值F，故第二阳极又能起辅助聚焦作用。 【实验仪器】
TKE-1型电子束示波器综合实验仪，导线若干。
【实验内容】
1．电子束电偏转灵敏度测量
电偏转实验用来验证电子束在固定加速电压Va下，电偏移量D与偏转电压Vd之间的线性关系；可用描点法将D-Vd在X/Y坐标系中描绘出来，并依据直线斜率确定加速电压Va与电偏转灵敏度S之间的关系。
（1）连接线路：按图3-14-3连线。
图3-14-3 电偏转电路连线示意图
（2）开启电源，调节“衰减”至“1000”档，Y增益调至最小；“扫描范围”至“外X”，X增益调至最小。亮度调节：调节栅极电压VG（既辉度旋钮），将辉度控制在适当位置；调节聚焦电压旋钮，使荧光屏上光点聚成一细点，光点不可太亮，以免烧坏荧光屏。
（3）光点调节：若光点不在荧光屏坐标原点，可调节VX和VY电压（即调节X位移和Y位移旋钮），使光点处于坐标原点。
（4）测量加速电压Va：电压表量程至2000V档，将电压表负极与“GND”连接，正极分别与栅极G和第二阳极A2连接，测出相应的VG和VA2，则Va?VA2?VG。
（5）保持加速电压Va不变，再将电压表连接到Y偏转，记录下不同偏转电压Vdy的数值及对应的电偏移量Dy。Dy值可在屏前坐标系中读出。
（6）绘制Dy?Vdy曲线图。 （7）同理测量Dx?Vdx。
改变加速电压Va值，重复上述步骤，测绘D-Vd曲线2次，验证上述结论。 数据表格一：Y偏转灵敏度Sy?DyVdy
数据表格二：X偏转灵敏度Sx?2．观察电子束的电聚焦现象
Dx
Vdx
电聚焦实验目的是观察加速电压
Va对聚焦电压VA1（第一阳极A1对阴极
K之间的电压）和栅极电压VG（栅极G
对阴极K之间的电压）影响，进一步加深对电聚焦原理的认识，通过改变第一阳极电压VA1来调整电子透镜焦距从而达到聚焦的目的。按图3-14-4连线。 （1）调聚焦电压：调整聚焦电压旋钮，同时调整栅压旋钮，使光点会聚最佳，通过电压表分别测得聚焦电压VA1
U- 图3-14-4 电聚焦电路连线示意图
和栅压VG值，并记录；改变栅压VG，重新调整聚焦电压VA1，并记录多组对应数据。
（2）测截止栅压VG值：设定好加速电压Va，及聚焦电压VA1，调节栅压旋钮，使光点在荧光屏上刚好消失，记录此时截止栅压数值。重新调节Va和VA1，记录对应的截止栅压数值，至少五组数据。 （3）分析记录数据，提出加速电压Va、聚焦电压VA1、栅压VG之间的定量关系，并分析产生原因。 【注意事项】
1.改变加速电压后荧光屏亮度会改变，应重新调节亮度勿使亮点过亮。一则容易损坏荧光屏，同时亮点过亮，聚焦好坏不易判断。调节亮度后加速电压也可能有变化，再调到规定的电压值即可。
2.实验中要注意维持加速电压为一定值。 【预习思考题】
1．示波管主要由哪几部分组成？它是如何用电场控制电子射线的强弱、电子束的聚焦及偏转？ 2．在电偏转实验中，怎样根据荧光屏上光点的偏转方向判断电场方向？ 【分析讨论题】
1． 若保持加速电压V2不变，改变聚焦电极（第一阳极）电压V1会不会影响电子射出电极的速度？为
什么？
2． 电偏转实验中，Sy与Sx相比，哪个大？为什么？
实习二 电子束的磁偏转与磁聚焦
【实验目的】
1．了解示波管的基本构造和工作原理。
2．掌握示波管中电子束磁偏转和磁聚焦的基本原理。 3．掌握利用作图法求磁偏转灵敏度的数据处理方法。 4．掌握测量电子荷质比的原理及测量方法。 【实验原理】
1．电子束的磁偏转
电子束通过磁场时，在洛仑兹力作用下发生偏转。如图3-14-5所示。设实线方框内有均匀的磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面指向读者，在方框外B?0。电子以速度vz垂直射入磁场，受洛仑兹力的作用，在磁场区域内作匀速圆周运动，轨道半径为R。电子沿OC弧穿出磁场区域后变作匀速直线运动，最后打在荧光屏的P点上，光点的位移为D。
由牛顿第二定律有：
vz2
F?evzB?m（3-14-11）
Rmvz
（3-14-12） eB
电子离开磁场区域与OZ轴偏斜了?角度，由图中的
则： R?几何关系得 sin??
l
R
电子束离开磁场区域时，距离OZ的大小D1是
D1?R?Rcos??R(1?cos?) 电子束在荧光屏上离开OZ轴的距离为 D?L?tan??D1因偏转角?足够小，近似有：
B
l?2
sin??tan??和cos??1?
R2
则总偏转距离 D?L?? ?式中L?L?
