一、概 述电子书演示器采用JG-4充气型静电偏转阴极射线演示管(简称电子束管)。当管子各电极加上工作电压之后,自阴极射出的具有一定能量的电子束,使管内的惰性气体电离发光,形成细而明亮的光束,显示了电子束的径迹,该仪器的一侧装有小黑板,可不用暗室进行教学演示实验,本仪器的主要用途为:(1)演示加速后的电子,在没有外来电场或磁场的作用时,按直线运动。(2)观察电子束在电场力的作用下发生的偏转。(3)观察电子束在磁场中所受的洛仑兹力。(4)说明热电子发射现象等。该仪器还具有价格低廉,体积小,重量轻,使用方便,安全可靠等优点。
二、技 术 指 标
1、加速极电压 0~200伏 连续可调
2、偏转板电压
电压幅度 0~40伏连续可调
电压方向 上正、断路、下正三档
3、电源 220V±10% 50Hz
4、功率消耗 小于8瓦
5、连续工作时间 一小时
6、使用环境条件:
温 度 0~+40℃
相对湿度 不大于90%(40℃)
7、外形尺寸 约21×14×21㎝
8、重量 约1.5公斤
面 板 控 制 器
1、开(S1)仪器电源开关,当此开关扳向“开”时,电子束管灯丝有暗红光出现,说明仪器已接通电源。
2、加速极电压(RP1)加速极电压(加速极与阴极间的电压)幅度控制电位器。逆时针旋转到底,加速极电压为零,顺时针旋转到底,加速极电压约为200伏,电子束的径迹Z亮。使用时,调节加速极电压到一定值,使阴极射线形成一束可见光迹即可。
3、偏转板电压(RP2)控制两偏转板电压幅度的电位器。顺时针旋转,两偏转板电压增大,则电子束偏转角度增大。
4、偏转板电压方向开关(S2)开关向上扳动时(上正),上偏转极电势高于下偏转板,电子束向上偏转。开关向下扳动时(下正),下偏转板电势高于上偏转板,电子束则向偏转。开关在“断路”位置时,则电子束沿直线进行。(因电子束管不用屏蔽罩,本仪器变压器的漏磁,地磁对电子束的直线进行有一定的影响)
三、工作原理
电子束演示器由电子束管,作为背景的小黑板,控制及电源组合三个部分组成。
电子束管形似示波管,但结构比较特殊,阴极与丝极联合在一起,工作时,阴极被灯丝加热而发射电子,这些逸出阴极作布朗运动的电子,受到加速极(阳极)电场力作用作定向的运动,穿过圆柱筒形的控制极上的小孔,形成电子束,控制极是和阴极连在一起的。因为该管子无专门的第二阳极(聚焦阳极),经过加速极的圆小孔的电子束,又会逐渐发散开来,(散焦)。该管内的一对偏转板,除了演示电子在电场作用下的偏转运动外,还起了使电子束会聚(聚焦)的作用,如使两偏转板的电位低于加速极电势约30伏,则聚焦状态。
电子束本身凭肉眼看不到的,该管抽真空后,充入一定压强的混合惰性气体,电子受到加速极电场力的作用,具有一定的能量,在它前进的路程中,与惰性气体分子碰撞,使气体电离,产生辉光放电而产生绿光,这样就能在电子所经过的路径上看到光迹。
在没有外来磁场或电场的作用。电子束是按直线进行的,如果我们把电子束管按管的轴线沿水平方向放置,用一蹄形磁铁,N极朝向读者,S极朝向里面自上而下靠近电子束管,则电子在磁场中受到磁场力(洛仑兹力)的作用电子向下方向偏转(见图一)(电子受磁场作用的方向与磁力线方向,电子流的方向关系可用左手定则确定,必须注意电子运动方向自左向右,即电流方向自右向左)。
电子束管内还装有一对偏转板,在偏转板上加上一定的电压(本仪器演示时两偏转板的电势差连续调节范围0~±40伏)可以观察电子在电场力作用下的偏转运动,当偏转板电压方向开关(S2)向上扳动时(上正)上偏转板上的电势高于下偏转板的电势,因电子带负电,在电场力作用下,运动径迹向上偏转,当开关(S2)扳向“下正”位置时,电子运动径迹向下偏转,电子在两偏转板的空间内的运动为一抛物线,在离开偏转板间的电场后,则为一直线运动。此直线的偏转角的大小与偏转板上所加电压成正比,与电子运动速度平方成反比,也就是说与加速极电压成反比。
电子束演示器的电路见电原理,主要由电源变压器T1、V1~4组成的桥式整流电路,π形滤波电路,加速极电压控制电位器RP1,及偏转板电压电路等组成。偏转板电压采用加速极电压同一直流电源,经分压后供给。
四、使 用 方 法
装上演示管,演示管座缺口朝下,使上偏转板在上面,且与水平面平行把演示管固定在支架上,装上小黑板(用二螺钉拧紧)把加速极电压电位器(RP1)逆时针旋到底,偏转板电压电位器(RP2)逆时针旋到底偏转板电压方向开关(S2)置于“断路”位置。插上电源,把电源开关扳到“开”位置,演示管灯丝发出暗红光预热5分钟后,顺时针方向旋转加速极电压电位器(RP1)使演示管出现细亮的绿素光束(电子束是看不到颜色的,是电子受到加速极电场力的作用与惰性气体产生碰撞,使气体电离,产生辉光放电)。
实验一 观察电子束在电场中的偏转
将电子束偏转板电压方向开关扳到“上正”位置,顺时针方向旋转偏转板电压电位器(RP2),电子束则向上偏转,偏转板之间电压越大,则电子束偏转的角度也越大。如将电子束偏转板电压方向开关扳到“下正”位置,电子束则向下偏转。如果保持偏转板的电压大小不变,改变加速极的电压,可以看到加速极的电压减小,则电子束偏转的角度反而增大,这是因为加速极电压低,则电子的水平方向速度变小,电子在偏转板中受电场力作用的时间加长,所以偏转的角度增大。但此时电子束的径迹辉度变暗。
实验二 观察电子束在磁场中所受的洛仑兹力
将电子束偏转板电压方向开关扳到“断路”位置,将磁铁靠近演示管,则电子受到洛仑兹力作用产生偏转,偏转方向可用左手定则确定之(电子流方向与电流方向相反)
此外该演示管还可说明热电子发射及电子束按直线进行诸现象。
五、注 意 事 项
1、演示管系充气的管子,阴极发射电子的同时,受到惰性气体电离的正离子的轰击,所以管子的寿命较短,为延长演示管的使用寿命,仪器使用前,一定要把加速极电压旋转逆时针旋到底。预热五分钟后,再顺时针转动加速极电压旋钮,旋到底,供学生观察,暂时不观察时,应将加速极电压旋钮逆时针转到底,待需观察时,再加上加速极电压。仪器使用结束时,先把加速极电压电位器旋钮逆时针旋到底,偏转板电压电位器逆时针方向旋到底,电子束偏转板电压方向开关扳到“断路”位置。
2、仪器应存放在阴凉、干燥、通风的地方,存放满半年。必须开机一次,开机时间为一小时,开机时可不装演示管