实验二十五 电子束偏转与聚焦及电子荷质比的测定

电子束的电偏转与电子荷质比的测定张志林电子束的电偏转与电子荷质比的测定张志林电子束的电偏转与电子荷质比的测定(张志林)harbinengineeringuniversity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.测量示波管的电偏移灵敏度；3.了解电子束纵向磁聚焦的基本原理；4.观测磁著眼现象，自学用磁著眼法测定电子比荷e/m。

三、实验仪器：电子束实验仪、直流安培表中、直流稳压电源、三用表中三块。

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2阳极；g—掌控栅极；xx—水平偏转板；a—第一快速阳极；121yy—垂直偏转板12电子枪由阴极k、栅极g、第一快速阳极a、著眼阳极fa和1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2成。

当冷却电流从h，h′通过钨丝，阴极k被冷却后，筒端的钡锶氧化物涂层内的自由电子赢得较低的动能，从表面逸出。

因为第一快速阳极a具备（相对于阴极k）很高的电压（比如1100v），在1k-g-a之间形成强电场，故从阴极逸出的电子在电场中被加速，1构成一束电子射线，最后压制在屏的荧光物质上，收到红外线，在屏背可以看到一个亮点。

射线中的电子从电子枪“枪口”（最后一个加速电极a的小孔）2射向的速度v，由下面的能量关系同意z12mvz ev2222z式中，u为a对阴极k的电位差，电子的最后箭出来速度v就是相同的，与电子在电子枪内的电位起伏无关。

掌控栅极g相对于阴极k负电位（见到图中电路），两者距离很将近，当栅极g正数的电位不非常大时就不足以把电子斥回，并使电子束截至。

南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验（下）_____________ 实验名称：电子束的偏转和聚焦现象学院：信息工程学院专业班级：学生姓名：学号：实验地点：基础实验大楼B213 座位号：实验时间：第11周星期三下午三点四十五分_______一、实验目的：1、了解示波管的基本结构和工作原理；2、定量分析电子束在匀强电场作用下的偏转情况和在均匀磁场作用下的偏转情况；3、学会规范使用数字万用表；4、学会磁聚焦原理测量电子的荷质比的方法。

二、实验原理：1、示波管的基本结构阳极电压U2：改变电子束的加速电压的大小。

聚焦电压U1：用以调节聚焦极A1上的电压以调节电极附近区域的电场分布，从而调节电子束的聚焦和散焦。

栅极电压UG（辉度）：用以调节加在示波管控制栅极上的电压大小，以控制阴极发射的电子数量，从而控制荧光屏上光点的辉度。

UdX偏转电压调节：-80V～80V。

调零X：用来调节光点水平距离。

UdY偏转电压调节：-80～80V。

调零Y：用来调节光点上下距离。

2、电聚焦电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。

在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。

栅极 G 的电压一般要比阴极 K 的电压低 20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。

所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。

当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线截止，辉度为 0。

加速电极的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的金属圆筒组成。

由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。

这样就使电子束的路径发生弯曲，这类似光线通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。

改变电极间的电压分布，可以改变等势面的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。

1实验25 电子荷质比的测量【实验目的】1. 了解电子在电场和磁场中的运动规律；2. 学习用磁聚焦法测量电子的荷质比；3.通过本实验加深对洛伦兹力的认识。

【实验仪器】D DZS -型电子束实验仪 【实验原理】1． 示波管的简单介绍：示波管如图1所示，示波管包括有：（1）一个电子枪，它发射电子，把电子加速到一定速度，并聚焦成电子束； （2）一个由两对金属板组成的偏转系统；（3）一个在管子末端的荧光屏，用来显示电子束的轰击点。

图1 小型示波管外形示意图所有部件全都密封在一个抽成真空的玻璃外壳里，目的是为了避免电子与气体分子碰撞而引起电子束散射。

接通电源后，灯丝发热，阴极发射电子。

栅极加上相对于阴极的负电压，它有两个作用：①一方面调节栅极电压的大小控制阴极发射电子的强度，所以栅极也叫控制极；②另一方面栅极电压和第一阳极电压构成一定的空间电位分布，使得由阴极发射的电子束在栅极附近形成一个交叉点。

