电子束的偏转与聚焦

电子束实验仪使用说明书实验参考讲义［实验目的］1、掌握用外加电场、磁场使电子束聚焦与偏转的原理和方法,加深对电子在电场、磁场中运动规律的理解。

2、测量电子的荷质比e/m ［实验原理］(一）电子束的电聚焦1、电子在纵向不均匀电场作用下的运动电子在示波管中的加速和聚焦等工作靠电子枪来实现，电子枪的内部构造见图二所示:从阴极K 发射的电子在加速电场作用下,通过控制栅极G 小孔后，电子束散开，为了在屏上得到一个又亮又小的会聚光点必须把散开的电子束会聚起来。

为此我们在控制栅前面设置了A 1和A 2两个阳极，它们分别称为第一阳极和第二阳极。

它们构成由相邻的圆筒组成的聚焦系统，在A 1、A 2上分别相对阴极K 加上不同的电压V 1、V 2，当V 2≠V 1时在V 1和V 2之间会形成纵向不均匀电场，该电场对Z 轴是对称分布的。

电子束中某个散离轴线的电子沿轨道进入聚焦电场，在电场的前半区，F可分解为垂直指向轴线的分力T F 与平行于轴线的分力F //。

T F 的作用使电子向Z 轴靠拢（或远离)，F //的作用使电子沿Z 轴方向得到加速。

在电场的后半区，电子受到的电场力F可分解为相应的F ’T 和F ’//两个分量.F ’//仍使电子沿Z 轴方向加速，而F'T 却使电子远离（或靠拢）轴线，但因为在整个电场区域里电子都受到同方向的沿Z 轴的作用力F //和F'//的作用,电子在后半区的轴向速度比在前半区的大得多，因此电子在后半区停留的时间比在前半区停留的时间短，所以受的作用时间也短得多，这样电子只要在前半区受到的拉向轴线得作用与后半区受到的离开轴线的作用配合得当，总的效果是就可使电子到达屏上时恰好聚于一点。

适当调节A1和A2上的电压比值改变电极间的电场分布,可使所有散离电子都汇集成为很细的电子束打到荧光屏上，看到一个小亮点,实现电子束的电聚焦。

因此只要找到电子枪的加速电压V 2和聚焦电压V 1之间的适当组合，都可以使电子束在荧光屏上聚焦。

实验19 电子束偏转实验一、预习思考题1.电子束在磁场作用下的运动轨迹是怎样的？2.利用电子束的偏转可以测量哪些物理量？二、实验目的1、了解示波管的结构；2、了解电子束发生电偏转、电聚焦、磁偏转、磁聚焦的原理；3、掌握一种测量荷质比的方法。

三、实验器材LB-EB3型电子束实验仪控制面板如图19-1所示。

利用电压指示选择档，可以实时通过示波管电压显示窗口观察记录相应的电压值并可通过三个电压调节旋钮随时调节相应的电压值。

电压输出用于给螺线管供电，其连接极性为：红——红，黑——黑。

同时通过电压调节旋钮对其电压进行调解。

交直流开关用于直流和交流的切换，X,Y 换向开关用于换档显示X 、Y 偏转电压。

四、实验原理测量物理学方面的一些常数（例如光在真空中的速度c,阿伏加德罗常数N ，电子电荷e,电子的静止质量m ）是物理学实验的重要任务之一，而且测量的精确度往往会影响物理学的进一步发展和一些重要的新发现。

本实验将通过较为简单的方法，对电子e/m 进行测量。

1.电子束实验仪的结构原理电子束实验仪的工作原理与示波管相同，它包括抽成真空的玻璃外壳、电子枪、偏转系统与荧光屏四个部分。

电 源电流输出+-YXV G 调节电流调节V A2调节V A1调节示波管电压励 磁 电 流偏 转 电 压交 流Y 偏转Y 调零X 偏转X 调零直 流电 子 束（荷 质 比）实 验 仪南 京 浪 博 科 教 仪 器 研 究 所LB-EB3图19-1图19-2（1）电子枪电子枪的详细结构如图19-2所示。

电子源是阴极，它是一只金属圆柱筒，里面装有一根加热用的钨丝，两者之间用陶瓷套管绝缘。

当灯丝通电（6.3伏交流）被加热到一定温度时，将会在阴极材料表面空间逸出自由电子（热电子）。

与阴极同轴布置有四个圆筒的电极，它们是各自带有小圆孔的隔板。

电极G称为栅极，它的工作电位相对于阴极大约是5-20V的负电位，它产生一个电场是要把从阴极发射出的电子推回到阴极去，只有那些能量足以克服这一阻止电场作用的电子才能穿过控制栅极。

