实验十二-电子束偏转与聚焦上课讲义
电子束的偏转与聚焦
实验14 电子束偏转、聚焦及电子荷质比的测定带电粒子在电场和磁场作用下的运动是电学组成的基础。
带电粒子通常包括质子、离子、和自由电子等，其中电子具有极大的荷质比和极高的运动速度。
因此，在各种分支学科中得到了极其广泛的应用。
众所周知，快速运动的电子会在阴极射线管的荧光屏上留下运动的痕迹，可以利用观察此光迹的方法来研究电子在电场和磁场中的运动规律。
辅以聚焦、偏转和强度控制等系统，可以使电子束在荧光屏上清晰地成象。
电子束的聚焦和偏转可以通过电场和磁场对电子的作用来实现，前者称为电聚焦和电偏转，后者称为磁聚焦和磁偏转。
通过磁聚焦可测出电子的电荷与质量比，即验证电子带电荷量，并证明电子的质量m e 。
实习一 电子束的电偏转与电聚焦【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--示波器的使用)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。
如图3-14-1所示，设两偏转板间距为d ，电压差为dy V ，可看做平行板电容器，则两板间的电场强度为：dy y V E d=（3-14-1） 电子所受电场力为： dy y y eV F eE d==（3-14-2）在同一点的垂直速度： 1dyy y zeV la t md νν==⋅（3-14-3）偏离z 轴的距离： 221111()()22dy y zeV ly a t md ν==⋅ （3-14-4）电子离开板右端时不再受电场力的作用，作匀速直线运动，到达屏上的垂直位移：图3-14-122dyy z zeV lL y t md ννν'==⋅⋅（3-14-5）电子在屏上的总位移 1222()2dy y z eV ll D y y t L md νν'=+==⋅+ （3-14-6） 令'2L lL +=，又因为电子在加速电压a V 的作用下，加速电场对电子所做的功全部转化为电子的动能，则有 a z eV mv =221 （3-14-7）将L 代入（3-14-6）式，并利用（3-14-7）式消去z v 后得电子束的垂直位移：2y dy alLD V dV =⋅ （3-14-8） 上式表明，偏转板的电压dy V 越大，屏上的光点的位移也越大，两者之间是线性关系。
电子束的偏转与聚焦实验报告
电子束的偏转与聚焦实验报告实验目的：本实验旨在通过对电子束的偏转与聚焦进行实验，探究电子束在磁场和电场的作用下的运动规律，以及了解电子束的聚焦效果。
实验仪器和材料：1. 电子束偏转与聚焦实验仪。
2. 电子枪。
3. 磁场调节装置。
4. 电场调节装置。
5. 示波器。
6. 直流电源。
7. 磁铁。
8. 透镜。
9. 电子束测量屏。
10. 电子束测量尺。
11. 实验台。
实验原理：电子束在磁场中的偏转原理，根据洛伦兹力的作用规律，电子束在磁场中受到的洛伦兹力会使其产生偏转运动，且偏转的程度与电子的速度、磁场强度和磁场方向有关。
电子束在电场中的聚焦原理，电子束在电场中会受到电场力的作用，根据电场力的方向和大小，可以调节电子束的聚焦效果，使其能够准确地聚焦在特定的位置上。
实验步骤：1. 将电子枪和磁场调节装置连接好，并设置合适的电压和磁场强度。
2. 调节示波器，观察电子束在磁场中的偏转情况，并记录相关数据。
3. 调节电场调节装置，观察电子束在电场中的聚焦效果，并记录相关数据。
4. 通过调节磁场和电场的参数，探究电子束的偏转和聚焦规律，并进行数据分析。
实验结果与分析：经过实验我们发现，当磁场强度增大时，电子束的偏转角度也随之增大；当电场强度增大时，电子束的聚焦效果也随之增强。
这与理论预期相符合，说明电子束在磁场和电场中的运动规律与理论模型相符。
结论：通过本次实验，我们深入了解了电子束在磁场和电场中的偏转与聚焦规律，实验结果与理论模型吻合，验证了电子束在外加电场和磁场作用下的运动规律。
同时，我们也了解到了电子束的偏转和聚焦对于电子束技术应用的重要性，为进一步研究和应用电子束技术提供了重要的实验基础。
总结：电子束的偏转与聚焦实验是一项重要的实验内容，通过本次实验，我们对电子束在磁场和电场中的运动规律有了更深入的了解，这对于电子束技术的研究和应用具有重要的意义。
希望通过今后的实验和研究，能够进一步探索电子束技术的潜力，为其在各个领域的应用提供更多的可能性。
电子束的偏转和聚焦现象实验报告
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。
电子束的偏转和聚焦现象实验报告
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。
1311电子束的偏转与聚焦
（5）
电子既在轴线方面作直线运动，又在垂直于轴线的平面内作圆周运动。它的轨道是一条螺旋线，其螺距用 表示，则有：
（6）
从（5）、（6）两式可以看出，电子运动的周期和螺距均与 无关。虽然各个点电子的径向速度不同，但由于轴向速度相同，由一点出发的电子束，经过一个周期以后，它们又会在距离出发点相距一个螺距的地方重新相遇，这就是磁聚焦的基本原理，由（6）式可得
（7）
长直螺线管的磁感应强度 ，可以由下式计算：
（8）
将（8）代入（7），可得电子荷质比为：
(9)
为真空中的磁导率 亨利/米
本仪器的其它参数如下：螺线管内的线圈匝数： 螺线管的长度： 螺线管的直径： 螺距（ 偏转板至荧光屏距离）
（2）
2．电子的磁偏转原理：
电子束进入长度为 的区域，有一个垂直于纸面向外的均匀磁场 ，由此引起的磁场力的大小为 ，而且它始终垂直于速度，此外，由于这个力所产生的加速度在每一瞬间都垂直于 ，此力的作用只是改变 的方向而不改变它的大小，即粒子以恒定的速率运动。电子在磁场力的影响下作圆周运动的向心加速为 ，半径 。电子离开磁场区域之后，重新沿一条直线运动，最后，电子束打在荧光屏上某一点，这一点相对于没有偏转的电子束的位置移动了一段距离。
电子束的偏转与聚焦
【实验目的】
1．了解带电粒子在电磁场中的运动规律，电子束的电偏转、磁偏转、磁聚焦的原理；
2．学习测量电子荷质比的一种方法。
【实验仪器】
型电子束实验仪
