示波管原理图
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实
验
八
电子束的线偏转与聚焦研究
实验目的 实验原理 实验仪器 实验方法与步骤 实验数据处理 注意事项 思考与练习
实验目的
1.了解示波管的基本结构和电偏转、电聚焦 的原理， 测量示波管的电偏转的灵敏度。 2.研究纵向不均匀电场对电子束的聚焦作用。3.了解 示波管中电子束的磁偏转原理，测绘示波管磁偏转量 随电流变化的曲线。 4.了解电子束在磁场中的螺旋运动情形及其聚焦原理， 观察磁聚焦的现象。通过磁聚焦原理测量电子的荷质 比。
实验原理
带电子粒子在电场、磁场中的运动规律在电子 技术领域具有广泛的应用。本实验将研究电子在电
场和磁场的偏转和聚焦运动。
一、示波管的基本结构： 本实验采用DS-ⅡA型电子束实验仪,实验仪上带有
8SJ45J型电子示波管,也就是示波器中的示波管。
示波管原理图
电子枪 H 6.3V H K
偏转板
Y2
X2
2eU 2 vZ m
即有
电子荷质比测量
可见电子在匀强磁场中运动时，具有相同的轴向速 度，但由于电子发射方向各异，导致径向速度不同。 h 因此他们在磁场中将作半径不同但螺距相同的螺线 运动，经过时间T后,在相同的地方聚焦。
图4－18－5
电子荷质比测量
调节磁场B的大小，使螺距正好等于电子束交叉点 到荧光屏的距离L,这时荧光屏上的光斑就汇聚成一
量。
仪器原理
在图C中任取一点P，电子在该处是总会沿着F与 之间的某一方向运动，分析不同的点同样可得出电子 v 的运动的轨迹如图c所示，达到电聚焦的作用。若轴向 分量 v Z 不同,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 A1 A 2 之间的电压，从而改变其间的场强来 实现的。
2 m Be
与
v
无关。故只
2 mv Z 整数 Be
要电子的轴向速度相同，经过 PvZT
周期后会聚焦于荧光屏上的一点，这就是磁聚焦。 电子作螺旋运动的螺距：
电子荷质比测量
从前面的谈论可知,电子的轴向速度 v Z 由加速电压 决定(电子离开阴极时的初速度相对来说很小,可以 忽略),固有
1 2 mvZ eU2 2
荧 光
UG G1 G2 A1 U1 U2 图a
A2
Y1 X1
屏
H H—钨丝的热电极 A1—第一加速阳极 Y1Y2—垂直偏转板
K—阴极 G1—栅极 G2—聚焦极 A2—第二加速阳级 X1X2—水平偏转板
DS-ⅡA型电子束实验仪
示波管
实验仪平视图
实验仪器面板
电压 显示
U2 U1 Us
电流 显示
Uy Ux
在X方向同理得
D lL Sx Ux 2dU 2
仪器原理
三、 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 A 1 的原理如下： 与第二加速
仪器原理
二、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。
电子在均匀电场内以 v
偏离位移。
0
从平行于板的方向进入电
0
场，在电场力的作用下,在y方向（垂直 v
方向）产生
仪器原理
2 l 1 2 eU eUl y at 2 2 md v 2 mv d 0 0 2
U——偏转电压 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（如图所示），故
l D 2
L eU v l ' v l ' md y ' 0 L tg L L v 2 v 2 x 0
l ' eUl L 2 2 mdv 0
仪器原理
l L' L 2
D eUlL 2 mdv 0
令 有 故
L d A
L
、
VX 图b VY
UlL D 2U 2 d
D
如果加速电压为U2
2 1m e U 2 v 则 0 2
仪器原理
示波管的Y方向电偏转灵敏度
：
D lLU 2 U d lL 2 S y U y U 2 dU 2
仪器原理 四：磁偏转系统： 1：偏转磁场的形成及其简化 在螺线管上通上恒定的电流，管内磁场 为匀强磁场，在其边缘部分发生畸变。可以 把管内作为匀强磁场，管外磁感应强度作为 零，达到简化的目的。 2：磁偏转原理： 电子以速度v沿z轴方向垂直B 运动，这 时电子作匀速圆周运动，到达磁场外不受洛 仑兹力，则以刚出磁场瞬间的速度作匀速直 线运动。
阳极 A 2 之间形成一个静电透镜,可解决上述问题。其作用
仪器原理
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 总路程时电子运动的轨
F P V 图C
Z
Z
迹简化形式。假定从第
一加速极出来的那些电 子具有相同的轴向分量 v
，但具有不同的径向速度分
显示参 量切换
示波管
激励 电流
仪器介绍
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。
仪器原理
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。
仪器原理
由于匀Βιβλιοθήκη Baidu圆周运动周期
T
验
八
