示波管原理圖

1、實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 八八電子束的線偏轉(zhuǎn)與聚焦研究電子束的線偏轉(zhuǎn)與聚焦研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)方法與步驟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理注意事項(xiàng)思考與練習(xí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解示波管的基本結(jié)構(gòu)和電偏轉(zhuǎn)、電聚焦 的原理，測(cè)量示波管的電偏轉(zhuǎn)的靈敏度。2.研究縱向不均勻電場(chǎng)對(duì)電子束的聚焦作用。3.了解示波管中電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理，測(cè)繪示波管磁偏轉(zhuǎn)量隨電流變化的曲線。4.了解電子束在磁場(chǎng)中的螺旋運(yùn)動(dòng)情形及其聚焦原理，觀察磁聚焦的現(xiàn)象。通過(guò)磁聚焦原理測(cè)量電子的荷質(zhì)比。 帶電子粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在電子技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)將研究電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)和聚焦運(yùn)動(dòng)。一、示波管的基本結(jié)構(gòu)：本實(shí)驗(yàn)采用DS-A型電子束

2、實(shí)驗(yàn)儀,實(shí)驗(yàn)儀上帶有8SJ45J型電子示波管,也就是示波器中的示波管。實(shí)驗(yàn)原理電子槍偏轉(zhuǎn)板熒光屏HKHUGG1G2A1A2Y2Y1X2X16.3VU1U2圖a示波管原理圖示波管原理圖H H鎢絲的熱電極 K陰極 G1柵極 G2聚焦極 A1第一加速陽(yáng)極 A2第二加速陽(yáng)級(jí) X1X2水平偏轉(zhuǎn)板 Y1Y2垂直偏轉(zhuǎn)板實(shí)驗(yàn)儀平視圖示波管示波管DS-A型電子束實(shí)驗(yàn)儀型電子束實(shí)驗(yàn)儀示波管示波管顯示參顯示參量切換量切換激勵(lì)激勵(lì)電流電流電流電流顯示顯示Ux電壓電壓顯示顯示UyU2U1Us實(shí)驗(yàn)儀器面板當(dāng)電流通過(guò)鎢絲陰極K被加熱后，筒端的鋇與鍶氧化物涂層內(nèi)的自由電子獲得較高的動(dòng)能，從表面逸出。因?yàn)榈谝患铀訇?yáng)極A具有（相

3、對(duì)陰極K）很高的電壓（如1000伏），在K-G-A1之間形成強(qiáng)電場(chǎng)，故從陰極逸出的電子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)G的小孔（直徑約1mm）,以高速穿過(guò)G2、A1及A2筒內(nèi)的限制孔，形成一束電子射線，電子最后打到熒光屏上，這上面涂有一滿層的特殊熒光物質(zhì)，在電子的轟擊下發(fā)出可見(jiàn)光。儀器介紹二、電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)1、偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的形成與簡(jiǎn)化 在兩排平行板間加電壓就可以形成電場(chǎng)。當(dāng)平行板間的距離d比長(zhǎng)度L小得多時(shí)，可以認(rèn)為它形成的空間電場(chǎng)是均勻的，且在平行板的界外電場(chǎng)為零。 電子在均勻電場(chǎng)內(nèi)以 從平行于板的方向進(jìn)入電場(chǎng)，在電場(chǎng)力的作用下,在y方向（垂直 方向）產(chǎn)生偏離位移。0v0v儀器原理dmveUlvlmdeUat

4、y022022221tgLlD20022vvLmdeULlvvLlxy 202mdveUlLlU偏轉(zhuǎn)電壓 d板間距離 l板長(zhǎng)電子離開(kāi)電場(chǎng)后不受電場(chǎng)力作用,將作勻速直線運(yùn)動(dòng)，等效直接從A點(diǎn)（板中點(diǎn)位置）直接射出（如圖所示），故 儀器原理22012eUm vLLl220mdveUlLD LdADL、VXVY圖b令有如果加速電壓為U2則 故dUUlLD22儀器原理示波管的Y方向電偏轉(zhuǎn)靈敏度 ：2222dUlLUdUlLUUDSyy在X方向同理得22dUlLUDSxx儀器原理三、 電子束的聚焦與輝度的控制：人們最初想把極板上的圓孔做成足夠小可得任意細(xì)小的電子束，然而電子向不同方向離開(kāi)加熱陰極，只能有很