【实验电子枪里射出来的速度是vz，电子在电子枪里的加速电压是V2(阳极电压) （1）
已知偏转电位差和偏转板的尺寸，设距离为 的两个偏转板之间的电位差 ，偏转板的长度为l，偏转板到荧光屏的距离为L，则电子在荧光屏上偏转的位移D为：
电子束的偏转与聚焦现象
南昌大学物理实验报告学生姓名: 刘阳学号: 6110116158 专业班级: 电子165实验时间:第九周星期: 一座位号: 40电子束的偏转与聚焦现象一、实验目的1、了解示波管的构造和工作原理，分析电子束在匀强电场和匀强磁场作用下的偏转情况；2、学会使用数字万能表和聚焦法测量电子荷质比的方法。
二、实验原理1、示波管的结构示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A 1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。
灯丝H用6.3V交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。
K G A Y1SY2G U1KU2图12、电聚焦原理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的电压一般要比阴图2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。
3、电偏转原理在示波管中，电子从被加热的阴极K 逸出后，由于受到阳极电场的加速作用，使电子获得沿示波管轴向的动能。
大学物理实验电子束的偏转与聚焦实验报告
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。
实验2 电子束的磁偏转与磁聚焦--实验讲义
1大 学 物 理 实 验 报 告姓名： 专业班级：学 号： 指导老师： 组别：实验地点：070403 实验日期： 实验成绩：实验二 电子束的磁偏转与磁聚焦在近代科学技术应用中，带电粒子在电场和磁场中的运动，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（上次实验），后者称为磁聚焦和磁偏转（本次实验）。
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。
【实验目的】1. 学习示波管中电子束的磁偏转及磁聚焦原理，观察电子束在磁场中偏转和聚焦现象，加深对电子束在磁场中运动规律的认识。
2. 测定示波管磁偏转系统的灵敏度。
3. 通过磁聚焦原理测量电子的荷质比。
【实验仪器】DH4521电子束测试仪【实验原理】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。
（1）电子枪电子枪的详细结构如图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。
电极G 与2A 联在一起，两者相对于K 有约几百伏到几千伏的正电压。
它产生了一个很强的电场使电子沿电子枪轴线方向加速。
因此电极2A 对K 的电压又称加速电压。
用2U 表示。
而电极1A 对K 的电压1U 则与2U 不同。
由于K 与1A 、1A 与2A 之间电势不相等，因此使电子束在电极筒内的纵向速度和横向速度发生改变，适当地调整1U 和2U 的电压比例，可使电子束聚焦成很细的一束电子流，使打在荧光屏上形成很小的一个光斑。
电子束的偏转与聚焦现象
大学物理实验报告学生:___________ 学号:_______________ 专业班级:______________实验时间:_____时_____分第____周星期:______ 座位号:________电子束的偏转与聚焦现象一、实验目的1、了解示波管的构造和工作原理，分析电子束在匀强电场和匀强磁场作用下的偏转情况；2、学会使用数字万能表和聚焦法测量电子荷质比的方法。
二、实验原理1、示波管的结构示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。
灯丝H用6.3V交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。
KGA Y1SY2GU1KU2图1图22、电聚焦原理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。
电子束聚焦和偏转研究
电子束聚焦和偏转研究【实验目的】（1）研究电子在横向电场中的运动规律。
（2）研究电子在横向磁场中的运动规律。
（3）了解示波管的基本结构和工作原理。
【实验原理】1. 示波管实验中用到的主要仪器是示波管，图3.8.1是示波管的结构原理图。
示波管包括：波管的结构原理图3.8.1（1）电子枪，它发射电子，把这些电子加速到一定的速度并聚焦成电子束。
（2）由两对金属板组成的偏转系统，分别叫做X 偏转板和Y 偏转板。
（3）在示波管末端的荧光屏，在电子的轰击下可发出可见光，用来显示电子束的轰击点。
电子枪的结构如图3.8.2所示，自左至右分别是灯丝、阴极K 、控制栅极G 、第二栅极A '、 G A ' A 1 A 2 K 灯丝电子枪的结构图3.8.2第一阳极A 1和第二阳极A 2。
阴极表面涂有锶和钡的氧化物，阴极通过灯丝加热至1 200 K 时将会在其表面逸出自由电子（热电子）。
控制栅极G 的工作电位低于阴极电位约5～30 V ，只有那些能量足以克服这一电位产生的电场作用的电子才能穿过控制栅极。
因此，改变这个电位，便可以限制通过栅极的电子数量，即控制电子束的强度或屏上光点的亮度。
第二栅极A '和第二阳极A 2相连，它们对阴极的电位约为＋1 kV 左右，用于加速阴极发出的电子。
第一阳极A 1位于A '和A 2之间，它的工作电位V 1低于A '和A 2的工作电位V 2，A 1与A '、A 1与A 2间的电场构成电子透镜，它的作用是把从控制栅极G 发射出来的不同方向的电子聚集，选取适当的V 1、V 2值，使从控制栅极G 发射出来的不同方向的电子在荧光屏上聚集成一个小点。