'
l1lll
?R??()2?(L??) R2RR2
图3-14-5 电子束磁偏转原理图
leB
?L m?z
l12
，即磁场区域中心至屏的距离。再由式mvz?eVa消去vz得： 22
D?
e
lLB （3-14-13） 2mVa
篇三：电子束的电偏转与电子荷质比的测定(张志林)
HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY
物理实验报告
实 验 题 目： 电子束的电偏转与电子荷质比的测定
姓 名： 张志林
物理实验教学中心
实 验 报 告
一、实验题目：电子束的电偏转与电子荷质比的测定
二、实验目的：
1.了解示波管的基本结构和电聚焦的原理；
2.测量示波管的电偏转灵敏度；
3.了解电子束纵向磁聚焦的基本原理；
4.观察磁聚焦现象，学习用磁聚焦法测定电子比荷e/m。
三、实验仪器：
电子束实验仪、直流安培表、直流稳压电源、三用表三块。
四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）：
1.示波管的基本结构和静电聚焦原理
示波管由电子枪、偏转板和荧光屏三部分组成，如图12-1所示。其中电子枪是示波管的核心部件。
示波管的基本结构图
H，H′—钨丝加热电极；FA—聚焦电极；K—阴极；A—第二加速2
阳极；G—控制栅极；XX—水平偏转板；A—第一加速阳极；121
YY—垂直偏转板 12
电子枪由阴极K、栅极G、第一加速阳极A、聚焦阳极FA和1
第二加速阳极A等同轴金属圆筒（筒内膜片的中心的限制小孔）组2
成。当加热电流从H，H′通过钨丝，阴极K被加热后，筒端的钡锶氧化物涂层内的自由电子获得较高的动能，从表面逸出。因为第一加速阳极A具有（相对于阴极K）很高的电压（例如1100V），在1
K - G - A之间形成强电场，故从阴极逸出的电子在电场中被加速，1
形成一束电子射线，最后打击在屏的荧光物质上，发出可见光，在屏背可以看见一个亮点。
射线中的电子从电子枪“枪口”（最后一个加速电极A的小孔）2
射出的速度v，由下面的能量关系决定 z
12mvz?eV22
22 z式中，U为A对阴极K的电位差，电子的最后射出速度v是相同
的，与电子在电子枪内的电位起伏无关。
控制栅极G相对于阴极K负电位（见图中电路），两者相距很近，当栅极G负的电位不很大时就足以把电子斥回，使电子束截止。用电位器R调节G对K的电压，可以控制电子枪射出电子的数目，1
从而连续改变屏上光点的亮度。
阴极发射的电子在电场的作用下，会聚于控制栅极小孔附近一点。在这里，电子束具有最小的截面，往后，电子束又散射开来。为了把散射开来的电子束会聚起来，采用如图12-2所示的静电场装置（静电透镜）。其作用原理如下：
图12-2 电场聚焦原理
电子枪内的聚焦电极FA与第二加速电极A组成一个静电透2
镜，其间的静电场分布如图12-2所示。虚线为等位线，实线为电力线，电场对Z轴是对称分布的。电子束中某个散离轴线的电子沿轨
道S进入聚焦电场。在电场的前半区（左边），这个电子受到与电力线相切方向的作用力f。f可分解为垂直指向轴线的分力fr与平行于轴线的分力fz（图中A区）。fr的作用使电子运动向轴线靠拢，起聚焦作用；fz的作用使电子沿Z轴线方向得到加速度。电子到达电场的后半区（右边）时，受到的作用力f′起散焦作用。考虑到电子在后半区的轴向速度比在前区的大得多，获得的离轴速度比在前区获得的向轴速度小，总的效果是电子向轴线靠拢，整个电场起聚焦作用。聚焦作用的强弱是由图中“聚焦”电位器R2，即改变FA与 A2之间的电位差，从而改变其间的电场强度来实现的。
2.电子束的电偏转
在示波管的两块Y（或X）偏转板加上电压时，受电场力的作用，通过两板之间的电子束的方向发生偏转，如图12-3所示。
图12-3 电子束的电偏转示意图
y?bLVy 2dV2
该式表明，偏转板的电压Uy越大，屏上光点的位移也越大，两者是线性关系。比例常数在数值上等于偏转电压为1V时，屏上光点位移的大小，称为示波管的电偏转灵敏度Sy，其倒数称为偏转因数，即
Sy?ybL? Vy2dV2
显然，对X偏转板也有相应的电偏转灵敏度Sx和偏转因数，即
xb'L'
Sx?? Vx2dV2
由于X1,X2与Y1Y2两对金属偏转板一前一后地安装，其他条件
相同时，远离荧光屏（L较大）的一对偏转板的灵敏度较大。增加偏转板的长度b与缩小两板距离d固然可以增大示波管的灵敏度，但偏转大的电子易被板端阻挡，或电子束经过板边缘的非均匀电场，以致y∝Uy的线性关系遭到破坏。所以通常将两偏转板的出口向外折开成喇叭状。
屏上光点位移与偏转电压的线性关系，使示波管成为测量电压的重要工具之一。
3.电子束的纵向磁聚焦和电子比荷的测定 电子比荷即电子的电量和质量之比e，它是描述电子性质的重m
要物理量。1897年J.J.汤姆逊在英国剑桥卡文迪许实验室首先测出了电子比荷(当时称电子荷质比)。本实验就是利用电子束在磁场中的纵向磁聚焦现象来测量电子比荷，这是一种测量荷质比的简便方法。
将示波管置于一个用导线绕制的载流直长螺线管的均匀磁场里，并使示波管内电子束的方向和磁感应强度B的方向平行。此时，作用于电子的洛伦兹力为零。电子以vz速度沿Z向作匀速直线运动，最后打在屏的0点上（图12-4）。
图12-4 电子束的纵向磁聚焦示意图
现在，在水平偏转板X1,X2间加上直流电压Ux，电子穿过两极板间的电场后，获得一个横向速度vz，方向垂直于B，于是电子在洛伦兹力的作用下，逆Z轴的方向看去，电子作逆时针方向的圆周运动。圆周运动的轨道半径为
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