加速阳极A,相对于阴极K的电压，加速阳极A,相对阴极K有1084～1320V的正电压。加速电压由仪器面板上的“加速电压V2”旋钮调节。仪器面板上的低压指示屏用来显示水平偏转电压Va-X、竖直偏转电压Va.Y、磁场线圈稳压电压Vs、V的数值。偏转电压旋钮用来选择低压，控制屏上显示的物理量。X、X,和Y、Y是两对相互垂直放置的平行板电极，X、X,称为水平偏转板，当在两极板之间加上电压时，极板间建立的电场就会使电子束在水平方向（X轴）上偏转。Y、Y,称为竖直偏转板，当在两极板之间加上电压时，极板间建立的电场就会使电子束在竖直方向(Y轴）上偏转。水平偏转电压VaX和竖直偏转电压Va.Y由仪器板面上的“VaX偏转”和“VaY”偏转旋钮调节。正常做实验时应将仪器面板中部的“聚焦方式”开关打至第一聚焦方式，“聚焦”开关打至左面点聚焦方式。实验仪还装备了提供给磁场线圈做实验用的0-30V、30A直流稳压电源，分别由低压指示屏和线圈电流指示屏显示数据。使用电源前，应先将仪器总电源开关开启，再将本电源“磁场线圈稳压电源”开关打开，同时，将“偏转电压”选择开关打至Vs、V档，使低压指示屏和线圈电流指示屏显示直流稳压电源提供给磁场线圈的电压、电流数据。开机前及使用直流稳压电源结束时，将稳压电源的“Vs、V旋钮左旋至底，使电压处于最小值。面板左侧“磁场线圈插孔”和“螺线管线圈推孔”为本实验仪30V稳压电源电压输出插孔，不可将其他电源电压输入插孔内。【实验内容】1、用GD-DES-IⅢI型电子束实验仪研究电子束的偏转量D与偏转电压Ua的关系。（1）将“聚焦方式”开关打至第一聚焦方式，“聚焦开关”打至左边的点聚焦方式。(2）接通电源开关，在显示屏上找出亮点。(3）先将“高压测量”旋钮打至V2档，加速电压调至1200V；再将“高压测量”旋钮打至V档，调节栅压旋钮，把辉度控制在中等亮度，光点不要太亮，以免烧坏荧光物质；再把“高压测量”旋钮打至V，档，调节聚焦电压旋钮，使荧光屏上光点聚成一细点。调节完毕，将所得到的U，和U值填入表4-17-1中。(4）将“偏转电压”旋钮分别打至Va.X、Va.Y档，调节Va.X、Va.Y旋钮使竖直偏转电压变为零，此时若光点不在荧光屏的坐标原点，可调节X、Y光点调零旋钮，使光点处于坐标原点。5）保持竖直偏转电压为零，测出水平偏转量D（坐标板上的一格表示2毫米）与水平偏转电压Ud的关系；然后保持水平偏转电压为零，测出竖直偏转量D（坐标板上的一格表示2毫米）与176
176 加速阳极 A2 相对于阴极 K 的电压，加速阳极 A2 相对阴极Ｋ有 1084～1320V 的正电压。加速电压由 仪器面板上的“加速电压 V2”旋钮调节。 仪器面板上的低压指示屏用来显示水平偏转电压 VdX、竖直偏转电压 VdY、磁场线圈稳压电压 VS、Vm 的数值。偏转电压旋钮用来选择低压，控制屏上显示的物理量。 X X 1 2 、 和 Y Y 1 2 、 是两对相互垂直放置的平行板电极， X X 1 2 、 称为水平偏转板，当在两极板之 间加上电压时，极板间建立的电场就会使电子束在水平方向(X 轴)上偏转。 Y Y 1 2 、 称为竖直偏转板， 当在两极板之间加上电压时，极板间建立的电场就会使电子束在竖直方向(Y 轴)上偏转。水平偏转 电压 VdX 和竖直偏转电压 VdY 由仪器板面上的“VdX 偏转”和“VdY”偏转旋钮调节。 正常做实验时应将仪器面板中部的“聚焦方式”开关打至第一聚焦方式，“聚焦”开关打至左面 点聚焦方式。 实验仪还装备了提供给磁场线圈做实验用的 0-30V、30A 直流稳压电源，分别由低压指示屏和 线圈电流指示屏显示数据。