第一阳极和第二阳极的作用一方面构成聚焦电场，使得经过第一交叉点又发散了的电子在聚焦场作用下又会聚起来；另一方面使电子加速，电子以高速打在荧光屏上，屏上的荧光物质在高速电子轰击下发出荧光，荧光屏上的发光亮度取决于到达荧光屏的电子数目和速度，改变栅压及加速电压的大小都可控制光点的亮度。

水平偏转板和垂直偏转板是互相垂直的平行板，偏转板上加以不同的电压，用来控制荧光屏上亮点的位置。

2．电子的加速和电偏转：为了描述电子的运动，我们选用了一个直角坐标系，其z 轴沿示波管管轴，x 轴是示波管正面所在平面上的水平线，y 轴是示波管正面所在平面上的竖直线。

从阴极发射出来通过电子枪各个小孔的一个电子，它在从阳极2A 射出时在z 方向上具有速度Z v ；Z v 的值取决于K 和2A 之间的电位差C B 2V V V +=（图2）。

电子从K 移动到2A ，位能降低了2V e ∙；因此，如果电子逸出阴极时的初始动能2可以忽略不计，那么它从2A 射出时的动能2z v m 21∙ 就由下式确定：22z V e v m 21∙=∙ (1)图2 电子枪电极结构示意图此后，电子再通过偏转板之间的空间。

实验二十五 电子束偏转与聚焦及电子荷质比的测定【实验目的】1. 了解示波管的基本构造和工作原理。

2. 掌握示波管中电子束电偏转和电聚焦的基本原理。

3. 掌握利用作图法求电偏转灵敏度的数据处理方法。

【实验原理】1. 示波管的基本构造和工作原理(参见实验----示波器)2. 电子束的电偏转电子在两偏转板之间穿过时，如果两板之间电位差为零，电子则笔直穿过偏转板打在荧光屏中央（假定电子枪瞄准荧光屏中心）形成一个小亮斑，如果在两块Y （或X ）偏转板上加有电压，电子就会受电场力的作用而发生偏转，如右图所示。

根据理论推导可得在Y 方向上的位移D y ： 2y dy alLD V dV =⋅ 式中l 是偏转板的长度，d 是偏转板Y 1与Y 2之间的宽度，L 是Y 偏转板的中心点到荧光屏的距离，V a 是阳极电压，V dy 是加在偏转板Y 1与Y 2之间的电压（简称偏转电压）。

3.示波管的电压偏转灵敏度定义：示波管的电压偏转灵敏度是指偏转电压为1V 时，屏上光点位移的大小。

分Y 偏转灵敏度和X 偏转灵敏度。

Y 偏转灵敏度：adyy y dV lLV D S 2== X 偏转灵敏度：a dx x x dV lL V D S 2==【实验内容】电偏转实验用来验证电子束在固定加速电压a V 下，电偏移量D 与偏转电压d V 之间的线性关系；可用描点法将D -d V 在Y X /坐标系中描绘出来，并依据直线斜率确定加速电压a V 与电偏转灵敏度S 之间的关系。

2、X 电偏转灵敏度测量dy dx数S y、S x.分析在不同阳极电压Va的情况下灵敏度系数的大小。

作业：教材P219：分析讨论题2）电子束测试仪面板图。

电子束聚焦与电子荷质比的测量实验报告引言：电子束聚焦与电子荷质比的测量是基础物理实验中常用的实验之一、在本实验中，我们将使用带有电子束聚焦系统的实验装置，通过测量电子束的偏转半径和电场强度，计算出电子的荷质比。

