实验十二 电子束偏转与聚焦

y1 2a2t2emUdvl02
eU2 l 2m0vd
U ——偏转电压（平行板间电位差） d——板间距离
l ——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
D l L ' tg 2
l L' vy l L' 2 vx 2
e 2mU2
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。若螺线管足够长，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 T 2m 与
三、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 v 0 从平行于板的 方向进入电场，在电场力的作用下,在y方向 （垂直 v 0 方向）产生偏离位移。
Be
v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。
m eUdvL0 v0
l 2
L'
eUl mdv02
令 l L' L 有 2
如果加速电压为U2
D eUlL
mdv
2 0
则
eU2
1 2
mv02
d
故
D ULl 2U2d
示波管的Y方向电偏转灵敏度 ：
L
、 L
A
VX D
图b
VY
SyU D ylLU U 2U2d2dlLU 2
在X方向同理得
Sx
D Ux
lL 2dU2
四：磁偏转系统：
❖ 加速场对电子所做的功等于点自动能的增量
为
eU2
1 2
mvZ 2
❖ 电子受洛伦兹力为
F evz B
❖ 根据洛伦兹力的性质，是一个向心力，则
evz B
m
v
2 z
R
❖ 电子偏转的轨道半径为
R mvz eB
❖ 在偏转角较小的情况下，近似的有
tan l D
二、 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 A1 与第二加 速阳极A 2 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：
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
A1
A2
在两聚焦电极之间的区
域的路程远小于电子的
F
Z
总路程时电子运动的轨
P
迹简化形式。假定从第
V 图C
一加速极出来的那些电
子具有相同的轴向分量 v Z ，但具有不同的
1、加速电压V2：改变电子束的加速电压的大小 2、V2电压表指示:0～1300V。 3、聚焦电压V1：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。
4、V1电压指示：150～400V。 5、栅极电压VG（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。
可出现一条横线。
19、示波管后靠背：用来接通示波管，可将示波管插入使用。 20、8SJ31J示波管。 21、磁偏转线圈：用来做磁偏转实验。 22、螺线管线圈：用来做磁聚焦实验。 23、换向开关：用以改变偏转线圈电流方向来控制磁偏转的方
向（向上、向下）。
24、0～2A输出插座：用来接通标准螺线管励磁电流。
表头即可显示；当打到VdY档调节偏转电压VdY，表头即可 显示。
13、200mA、2A转换开关。 14、200mA、2A励磁电流数值：可显示0～200mA、0～2A。 15、200mA电流调节：用来改变励磁电流大小。 16、2A电流调节：用来改变励磁电流大小。 17、电源开关：用来接通电源指示，使仪器工作。 18、点、线转换开关：用来转换点、线显示，打到“线”档即
径向速度分量。
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在图C中任取一点P，电子在该处是总会
沿着F与 v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v同Z ,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A1 间A2 的电压，从 而改变其间的场强来实现的。
RL
❖ 由此可得偏转量D与外加磁场B、加速电压U2 等的关系为
D lBL e 2mU2
实验中的外加横向磁场由一对载流线圈产生， 其大小为
B K0nI
由此有
D K0nIlL
e 2mU2
当励磁电流I（即外加磁场B）确定时，电子
束在横向磁场中的偏转量D与加速电压U2的平 方根成反比。
磁偏转灵敏度：SmD I K0nlL
6、VG电压指示：0～－80V。 7、VdX偏转电压调节：－80V～80V。 8、调零X：用来调节光点水平距离； 9、Vdy偏转电压调节：-80～80V。 10、 调零Y：用来调节光点上下距离。 11、偏转电压指示：用来显示VdX、Vdy数值。 12、VdX、Vdy转换开关：当打到VdX档调节偏转电压VdX，
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。
实验原理
一、示波管的基本结构及原理图：
电子枪
偏转板
HK
Y2
X2
荧
光
6.3V H
屏
UG G1 G2 A1 A2
Y1 X1
U1 U2 图a
HH—钨丝的热电极
A 1 —第一加速阳级 X1X2 —水平偏转板
K—阴极
G
—加速栅级
2
Y1Y2 —垂直偏转板
G 1—控制栅极 A 2 —第二加速阳级
HLD-EB-IV型电子束实验仪