5、小部分的電子正好向著陽(yáng)極小孔方向運(yùn)動(dòng)，大多數(shù)電子不能達(dá)到熒光屏。不過(guò)，我們可以利用適當(dāng)形狀的電場(chǎng)來(lái)改變初速度不在管軸方向的那些電子的方向，從而得到比較強(qiáng)的電子束和比較亮的光點(diǎn)。在電子槍內(nèi)的第一加速陽(yáng)極 與第二加速陽(yáng)極 之間形成一個(gè)靜電透鏡,可解決上述問(wèn)題。其作用的原理如下：1A2A儀器原理如圖C給出了靜電透鏡聚焦作用的幾何示意圖，這是假定電子 在兩聚焦電極之間的區(qū) 域的路程遠(yuǎn)小于電子的 總路程時(shí)電子運(yùn)動(dòng)的軌 跡簡(jiǎn)化形式。假定從第 一加速極出來(lái)的那些電 子具有相同的軸向分量 ，但具有不同的徑向速度分量。 ZvA1A2圖CZFPV儀器原理 在圖C中任取一點(diǎn)P，電子在該處是總會(huì)沿著F與 之間的某一方

6、向運(yùn)動(dòng)，分析不同的點(diǎn)同樣可得出電子的運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖c所示，達(dá)到電聚焦的作用。若軸向分量 不同,只是打到熒光屏的時(shí)間不同，但也可與前面或后面運(yùn)動(dòng)的電子在熒光屏上重合，但不能與同時(shí)出發(fā)的電子在熒光屏上同時(shí)重合。聚焦作用的強(qiáng)弱可以通過(guò)改變 之間的電壓，從而改變其間的場(chǎng)強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 vZv21AA儀器原理四：磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)： 1：偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成及其簡(jiǎn)化 在螺線管上通上恒定的電流，管內(nèi)磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在其邊緣部分發(fā)生畸變?？梢园压軆?nèi)作為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，管外磁感應(yīng)強(qiáng)度作為零，達(dá)到簡(jiǎn)化的目的。 2：磁偏轉(zhuǎn)原理： 電子以速度v沿z軸方向垂直B 運(yùn)動(dòng)，這時(shí)電子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，到達(dá)磁場(chǎng)外不受洛侖茲力，則以剛出磁場(chǎng)瞬間的速度

7、作勻速直線運(yùn)動(dòng)。儀器原理五：磁聚焦原理： 在示波管外套一個(gè)同軸的螺線管，當(dāng)給螺線管通以穩(wěn)恒直流電時(shí)，其內(nèi)部形成一個(gè)軸向磁場(chǎng)。若螺線管足夠長(zhǎng)，則可認(rèn)為內(nèi)部為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。 電子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，將會(huì)以軸向速度作勻速直線運(yùn)動(dòng)。同時(shí)以徑向速度 作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。其合運(yùn)動(dòng)是一個(gè)螺旋線運(yùn)動(dòng)。儀器原理 由于勻速圓周運(yùn)動(dòng)周期 與 無(wú)關(guān)。故只要電子的軸向速度相同，經(jīng)過(guò) 整數(shù)周期后會(huì)聚焦于熒光屏上的一點(diǎn)，這就是磁聚焦。 電子作螺旋運(yùn)動(dòng)的螺距：vBemvTvPZZ2BemT2儀器原理 從前面的談?wù)摽芍?電子的軸向速度 由加速電壓決定(電子離開(kāi)陰極時(shí)的初速度相對(duì)來(lái)說(shuō)很小,可以忽略),固有Zv2212ZmveU22ZeUvm