电子束的线偏转与聚焦研究
实验目的 实验原理 实验仪器 实验方法与步骤 实验数据处理 注意事项 思考与练习
实验目的
1.了解示波管的基本结构和电偏转、电聚焦 的原理， 测量示波管的电偏转的灵敏度。 2.研究纵向不均匀电场对电子束的聚焦作用。3.了解 示波管中电子束的磁偏转原理，测绘示波管磁偏转量 随电流变化的曲线。 4.了解电子束在磁场中的螺旋运动情形及其聚焦原理， 观察磁聚焦的现象。通过磁聚焦原理测量电子的荷质 比。
实验原理
带电子粒子在电场、磁场中的运动规律在电子 技术领域具有广泛的应用。本实验将研究电子在电
场和磁场的偏转和聚焦运动。
一、示波管的基本结构： 本实验采用DS-ⅡA型电子束实验仪,实验仪上带有
8SJ45J型电子示波管,也就是示波器中的示波管。
示波管原理图
电子枪 H 6.3V H K
偏转板
Y2
X2
2eU 2 vZ m
即有
电子荷质比测量
可见电子在匀强磁场中运动时，具有相同的轴向速 度，但由于电子发射方向各异，导致径向速度不同。 h 因此他们在磁场中将作半径不同但螺距相同的螺线 运动，经过时间T后,在相同的地方聚焦。
图4－18－5
电子荷质比测量
调节磁场B的大小，使螺距正好等于电子束交叉点 到荧光屏的距离L,这时荧光屏上的光斑就汇聚成一
量。
仪器原理
在图C中任取一点P，电子在该处是总会沿着F与 之间的某一方向运动，分析不同的点同样可得出电子 v 的运动的轨迹如图c所示，达到电聚焦的作用。若轴向 分量 v Z 不同,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 A1 A 2 之间的电压，从而改变其间的场强来 实现的。
2 m Be
与
v
无关。故只
2 mv Z 整数 Be
要电子的轴向速度相同，经过 PvZT
周期后会聚焦于荧光屏上的一点，这就是磁聚焦。 电子作螺旋运动的螺距：
电子荷质比测量
从前面的谈论可知,电子的轴向速度 v Z 由加速电压 决定(电子离开阴极时的初速度相对来说很小,可以 忽略),固有
1 2 mvZ eU2 2
荧 光
UG G1 G2 A1 U1 U2 图a
A2
Y1 X1
屏
H H—钨丝的热电极 A1—第一加速阳极 Y1Y2—垂直偏转板
K—阴极 G1—栅极 G2—聚焦极 A2—第二加速阳级 X1X2—水平偏转板
DS-ⅡA型电子束实验仪
示波管
实验仪平视图
实验仪器面板
电压 显示
U2 U1 Us
电流 显示
Uy Ux
在X方向同理得
D lL Sx Ux 2dU 2
仪器原理
三、 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 A 1 的原理如下： 与第二加速
仪器原理
二、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。
电子在均匀电场内以 v
偏离位移。
0
从平行于板的方向进入电
0
场，在电场力的作用下,在y方向（垂直 v
方向）产生
仪器原理
2 l 1 2 eU eUl y at 2 2 md v 2 mv d 0 0 2
U——偏转电压 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（如图所示），故
l D 2
L eU v l ' v l ' md y ' 0 L tg L L v 2 v 2 x 0
l ' eUl L 2 2 mdv 0
仪器原理
l L' L 2
D eUlL 2 mdv 0
令 有 故
L d A
L
、
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如果加速电压为U2
2 1m e U 2 v 则 0 2
仪器原理
示波管的Y方向电偏转灵敏度
：
D lLU 2 U d lL 2 S y U y U 2 dU 2
仪器原理 四：磁偏转系统： 1：偏转磁场的形成及其简化 在螺线管上通上恒定的电流，管内磁场 为匀强磁场，在其边缘部分发生畸变。可以 把管内作为匀强磁场，管外磁感应强度作为 零，达到简化的目的。 2：磁偏转原理： 电子以速度v沿z轴方向垂直B 运动，这 时电子作匀速圆周运动，到达磁场外不受洛 仑兹力，则以刚出磁场瞬间的速度作匀速直 线运动。
阳极 A 2 之间形成一个静电透镜,可解决上述问题。其作用
仪器原理
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 总路程时电子运动的轨
F P V 图C
Z
Z
迹简化形式。假定从第
一加速极出来的那些电 子具有相同的轴向分量 v
，但具有不同的径向速度分
显示参 量切换
示波管
激励 电流
仪器介绍
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。
仪器原理
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。
仪器原理
由于匀Βιβλιοθήκη Baidu圆周运动周期
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