电子束线的偏转与聚焦研究pp-龙岩学院

实验十三电子束线的偏转与聚焦研究实验目的：1：了解示波管的基本结构和电偏转、电聚焦的原理，测量示波管的电偏转的灵敏度。2：研究纵向不均匀电场对电子束的聚焦作用。3：了解示波管中电子束的磁偏转原理，测绘示波管磁偏转量随电流变化的曲线。4：了解电子束在磁场中的螺旋运动情形及其聚焦原理，观察磁聚焦的现象。。带电子粒子在电场、磁场中的运动规律在电子技术领域具有广泛的应用。本实验将研究电子在电场和磁场的偏转和聚焦运动。一、示波管的基本结构：本实验采用电子示波管的型号是8SJ45J,也就是示波器中的示波管。HH—钨丝的热电极K—阴极—控制栅极—第一加速阳级—加速栅级—第二加速阳级—水平偏转板—垂直偏转板电子枪偏转板荧光屏HKHUGG1G2A1A2Y2Y1X2X16.3VU1U2图a1G1A2G2A21XX21YY当电流通过钨丝阴极K被加热后，筒端的钡与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（相对阴极K）很高的电压（如1000伏），在K-G-A1之间形成强电场，故从阴极逸出的电子在电场中的加速运动，穿过G的小孔（直径约1mm）,以高速穿过G2、A1及A2筒内的限制孔，形成一束电子射线，电子最后打到荧光屏上，这上面涂有一满层的特殊荧光物质，在电子的轰击下发出可见光。二、电偏转系统1、偏转电场的形成与简化在两排平行板间加电压就可以形成电场。当平行板间的距离d比长度L小得多时，可以认为它形成的空间电场是均匀的，且在平行板的界外电场为零。2、电偏转的原理电子在均匀电场内以从平行于板的方向进入电场，则在y方向（垂直方向）偏离位移：0v0v——偏转电压——板间距离——板长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（如图b所示），故dmveUlvlmdeUaty022022221UdltgLlD'200''22vvLmdeULlvvLlxy20'2mdveUlLl令有如果加速电压为U2则故示波管的Y方向电偏转灵敏度：在X方向同理得02212vmeULLl'220mdveUlLD22dUlLUDSxxLdADL、VXVY图b2222dUlLUdUlLUUDSyydUULlD22三、电子束的聚焦与辉度的控制：人们最初想把极板上的圆孔做成足够小可得任意细小的电子束，然而电子向不同方向离开加热阴极，只能有很小部分的电子正好向着阳极小孔方向运动，大多数电子不能达到荧光屏。不过，我们可以利用适当形状的电场来改变初速度不在管轴方向的那些电子的方向，从而得到比较强的电子束和比较亮的光点。在电子枪内的第一加速阳极与第二加速阳极之间形成一个静电透镜,可解决上述问题。其作用的原理如下：1A2A如图C给出了静电透镜聚焦作用的几何示意图，这是假定电子在两聚焦电极之间的区域的路程远小于电子的总路程时电子运动的轨迹简化形式。假定从第一加速极出来的那些电子具有相同的轴向分量，但具有不同的径向速度分量。ZvA1A2图CZFPV在图C中任取一点P，电子在该处是总会沿着F与之间的某一方向运动，分析不同的点同样可得出电子的运动的轨迹如图c所示，达到电聚焦的作用。若轴向分量不同,只是打到荧光屏的时间不同，但也可与前面或后面运动的电子在荧光屏上重合，但不能与同时出发的电子在荧光屏上同时重合。聚焦作用的强弱可以通过改变之间的电压，从而改变其间的场强来实现的。vZv21AA四：磁偏转系统：1：偏转磁场的形成及其简化在螺线管上通上恒定的电流，管内磁场为匀强磁场，在其边缘部分发生畸变。可以把管内作为匀强磁场，管外磁感应强度作为零，达到简化的目的。2：磁偏转原理：电子以速度v沿z轴方向垂直B运动，这时电子作匀速圆周运动，到达磁场外不受洛仑兹力，则以刚出磁场瞬间的速度作匀速直线运动。五：磁聚焦原理：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。若螺线管相当长，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无关。故只要电子的轴向速度相同，经过整数周期后会聚焦于荧光屏上的一点，这就是磁聚焦。电子作螺旋运动的螺距：vBemvTvPZZ2BemT2六：实验内容：1：电子在横向电场作用下的偏转。2：电子在纵向不均匀电场作用下的运动（电聚焦）。3：电子束的磁偏转。4：电子在纵向磁场作用下的运动（电子螺旋运动）。实验指导一：实验操作技巧：本实验采用套装仪器，故只要将有关原理弄清楚,再熟悉仪器的有关操作,知道实验操作的内容。这样有的放矢地进行操作，很容易完成本实验这么多的任务。二：实验操作时注意事项：1：由于本实验的电压有的达到1000伏，故特别要注意安全。2：示波管的亮度不要长时间打得太亮，否则，荧光屏易老化，影响显示效果。3：由于本实验使用的电源是直流电源。因此在测量电压时一定要注意电压表（或万用表）的正负接线柱以及量程的选择，应先从大量程开始测量，再根据电压大小情况调整为适当的量程。4：示波管要轻拿轻放，以防摔碎。布置作业一：分析与思考：1：为什么偏转板末端是向外张开的，而不是完全平行的？2：电子受到的重力在电场偏转中有重要影响吗？二：创新设计：试设计一个可控制电子的偏转与电子不偏转的电路，以及可控制电子的正向偏转与反向偏转的电路。三：课后任务：1：预习下一实验，并撰写预习实验报告。2：完成本实验的实验报告。