电子束的电偏转与电子荷质比的测定(张志林)-word资料(精).doc

HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY 物理实验报告实验题目: 电子束的电偏转与电子荷质比的测定姓名: 张志林物理实验教学中心-1- 实验报告一、实验题目:电子束的电偏转与电子荷质比的测定二、实验目的: 1. 了解示波管的基本结构和电聚焦的原理; 2. 测量示波管的电偏转灵敏度; 3. 了解电子束纵向磁聚焦的基本原理; 4. 观察磁聚焦现象,学习用磁聚焦法测定电子比荷 e/m 。三、实验仪器: 电子束实验仪、直流安培表、直流稳压电源、三用表三块。四、实验原理(原理图、公式推导和文字说明): 1. 示波管的基本结构和静电聚焦原理示波管由电子枪、偏转板和荧光屏三部分组成, 如图 12-1 所示。其中电子枪是示波管的核心部件。示波管的基本结构图 H,H′—钨丝加热电极; FA —聚焦电极; K—阴极; A—第二加速阳极; G—控制栅极; X 1X—水平偏转板; A 1—第一加速阳极; Y 1Y—垂直偏转板-2- 电子枪由阴极 K 、栅极 G 、第一加速阳极 A 1 、聚焦阳极 FA 和第二加速阳极 A 等同轴金属圆筒(筒内膜片的中心的限制小孔)组成。当加热电流从 H, H′通过钨丝,阴极 K 被加热后,筒端的钡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 1 具有(相对于阴极 K )很高的电压(例如 1100V ),在 K-G-A 1 之间形成强电场,故从阴极逸出的电子在电场中被加速, 形成一束电子射线,最后打击在屏的荧光物质上,发出可见光,在屏背可以看见一个亮点。射线中的电子从电子枪“枪口”( 最后一个加速电极 A 的小孔) 射出的速度 v ,由下面的能量关系决定 2 22 1 eV mv z?式中, U为 A 对阴极 K 的电位差, 电子的最后射出速度 v 是相同的,与电子在电子枪内的电位起伏无关。控制栅极 G 相对于阴极 K 负电位(见图中电路) ,两者相距很近, 当栅极 G 负的电位不很大时就足以把电子斥回, 使电子束截止。用电位器 R 1 调节 G对 K 的电压, 可以控制电子枪射出电子的数目, 从而连续改变屏上光点的亮度。阴极发射的电子在电场的作用下,会聚于控制栅极小孔附近一点。在这里,电子束具有最小的截面,往后,电子束又散射开来。为了把散射开来的电子束会聚起来, 采用如图 12-2 所示的静电场装置(静电透镜) 。其作用原理如下: 图 12-2 电场聚焦原理电子枪内的聚焦电极 FA 与第二加速电极 A 组成一个静电透镜, 其间的静电场分布如图 12-2 所示。虚线为等位线, 实线为电力线,电场对 Z 轴是对称分布的。电子束中某个散离轴线的电子沿轨-3- 道S 进入聚焦电场。在电场的前半区( 左边), 这个电子受到与电力线相切方向的作用力 f。f 可分解为垂直指向轴线的分力 fr 与平行于轴线的分力 f z( 图中 A区)。 fr 的作用使电子运动向轴线靠拢, 起聚焦作用; f z 的作用使电子沿 Z 轴线方向得到加速度。电子到达电场的后半区( 右边)时, 受到的作用力 f′起散焦作用。考虑到电子在后半区的轴向速度比在前区的大得多,获得的离轴速度比在前区获得的向轴速度小,总的效果是电子向轴线靠拢,整个电场起聚焦作用。聚焦作用的强弱是由图中“聚焦”电位器 R 2, 即改变 FA 与 A 之间的电位差