使用电源前，应先将仪器总电源开关开启，再将本电源“磁场线圈稳压 电源”开关打开，同时，将“偏转电压”选择开关打至 VS、Vm 档，使低压指示屏和线圈电流指示屏 显示直流稳压电源提供给磁场线圈的电压、电流数据。开机前及使用直流稳压电源结束时，将稳压 电源的“VS、Vm 旋钮左旋至底，使电压处于最小值。面板左侧“磁场线圈插孔”和“螺线管线圈插 孔”为本实验仪 30V 稳压电源电压输出插孔，不可将其他电源电压输入插孔内。 【实验内容】 1、 用 GD-DES-Ⅲ型电子束实验仪研究电子束的偏转量 D 与偏转电压 Ud 的关系。 ⑴ 将“聚焦方式”开关打至第一聚焦方式，“聚焦开关”打至左边的点聚焦方式。 ⑵ 接通电源开关，在显示屏上找出亮点。 ⑶ 先将“高压测量”旋钮打至 V2 档，加速电压调至 1200V；再将“高压测量”旋钮打至 VG 档，调节栅压旋钮，把辉度控制在中等亮度，光点不要太亮，以免烧坏荧光物质；再把“高压测量” 旋钮打至 V1 档，调节聚焦电压旋钮，使荧光屏上光点聚成一细点。调节完毕，将所得到的 U1 和 U2 值填入表 4-17-1 中。 ⑷ 将“偏转电压”旋钮分别打至 VdX、VdY 档，调节 VdX、VdY 旋钮使竖直偏转电压变为 零，此时若光点不在荧光屏的坐标原点，可调节 X、Y 光点调零旋钮，使光点处于坐标原点。 ⑸ 保持竖直偏转电压为零，测出水平偏转量 D（坐标板上的一格表示 2 毫米）与水平偏转电 压 1 Ud x 的关系；然后保持水平偏转电压为零，测出竖直偏转量 D（坐标板上的一格表示 2 毫米）与
竖直偏转电压Ua，的关系；(6）将“加速电压”调至1100V，重复(3)、（4)、(5)步骤。2、用EF-4型电子和场实验仪研究电子束的偏转量D与偏转电压Ua的关系。EF-4型电子和场实验仪的操作方法与GD-DES-IⅢI型实验仪相似，可参看说明书自行完成实验。【数据记录与数据处理】表4-17-1电子束的偏转量D与偏转电压Ua的关系加速电压U2(V)聚焦电压Ui(V)+偏转电压Y偏转电压偏转电压Y偏转电压X偏转量D(mm)Uar(V)Ua,(V)Uay(V)Uax(V)20181614121086420-2-4-6-8-10-12-14-16-18-201用Exce1“图表”功能（或在坐标纸上)，以偏转电压U为横坐标，偏转量D为纵坐标，画出在两种加速电压的情况下，X、Y偏转电压Ua,x、Ua.与相应的偏转量D的四组D-U.直线，并比较X方向和Y方向偏转灵敏度以及偏转灵敏度与加速电压的关系。【注意事项】（1）仪器箱内电路中有高压，装拆时谨防触电。（2）实验过程中，光点不能过亮，以免损坏荧光物质。177
177 竖直偏转电压 1 Ud x 的关系； ⑹ 将“加速电压”调至 1100V，重复⑶、⑷、⑸步骤。 2、用 EF-4 型电子和场实验仪研究电子束的偏转量 D 与偏转电压 Ud 的关系。 EF-4 型电子和场实验仪的操作方法与 GD-DES-Ⅲ型实验仪相似，可参看说明书自行完成实验。 【数据记录与数据处理】 表 4-17 -1 电子束的偏转量 D 与偏转电压 Ud的关系 加速电压 U2(V) 聚焦电压 U1(V) 偏转量 D(mm) X 偏转电压 1 d ( ) U Vx Y 偏转电压 1 d ( ) U Vy X 偏转电压 1 d ( ) U Vx Y 偏转电压 1 d ( ) U Vy 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 用 Excel“图表”功能（或在坐标纸上），以偏转电压 U d 为横坐标，偏转量 D 为纵坐标，画出 在两种加速电压的情况下，X、Y 偏转电压 Ud,X 、Ud,Y 与相应的偏转量 D 的四组 D －Ud 直线，并 比较 X 方向和 Y 方向偏转灵敏度以及偏转灵敏度与加速电压的关系。 【注意事项】 (1)仪器箱内电路中有高压，装拆时谨防触电。 (2)实验过程中，光点不能过亮，以免损坏荧光物质