电子荷质比是描述电子质量与电荷之间关系的物理量，具有重要的理论和实际意义。

实验目的：1. 掌握电子束聚焦实验装置的使用方法；2. 测量电子束的偏转半径和电场强度；3. 计算出电子的荷质比。

实验仪器：1. 带有电子束聚焦系统的实验装置；2. 高压电源；3. 示波器；4. 数字电压表；5. 直尺、刻度尺等小工具。

实验原理：根据电子的电荷和质量，通过在电子束中加入垂直于电子飞行方向的电场，可以观察到电子束的偏转现象，从而推导出电子的荷质比。

当电子束通过电场时，电场对电子的力将使电子产生偏转运动。

设电子束电荷量为e，速度为v，电场强度为E，则可得电荷受力$qE = \frac{mv^2}{r}$，其中m为电子质量，r为偏转半径。

所以，$e/m = \frac{EV}{Br^2}$。

通过测量电子束的偏转半径及电场强度，可以计算出电子的荷质比。

实验步骤：1. 接通高压电源，将电子束聚焦系统加热至工作温度；2. 调节电子束的亮度和聚焦，使其尽可能细且集中；3. 确定测量位置，即将电子束分别放置在已知电压为零和非零的两个电极之间；4. 调节电压，使电子束通过电场，观察到电子束的偏转现象；5. 使用直尺等工具测量电子束的偏转半径；6. 使用数字电压表测量电压，计算出电场强度；7. 重复以上步骤多次，取平均值；8. 根据测量结果计算电子的荷质比。

实验数据处理与计算：1. 根据测量数据计算出电子束的偏转半径和电场强度；2. 根据荷质比公式，计算出电子的荷质比；3. 计算多次实验的平均值，并进行误差分析。

实验结果与讨论：根据实验数据和计算结果，得到电子的荷质比为x。

与已知数值相比，误差为百分之x，实验结果基本符合理论预期。

大学物理实验电子束的偏转与聚焦实验报告一、实验目的1、研究电子束在电场和磁场中的偏转规律。

2、了解电子束的聚焦原理和方法。

3、掌握测量电子束偏转量和聚焦效果的实验技术。

二、实验原理1、电子束在电场中的偏转当电子束在均匀电场中运动时，受到电场力的作用会发生偏转。

假设电场强度为 E，电子电荷量为 e，电子进入电场时的速度为 v₀，在电场中的运动时间为 t，则电子在电场方向上的加速度为 a ＝ eE ／ m （m 为电子质量）。

电子在电场方向上的偏转位移 y 可以表示为：y ＝1/2 at²。

2、电子束在磁场中的偏转电子束在垂直于其运动方向的磁场中运动时，会受到洛伦兹力的作用而发生偏转。

当磁场强度为 B 时，电子受到的洛伦兹力大小为 F ＝ev₀B，电子在磁场中的偏转半径 R 可以表示为：R ＝ mv₀／（eB)。

3、电子束的聚焦电子束的聚焦通常采用静电聚焦或磁聚焦的方法。

静电聚焦是通过在电子枪和荧光屏之间设置适当的静电场来实现聚焦；磁聚焦则是利用磁场使电子束聚焦。

三、实验仪器电子束实验仪、直流稳压电源、示波器、测量工具等。

四、实验内容及步骤1、仪器连接与调试将电子束实验仪与直流稳压电源、示波器等正确连接，开启仪器，进行预热和调试，确保仪器正常工作。

2、研究电子束在电场中的偏转（1）调节直流稳压电源，提供不同强度的电场。

（2）观察电子束在荧光屏上的偏转情况，记录偏转量与电场强度的关系。

3、研究电子束在磁场中的偏转（1）给磁场线圈通以不同大小的电流，产生不同强度的磁场。

（2）观察并记录电子束在磁场中的偏转情况，分析偏转量与磁场强度的关系。

4、电子束的聚焦实验（1）分别进行静电聚焦和磁聚焦实验。

（2）调整聚焦电压或电流，观察电子束在荧光屏上的聚焦效果，找到最佳聚焦状态。

五、实验数据记录与处理1、电子束在电场中的偏转｜电场强度（V/m）｜偏转量（mm）｜｜｜｜｜＿____|＿____|｜＿____|＿____|｜＿____|＿____|以电场强度为横坐标，偏转量为纵坐标，绘制曲线，并分析其线性关系。

竭诚为您提供优质文档/双击可除电子束的偏转与聚焦现象实验报告篇一：电子束的偏转与聚焦(北京科技大学物理实验报告)北京科技大学实验报告实验名称：电子束的偏转与聚焦实验目的、实验原理（见预习报告）实验数据及数据分析（数据及图见附页）A．电偏转的观测由图1、2、3、5可以清楚得看出，当阳极电压uz不变时，偏转电压随偏转量的增大线性变化。

