实验九电子束讲义.doc

实验九电子束实验带电粒子在电场和磁场中的运动,在近代科学技术应用中,是许多领域中都经常遇到的一种物理现象。示波器中用来显示电信号波形的示波管,电视机、摄像机里显示图像的显像管、摄像管都属于电子束线管,虽然它们的型号和结构不完全相同,但都有产生电子束的系统和电子加速系统,为了使电子束在荧光屏上清晰的成像,还要设聚焦、偏转和强度控制系统。对电子束的聚焦和偏转,可以利用电极形成的静电场实现,也可以用电流形成的恒磁场实现。前者称为电聚焦和电偏转,后者称为磁聚焦和磁偏转。随着科技的发展,利用静电场或恒磁场使电子束偏转、聚焦的原理和方法还被广泛地用于扫描电子显微镜、回旋加速器、质谱仪等许多仪器设备之中。在下面一系列实验中,我们要研究电子在各种电场和磁场中的运动规律。实验的主要内容是:实验1:研究电场对电子的加速,电子束在匀强电场作用下的偏转。实验2:纵向不均匀电场对电子束的聚集作用。实验3:电子束在横向磁场作用下的偏转。实验4:电子在纵向磁场中作螺旋运动的规律及电子荷质比的测定。实验中采用的电子示波管型号8SJ3J,就是示波器中的示波管。电子示波管的构造如图1所示。当加热电流通过灯丝时,阴极K被加热并发射电子,栅极G加上相对于阴极为负的电压,调节栅极电压的大小,可以控制阴极发射电子的多少,即控制光点的亮度。第一阳极1A相对于阴极K有很高的电压(约1500V)用以加速电子;第二阳极2A与第一阳极1A之间构成聚焦电场,使发散的电子束在聚焦电的作用下汇聚起来,打在荧光屏上发出荧光。X、Y偏转板是2对分别平行且相互垂直的金属极,在平行板上加不同的电压控制荧光屏上的光点的位置。光点移动距离的大小与加在偏转板上的电压成正比。实验1电子束的加速和电偏转【实验原理】电子是带负电的粒子,电子在电场中受到库仑力的作用,力的方向和电场方向相反。本实验研究电子在电场中的加速和偏转。若电子原来具有一定的速度。如果电场方向和电子运动方向平行,电子在电场力的作用下将加速或减速。我们取一个直角坐标系来研究电子的运动,令Z轴沿阴极射线管的管轴方向,从荧光屏看X轴为水平方向,Y轴为垂直方向。A-第一阳极A-第二阳极f-灯丝G-栅极K-阴极X、Y-偏转转板图1电子射线示波管认为从电子枪阴极发射出来的电子的初速为零。管中阳极2A相对于阴极K具有几百甚至几千伏的正电位2V,它产生的电场使得以阴极K发散出来的电子沿轴向加速。电子从2A射出的动能为:2212zmv eV?(1—1)电子在两偏转板之间穿过时,如果两板间电位差为零,电子笔直地穿过偏转板之间打在荧光屏中央(假定电子枪瞄准得很好)形成一个小亮斑;现在来看一种情况,如果电场方向和电子运动方向垂直,电子在该电场作用下将要发生偏转。图2表示了电子在垂直电场作用下的偏转情况。图2电子在垂直电场作用下的偏转情况我们来看一下电偏转系统中偏转电场的形成与简化:在两排平行板间加电压dV就可以形成电场。偏转板长度为,两电极相距为d,当平行板间的距离d比长度小得多时,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。电偏转的原理:电子在均匀电场内以Zv从平行于板的方向进入电场,在电场力的作用下,它将获得一纵向的速度Yv,但不改变轴向速度分量Zv。在y方向(垂直Zv方向)产生偏离位移。22212 2 2d dZ