(3)除需要测量“加速电压V2”时，不要长时间将电压表置于“加速电压V2”测量档，其他时间可转换至“聚焦电压Vi”“栅压VG”档，以免表头长时间处于高压状态。【思考题】1、根据实验结果回答如下问题：（1）在加速电压不变的条件下，偏转距离是否与偏转电压成正比？(2）在偏转电压不变的条件下，偏转距离与加速电压有什么关系？2、在偏转板上加交流信号时，会观察到什么现象？3、电偏转灵敏度与哪些因素有关？4.18电子束的磁偏转与磁聚焦实验17中，我们定量分析了电子束在横向匀强电场中的偏转规律。除了电场可以使电子受力发生偏转外，磁场也可以使电子发生偏转，磁偏转是电子在磁场中受到洛伦兹力的作用而发生的偏转，电视机等设备中采用的是磁偏转结构。为了使电子束在荧光屏上清晰地成像，显像设备中还设有聚焦系统。本实验研究的就是示波管内电子束的磁偏转和磁聚焦规律，这个实验有助于我们认识和理解显像管的工作过程，也可获得电子的荷质比，以便加深对电子性质的认识。【实验目的】1、研究电子在磁场中的偏转规律和聚焦规律。2、掌握测量电子荷质比的一种方法，【实验原理】1、电子束的磁偏转电子束通过磁场时，在洛伦兹力作用下发生偏转。如图4-18-1所示，设实线方框内有均匀的磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面指向读者，在方框外B=0。当电子束以速度Uz垂直射入磁场，受洛伦兹力f=ev.B的作用，在磁场区域内电子作匀速圆周运动，轨道半径为R，沿弧AB穿出磁场区域后变为作匀速直线运动，最后打在荧光屏的P点上。由运动学知识可以导出弧AC半径为178
178 (3)除需要测量“加速电压 V2”时，不要长时间将电压表置于“加速电压 V2”测量档，其他时间 可转换至“聚焦电压 V1”“栅压 VG”档，以免表头长时间处于高压状态。 【思考题】 1、根据实验结果回答如下问题： ⑴ 在加速电压不变的条件下，偏转距离是否与偏转电压成正比？ ⑵ 在偏转电压不变的条件下，偏转距离与加速电压有什么关系？ 2、在偏转板上加交流信号时，会观察到什么现象？ 3、电偏转灵敏度与哪些因素有关？ 4.18 电子束的磁偏转与磁聚焦 实验 17 中，我们定量分析了电子束在横向匀强电场中的偏转规律。除了电场可以使电子受力 发生偏转外，磁场也可以使电子发生偏转，磁偏转是电子在磁场中受到洛伦兹力的作用而发生的偏 转，电视机等设备中采用的是磁偏转结构。为了使电子束在荧光屏上清晰地成像，显像设备中还设 有聚焦系统。本实验研究的就是示波管内电子束的磁偏转和磁聚焦规律，这个实验有助于我们认识 和理解显像管的工作过程，也可获得电子的荷质比，以便加深对电子性质的认识。 【实验目的】 1、研究电子在磁场中的偏转规律和聚焦规律。 2、掌握测量电子荷质比的一种方法． 【实验原理】 1、电子束的磁偏转 电子束通过磁场时，在洛伦兹力作用下发生偏转。如图 4-18-1 所示，设实线方框内有均匀的磁 场，磁感应强度为 B ，方向垂直于纸面指向读者，在方框外 B = 0 。当电子束以速度 Z 垂直射入磁 场，受洛伦兹力 z f ev B = 的作用，在磁场区域内电子作匀速圆周运动，轨道半径为 R ，沿弧 AB 穿 出磁场区域后变为作匀速直线运动，最后打在荧光屏的 P 点上。由运动学知识可以导出弧 AC 半径 为