第4张图可以看出，我测量的第五组数据是有问题的。

所以，我就放弃了第五组数据，作出了图5。

然后我分析了一下不同阳极电压下偏转电压随偏转量变化快慢。

显然，斜率即电偏转灵敏度，分别为：0.105,0.0915，0.082,0.0753,斜率是随着阳极电压的增大而减小的。

为了清晰明了，我把两者的关系用图表示出来上图说明阳极电压与图1,2,3,5的电偏转灵敏度之间几乎是成线性变化的。

阳极电压的增大导致了初速度的增加，而初速度越大偏转就越难，因而偏转灵敏度越小。

偏转距离De和偏转电压ud是成线性变化的。

至于De 与阳极电压uz的关系，根据图1,2,3,5中的公式，可以知道，当偏转电压ud为10V时，Dz分别为：1.025，0.912，0.785,0.744，所以根据下图可知：当偏转电压相同时，随着阳极电压的增大，偏转量增减少。

b磁偏转的观测图6,7,8是磁偏转观测部分的图。

这三张图说明了，偏转电流与偏转量是成一次函数关系变化的。

下图表示的是图6,7,8的斜率即磁偏转灵敏度与阳极电压的关系：显然，三个数据几乎是在一条直线上，所以磁偏灵敏度是和阳极电压成线性的。

并且随着阳极电压的增大磁偏灵敏度减小。

阳极电压增大导致电子速度的增大，电子就越不容易被偏转。

当uz不变时，Dm随着偏转电流I的增大而增大；当I 不变时，Dm随着uz的变大而减小，如图：（取I为100mA为基点）c电聚焦的观测由于聚焦是一种直观的感受，所以何时真正地聚焦了就属于自己的感觉了。

由图9可以看出，各个数据之间的相关程度R2=0.9812，相关性较低。

电子束的电偏转和电聚焦实验报告电子束的电偏转和电聚焦实验报告引言：电子束是一种由电子组成的束流，具有很高的能量和速度。

在现代科技中，电子束被广泛应用于电子显微镜、电子加速器等领域。

为了研究电子束的性质和控制电子束的运动，我们进行了电子束的电偏转和电聚焦实验。

本实验旨在通过调节电压和磁场，观察电子束的偏转和聚焦效应。

实验设备：1. 电子枪：产生电子束的装置。

2. 磁感应计：用于测量磁场的强度。

3. 电压源：用于提供电子束所需的电压。

4. 荧光屏：用于观察电子束的偏转和聚焦效果。

实验步骤：1. 将电子枪放置在实验台上，并将磁感应计放置在电子束轨迹的旁边。

2. 打开电压源，调节电压大小，使电子束能够稳定产生。

3. 调节磁感应计的位置和方向，使其能够测量到电子束轨迹上的磁场强度。

4. 通过调节电压源和磁感应计，观察电子束在不同电压和磁场条件下的偏转和聚焦效果。

5. 将荧光屏放置在电子束轨迹的末端，观察电子束在荧光屏上的聚焦效果。

实验结果：通过实验观察和测量，我们得到了以下结果：1. 当电子束通过电磁场时，电子束会受到力的作用而发生偏转。

当电压和磁场的方向相同时，电子束向外偏转；当电压和磁场的方向相反时，电子束向内偏转。

2. 当调节电压的大小时，电子束的偏转角度也会发生变化。

电压越大，电子束的偏转角度越大；电压越小，电子束的偏转角度越小。

3. 通过调节磁场的强度，可以控制电子束的偏转方向和角度。

磁场越强，电子束的偏转角度越大；磁场越弱，电子束的偏转角度越小。

4. 在适当的电压和磁场条件下，电子束能够在荧光屏上形成清晰的聚焦点。

当电子束偏转角度较小且能够聚焦时，聚焦点越明亮、清晰。

讨论：通过本次实验，我们深入了解了电子束的电偏转和电聚焦原理。

电子束的偏转和聚焦效果受到电压和磁场的调节影响。

在实际应用中，我们可以通过改变电压和磁场的大小和方向，来控制电子束的运动轨迹和聚焦效果。

这对于电子显微镜等设备的性能优化和精确控制具有重要意义。