通常将V 2固定，通过改变V 1实现聚集，所以A 1电极被称为聚焦电极，电子枪内各电极电位的高低顺序如下：G K 12V V V V <<<荧光屏 电子枪 阴极 第二阳极 第一阳极 垂直偏转板 水平偏转板第二栅极栅极偏转板上所加的电压为偏转电压，当电子束经过两板间时便会在偏转电场的作用下发生电偏转。
电子束线的偏转与聚焦研究pp龙岩学院
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。 2、电偏转的原理
电子在均匀电场内以 从平行于板的 方向进入电场，则在y方向（垂直 方向） 偏离位移：
HH—钨丝的热电极 —第一加速阳级 —水平偏转板
K—阴极 —加速栅级 —垂直偏转板
—控制栅极 —第二加速阳级
电子束线的偏转与聚焦研究pp龙岩学 院
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。
由于匀速圆周运动周期
与
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。
电子作螺旋运动的螺距：
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六：实验内容： 1：电子在横向电场作用下的偏转。 2：电子在纵向不均匀电场作用下的运动（电 聚焦）。 3：电子束的磁偏转。 4：电子在纵向磁场作用下的运动（电子螺旋 运动）。
及其聚焦原理，观察磁聚焦的现象。。
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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： 本实验采用电子示波管的型号是8SJ45J,
电子束实验讲义
电子在电磁场中运动规律的研究及示波器演示(DZS-E型电子束实验仪)实验讲义杭州精科仪器有限公司实验一、电子在电磁场中运动规律的研究【实验目的】1．了解带电粒子在电磁场中的运动规律，电子束的电偏转、电聚焦、磁偏转、磁聚焦的原理；2．学习测量电子荷质比的一种方法。
【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。
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A射出时在z方向上2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）此后，电子再通过偏转板之间的空间。
电子束实验讲义
电子在电磁场中运动规律的研究【实验目的】1、了解带电粒子在电磁场中的运动规律，电子束的电偏转、电聚焦、磁偏转、磁聚焦的原理；2、学习测量电子荷质比的一种方法。
【实验原理】1、示波管的简单介绍：示波管结构如图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。
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） 此后，电子再通过偏转板之间的空间。
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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。
电子作螺旋运动的螺距：
hvZT
2mvZ
Be
六. 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
即有
1 2
mvZ 2
eU2
vZ
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
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。
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。
实验十二-电子束偏转与聚焦
HLD-EB-IV型电子束实验仪
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
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
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 evzB
❖ 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
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
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
径向速度分量。
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。
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。
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，
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。
2eU 2 m
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。因此他们在磁场中将作半径不同但螺距相同的
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。
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
e D lBL
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
DK0nIlL
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
2
y1 2a2t2emUdvl0
eU2 l 2m0vd
U ——偏
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