R=mvz(4-18-1)eB设电子束离开磁场区域时偏离Z轴的角度是，侧向偏转位移为BC，由图4-18-1中的几何关可以看出sing_！OARBBC=R-Rcos0D电子束打在荧光屏上，侧向偏转位移D为电子束D=L'tan@+BCD:P这里的偏转角θ是足够小的，于是有02和cosa~1-sin0tan02图4-18-1磁偏转系统的工作原理图整理得到leBD=1(4-18-2)my,再由式mvz=eU,消去.得2eD=ILB(4-18-3)V2mU,式（4-18-3）表明，电子束的侧向偏转位移D与磁感应强度B的大小成正比，与加速电压U的平方根成反比。比较式（4-18-3）与式（4-17-4）可以看出，加速电压U对磁偏转灵敏度的影响，要比对电偏转灵敏度的影响小一些。所以，磁偏转系统中，常用提高阴极射线管中加速电压的方法，来增强屏幕上图象的亮度。而且，磁偏转有利于电子束的大角度转向，更适合于大屏幕的需求。因此显像管往往采用磁偏转系统。但偏转线圈的电感较大，不利于高频信号，而且体积和重量较大，这些方面都不及电偏转系统。磁偏转系统中的匀强磁场，可用载流线圈来获取，这里的载流线圈被称作磁偏转线圈。常见磁B:图4-18-2磁偏转线圈（一）图4-18-3磁偏转线圈（二）179
179 mvZ R eB = （4-18-1） 设电子束离开磁场区域时偏离 Z 轴的角度是 ，侧向偏转位移为 BC ，由图 4-18-1 中的几何关 可以看出 sin l R = BC R R = − cos 电子束打在荧光屏上，侧向偏转位移 D 为 D L BC = + tan 这里的偏转角 是足够小的，于是有 sin tan 和 2 cos 1 2 − 整理得到 z leB D L mv = （4-18-2） 再由式 2 2 1 2 mv eU Z = 消去 z 得 2 2 e D lLB mU = （4-18-3） 式（4-18-3）表明，电子束的侧向偏转位移 D 与磁感应强度 B 的大小成正比，与加速电压 U2 的平方根成反比。比较式（4-18-3）与式（4-17-4）可以看出，加速电压 U2 对磁偏转灵敏度的影响， 要比对电偏转灵敏度的影响小一些。所以，磁偏转系统中，常用提高阴极射线管中加速电压的方法， 来增强屏幕上图象的亮度。而且，磁偏转有利于电子束的大角度转向，更适合于大屏幕的需求。因 此显像管往往采用磁偏转系统。但偏转线圈的电感较大，不利于高频信号，而且体积和重量较大， 这些方面都不及电偏转系统。 磁偏转系统中的匀强磁场，可用载流线圈来获取，这里的载流线圈被称作磁偏转线圈。常见磁 图 4-18-2 磁偏转线圈（一） 图 4-18-3 磁偏转线圈（二） 图 4-18-1 磁偏转系统的工作原理图
偏转线圈有两种形式，一种是在阴极射线管管颈外套一个磁环，如图4-18-2所示。磁环上绕有绕向相反的两组线圈，两线圈串联后通以电流，这样电流在环管内产生的磁感线方向是相反的，磁感线就从环的直径方向穿过，各自形成闭合线，磁环的直径处的平行而且均匀的磁场，就是所需的偏转磁场。若改变线圈电流（图4-18-2毫安表显示），则磁感应强度B随之改变，屏上光点的偏转位移D也随之改变。另一种磁偏转线圈如图4-18-3所示。该偏转磁场是由紧贴于管颈两侧的两组线圈串联后通以电流而获得的。无论采用哪种方法获得的磁场，磁感应强度B均满足B=nl，其中常数μ（μ=4元×10-7N/A2）是真空的磁导率，n为线圈的匝数密度（单位长度的匝数），I为线圈中的电流。将B=μonl代入式（4-18-3）可得eD=(4-18-4)MglLnl2mU,式（4-18-4）表明，当加速电压U，一定时，偏转位移D与I成正比，这就满足了偏转系统的线性要求。