电子束的偏转与聚焦现象样稿样稿.docx

南 昌 大 学 物 理 实 验 报 告
课程名称： 大学物理试验
试验名称： 电子束偏转和聚焦现象试验
学院： 机电工程学院
专业班级： 机制154班
学生姓名： 郝为权 学号：
试验地点： 基础试验大楼 213 座位号： 31
试验时间： 第 1周星期一
一、试验目标
1、了解示波管结构和工作原理，分析电子束在匀强电场和匀强磁场作用下偏转情况；
2、学会使用数字万能表和聚焦法测量电子荷质比方法。
二、试验原理
1、示波管结构
示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空玻璃壳之中，它结构图1所表示，关键包含三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极作用而加速。
2、电聚焦原理
电子射线束聚焦是电子束管必需处理问题。在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生负电场作用只有一部分电子能够经过栅极小孔而飞向阳极。栅极G电压通常要比阴极K电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极和阴极间减速电场作用，初速度小电子被阻挡，而那些初速度大电子能够经过栅极射向荧光屏。所以调整栅极电压高低能够控制射向荧光屏电子数，从而控制荧光屏上辉度。当栅极上电压负到一定程度时，可使电子射线截止，辉度为0。
加速电极电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴金属圆筒组成。因为各电极上电压不一样，在它们之间形成了弯曲等势面、电场线。这么就使电子束路径发生弯曲，这类似光线经过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间电压分布，能够改变等势面弯曲程度，从而达成电子束聚焦。
3、电偏转原理
在示波管中，电子从被加热阴极K逸出后，因为受到阳极电场加速作用，使电子取得沿示波管轴向动能。令Z轴沿示波管管轴方向从灯丝位置指向荧光屏；同时，从荧光屏上看，令X轴为水平方向向右，Y轴为垂直方向向上。假定电子从阴极逸出是初速度忽略不计，则电子经过电势差为U空间后，电场力做功eU应等于电子取得动能
（1）
显然，电子沿Z轴运动速度vz和第二阳极A2电压U2平方根成正比，即
（2）
若在电子运动垂直方向加一横向电场，电子在该电场作用下将发生横向偏转，图2所表示。
若偏转板板长为l、偏转板末端到屏距离为L、偏转电极间距离为d、轴向加速电压（即第二阳极A2电压）为U2，横向偏转电压为Ud，则荧光屏上光点横向偏转量D由下式给出：
图2
（3）
由式（3）可知，当U2不变时，偏转量
D随Ud增加而线性增加。所以，根
据屏上光点位移和偏转电压线性关系，
能够将示波管做成测量电压工具。若
改变加速电压U2，合适调整U1到最好
聚焦，能够测定D-Ud直线随U2改变而
使斜率改变情况。
4、磁偏转原理
电子经过A2后，若在垂直Z轴X方向外加一个均匀磁场，那么以速度v飞越子电子在Y方向上也会发生偏转，图所表示。
因为电子受洛伦兹力F=eBv作用，F大小不变，方向和速度方向垂直，所以电子在F作用下做匀速圆周运动，洛伦兹力就是向心力，即有eBv=mv2/R，所以
（4）
电子离开磁场后将沿圆切线方向飞出，直射抵达荧光屏。在偏转角φ较小情况下，近似有
（5）
式中，l为磁场宽度，D为电子在荧光屏上亮点偏转量（忽略荧光屏微小弯曲），L为从横向磁场中心到荧光屏距离。
由此可得偏转量D和外加磁场B、加速电压U2等关系为
（6）