8、電子荷質(zhì)比測(cè)量即有圖4185 h 可見(jiàn)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，具有相同的軸向速度，但由于電子發(fā)射方向各異，導(dǎo)致徑向速度不同。因此他們?cè)诖艌?chǎng)中將作半徑不同但螺距相同的螺線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間T后,在相同的地方聚焦。電子荷質(zhì)比測(cè)量20222eUmmLhveBeBm 故電子的荷質(zhì)比為：22228UemL B電子荷質(zhì)比測(cè)量 調(diào)節(jié)磁場(chǎng)B的大小，使螺距正好等于電子束交叉點(diǎn)到熒光屏的距離L,這時(shí)熒光屏上的光斑就匯聚成一個(gè)小點(diǎn)。由于：實(shí)驗(yàn)用螺線管可近似為薄螺線管，按薄螺線管計(jì)算公式有：式中：n為螺線管單位長(zhǎng)度線圈匝數(shù)021(coscos)/2BnI720410/N A電子荷質(zhì)比測(cè)量002222cos2nInIABA

9、D 設(shè)螺線管的線圈總匝數(shù)為N，則實(shí)驗(yàn)計(jì)算電子荷質(zhì)比公式為：2222222208UeADmN LI 各實(shí)驗(yàn)參數(shù)由實(shí)驗(yàn)室給出。 設(shè)螺線管的長(zhǎng)度為A，螺線管平均直徑為D，并認(rèn)為電子束聚焦磁場(chǎng)均勻，則有電子荷質(zhì)比測(cè)量 1：電子在橫向電場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)。 2：電子在縱向不均勻電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)（電聚焦）。 3：電子束的磁偏轉(zhuǎn)。 4：電子在縱向磁場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)（電子螺旋運(yùn)動(dòng)）。 5：電子的荷質(zhì)比的測(cè)量實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一：實(shí)驗(yàn)操作技巧： 本實(shí)驗(yàn)采用套裝儀器，故只要將有關(guān)原理弄清楚,再熟悉儀器的有關(guān)操作,知道實(shí)驗(yàn)操作的內(nèi)容。這樣有的放矢地進(jìn)行操作，很容易完成本實(shí)驗(yàn)這么多的任務(wù)。二：實(shí)驗(yàn)操作時(shí)注意事項(xiàng)： 1

10、：由于本實(shí)驗(yàn)的電壓有的達(dá)到1000伏，故特別要注意安全。 2：示波管的亮度不要長(zhǎng)時(shí)間打得太亮，否則，熒光屏易老化，影響顯示效果。數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄1. 水平偏轉(zhuǎn)測(cè)量：保持加速電壓和聚焦電壓不變，每1cm測(cè)量一次。畫(huà)出變化曲線。2. 水平偏轉(zhuǎn)測(cè)量：保持加速電壓和聚焦電壓不變，每1cm測(cè)量一次。畫(huà)出變化曲線。3 . 驗(yàn)證第一聚焦條件：使熒光屏上的光點(diǎn)達(dá)到最佳聚焦，記下不同組合時(shí)的數(shù)值。通過(guò)作圖法求出。4. 磁偏轉(zhuǎn)：不同的加速電壓下，測(cè)量偏轉(zhuǎn)量D隨激勵(lì)電流I的變化，繪出相應(yīng)的曲線。5. 電子荷質(zhì)比的測(cè)量：改變激勵(lì)電流I，記下第一次，第二次和第三次聚焦的激勵(lì)電流，重復(fù)五次平均值，帶入公式求荷質(zhì)比。問(wèn)題與解答問(wèn)題與解答1. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)找不到光點(diǎn)（光斑）的情況，可能的原因和解決的辦法如下： （1）亮度不夠。解決的辦法是適當(dāng)增加亮度。（2）已經(jīng)加有較大的電偏電壓（x方向或和y方向），使光點(diǎn)偏出示波器的屏幕。此時(shí)應(yīng)通過(guò)調(diào)節(jié)電偏轉(zhuǎn)旋鈕，使偏轉(zhuǎn)電壓降為零。2 .電偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)光點(diǎn)軌跡與x（或y方向）有夾角， 解決辦法：旋轉(zhuǎn)示波