电视显像管是早期电视机和显示器中使用的一种技术，其原理基于电子束的偏转和荧光粉的发光。

下面是一个简化的电视显像管工作原理概述：1. 构造：- 电视显像管由玻璃外壳、电子枪（包括灯丝、阴极、栅极、加速极、聚焦极和高压阳极）和荧光屏组成。

- 玻璃外壳内壁涂有反射层以提高亮度。

2. 电子发射：- 灯丝加热阴极，使其释放电子。

- 栅极通过控制电压来调节电子的数量。

3. 电子加速与聚焦：- 加速极和聚焦极施加电压，使电子束加速并保持焦点清晰。

4. 电子束偏转：- 垂直偏转板和水平偏转板在交流电压作用下产生交变电场，从而使得电子束在垂直方向和水平方向上运动。

- 这种偏转使得电子束可以在荧光屏上形成动态图像。

5. 荧光屏上的图像形成：- 当电子束打到荧光屏上的荧光粉时，荧光粉会发出可见光，形成一个亮点。

- 通过精确地控制电子束的位置，可以创建出一系列的亮点，这些亮点组合起来就形成了图像。

6. 彩色显示：- 彩色电视显像管的荧光屏上有红、绿、蓝三种颜色的荧光粉组成的像素。

- 通过改变电子束的强度，就可以改变每种颜色的亮度，从而合成各种颜色。

7. 扫描过程：- 为了生成连续的画面，电子束需要按照一定的顺序和速度“扫描”整个荧光屏。

- 扫描通常分为行扫描（水平方向）和帧扫描（垂直方向），行扫描频率约为15,750Hz，帧扫描频率约为60Hz（PAL制式）或59.94Hz（NTSC制式）。

8. 信号处理：- 显像管的工作受到外部视频信号的控制，该信号包含了图像的信息。

- 视频信号被解码并转换为控制电子束偏转的电压，从而将图像信息转化为实际的图像。

这就是高中物理中的电视显像管工作原理的基本介绍。

随着液晶显示技术（LCD）、等离子显示技术（PDP）以及有机发光二极管显示技术（OLED）的发展，电视显像管已经逐渐被淘汰，但其基本原理仍然适用于其他类型的显示技术。

电子束的偏转实验报告篇一：电子束偏转实验报告篇一：电子束的偏转实验报告实验题目：电子束线的偏转实验目的 1. 研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律； 2. 了解电子束管的结构和原理。

仪器和用具实验原理 1．电子束在电场中的偏转假定由阴极发射出的电子其平均初速近似为零，在阳极电压作用下，沿z方向作加速运动，则其最后速度vz可根据功能原理求出来，即eua?移项后得到 vz? 2 12mvz 2 2eua （c.11.1） m e 式中ua为加速阳极相对于阴极的电势，为电子的电荷与质量之比（简称比荷，又称荷 m 质比）．如果在垂直于z轴的y方向上设置一个匀强电场，那么以vz速度飞行的电子将在y方向上发生偏转，如图c.11.l所示．若偏转电场由一个平行板电容器构成，板间距离为d，极间电势差为u，则电子在电容器中所受到的偏转力为fy?ee? eu （c.11.2） d ??根据牛顿定律 fy?m?y??因此 ?y eu d eu （c.11.3） md 即电子在电容器的y方向上作匀加速运动，而在z方向上作匀速运动，电子横越电容器的时间为 t? l （c.11.4） vz 当电子飞出电容器后，由于受到的合外力近似为零，于是电子几乎作匀速直线运动，一直打到荧光屏上，如图c.11.l里的f点．整理以上各式可得到电子偏离z轴的距离 n?ke u （c.11.5） ua ll?l? 1??? 2d?2l? 式中ke? 是一个与偏转系统的几何尺寸有关的常量．所以电场偏转的特点是：电子束线偏离z轴（即荧光屏中心）的距离与偏转板两端的电压成正比，与加速极的加速电压成反比． 2．电子束在磁场中的偏转如果在垂直于z轴的x方向上设置一个由亥姆霍兹线圈所产生的恒定均匀磁场，那么以速度vz飞越的电子在y方向上也将发生偏转，如图c.11.2所示．假定使电子偏转的磁场在l范围内均匀分布，则电子受到的洛伦兹力大小不变，方向与速度垂直，因而电子作匀速圆周运动，洛伦兹力就是向心力，所以电子旋转的半径r? mvz （c.11.6） eb 当电子飞到a点时将沿着切线方向飞出，直射荧光屏，由于磁场由亥姆霍兹线圈产生，因此磁场强度b?ki （c.11.7）式中k是与线圈半径等有关的常量，i为通过线圈的电流值．将（c.11.1）、（c.11.7）式代人（c.11.6）式，再根据图c.11.2的几何关系加以整理和化简，可得到电于偏离z轴的距离n?km i （c.11.8） a llk?l?e 1? ??2?2l?m 式中km? 也是一个与偏转系统几何尺寸有关的常量．所以磁场偏转的特点是：电子束的偏转距离与加速电压的平方根成反比，与偏转电流成正比． 1 2 3 22 电子管内部线路图实验内容 1、研究和验证示波管中电场偏转的规律。