按磁偏转灵敏度定义（单位电流的偏转量mm/A），磁偏转灵敏度Sm为DeSu=-= AonLJ(4-182mU,5)S越大，表明磁偏转系统的灵敏度越高。对于特定的阴极射线管和偏转线圈来说，在加速电压U,一定时，Sm是常数。改变加速电压U,，Sm与1/JU,成正比。2、电子束的磁聚焦若把示波管的第一阳极A、第二阳极A以及水平、垂直偏转板全连在一起，再将它们相对于阴极板加一电压，电子束进入第一阳极A后，便在零电场中匀速前进，就如同电子束从栅极出口飞出，直接射向荧光屏。而电子的速度方向不尽相同，当电子束打在荧光屏上时，就会形成一个面积较大的光斑，怎样控制光斑直径呢？可以采用磁聚焦的办法。下面介绍磁聚焦的原理。示波管外套一载流长螺线管，螺线管通电后在7轴方向产生一均匀磁场B，电子束进入第一阳极A的同时，也进入均匀磁场B中，如图4-18-9oo00o000o000000g4所示。若一电子进入磁场的速度为V，V与磁(v00000)场方向的夹角为θ，受洛仑兹力的作用，电子将B(Z)文天文88888888888888888作螺旋运动。若将V分解为平行B的分量V和垂下图4-18-4电子束的螺旋轨迹直于B的分量V1，则电子束的螺旋半径为180
180 偏转线圈有两种形式，一种是在阴极射线管管颈外套一个磁环，如图 4-18-2 所示。磁环上绕有绕 向相反的两组线圈，两线圈串联后通以电流，这样电流在环管内产生的磁感线方向是相反的，磁感 线就从环的直径方向穿过，各自形成闭合线，磁环的直径处的平行而且均匀的磁场，就是所需的偏 转磁场。若改变线圈电流(图 4-18-2 毫安表显示)，则磁感应强度 B 随之改变，屏上光点的偏转位 移 D 也随之改变。另一种磁偏转线圈如图 4-18-3 所示。该偏转磁场是由紧贴于管颈两侧的两组线 圈串联后通以电流而获得的。无论采用哪种方法获得的磁场 ，磁感应强度 B 均满足 B nI = 0 ，其 中常数 0 （ 7 2 0 4 10 N A − = ）是真空的磁导率，n 为线圈的匝数密度（单位长度的匝数）， I 为线圈中的电流。将 B nI = 0 代入式（4-18-3）可得 0 2 2 e D lLnI mU = （4-18-4） 式（4-18-4）表明，当加速电压 U2 一定时，偏转位移 D 与 I 成正比，这就满足了偏转系统的线 性要求。按磁偏转灵敏度定义（单位电流的偏转量 mm A ），磁偏转灵敏度 m S 为 0 2 2 m D e S nlL I mU = = （4-18- 5） mS 越大，表明磁偏转系统的灵敏度越高。对于特定的阴极射线管和偏转线圈来说，在加速电压 U2 一定时， mS 是常数。改变加速电压 U2 ， mS 与 2 1 U 成正比。 2、 电子束的磁聚焦 若把示波管的第一阳极 A1、第二阳极 A2 以及水平、垂直偏转板全连在一起，再将它们相对于阴 极板加一电压，电子束进入第一阳极 A1 后，便在零电场中匀速前进，就如同电子束从栅极出口飞出， 直接射向荧光屏。而电子的速度方向不尽相同，当电子束打在荧光屏上时，就会形成一个面积较大 的光斑，怎样控制光斑直径呢？可以采用磁聚焦的办法。下面介绍磁聚焦的原理。 示波管外套一载流长螺线管，螺线管通电后在 Z 轴方向产生一均匀磁场 B，电子束进入第一阳 极 A1 的同时，也进入均匀磁场 B 中，如图 4-18- 4 所示。若一电子进入磁场的速度为 v ，v 与磁 场方向的夹角为 ，受洛仑兹力的作用，电子将 作螺旋运动。若将 v 分解为平行 B 的分量 v 和垂 直于 B 的分量 v⊥ ，则电子束的螺旋半径为 图 4-18-4 电子束的螺旋轨迹