电子束的偏转与聚焦研究

专

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究

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创

新

物理与电信工程学院

物理1202班

电子束的偏转与聚焦研究

姓名：杜超、雷钢、郝亚茹年级：物理1202 专业：物理学

指导老师：周平和

【摘要】：带电粒子在电场中受电场力的作用，在磁场中受磁场力的作用，其运动形态将发生变化。因此，人们可以利用电极形成的静电场实现电子束的偏转和聚焦，也可用电流形成的恒磁场实现电子束的偏转和聚焦，前者称为电偏转和电聚焦，后者称为磁偏转和磁聚焦。这是示波管和显像管的工作基础，而且还被广泛的用于扫描电子显微镜、回旋加速器、质谱仪等许多仪器设备的研制之中，带电粒子的电荷量与质量比值，称为荷质比，是带电微观粒子的基本参量之一，是研究物质结构的基础。本实验介绍用磁聚焦的方法测定电子荷质比。了解阴极射线管的构造与工作原理。研究带电粒子在电场和磁场中的运动规律，学习电聚焦和磁聚焦的基本原理和实验方法，掌握利用磁聚焦法测定电子荷质比的基本方法。

【关键字】：电偏转、磁偏转、电聚焦、磁聚焦、荷质比。

【正文】

一、阴极射线管的基本结构

示波器动态显示随时间变化的电压信号思路是将电压加在电极板上，极板间形成相应的变化电场，使进入这变化电场的电子运动情况相应地随时间变化，最后把电子运动的轨迹用荧光屏显示出来。示波器主要由示波管和复杂的电子线路

。

构成。示波器的基本结构见图1

图（1）示波器的基本结构

二、SJ-SS-2型电子束测试仪

本实验使用SJ-SS-2型电子束测试仪进行测量。实验前检查励磁电流电源开关应处于关闭状态，并把励磁电流调节旋钮逆时针旋到底，做好测量准备工作。仪器参数为：螺线管内的线圈匝数N=4160T ，螺线管的长度L=0.201m ，螺线管的直径D=0.0915m ，螺距（Y 偏转板至荧光屏距离）L=0.3m ；0μ为真空中的磁导率，

率，70410H/m μπ-=⨯

。实验操作过程中示波管亮度调节适中，以免影响寿命。

三、电偏转

1.实验原理

电偏转原理如图左，通常在

示波管的偏转板上加上偏转电压V ，

当加速后的电子以速度v 沿x 方向

进入偏转板后，受到偏转电场E （y

轴方向）的作用，电子的轨道发生偏移，假定偏转电场在偏转板l 范围内是均匀的，E=V/d （d 为偏转板之间的距离)，在x 方向电子不受力，以速度v 做匀速直线运动，在y 方向，电子做初速度为零的匀加速运动，由此可得电子的运动方程为 2

212eEx y mv

= （1.1.1） 此式表明电子在l 内的运动轨迹为一抛物线，在l 界线以外，电子做匀速直线运动。

设在进入偏转电场之前使电子加速的电压为V2，加速场对电子做的功全部

变为电子的动能，则有 2212

mv eV = 222mv eV = 代入式(1.1.1),得 224V y x V d

= （1.1.2） 电子离开偏转系统（x=l ）时，电子运动的轨道与x 轴所成的偏角的正切为 12tan 2x dy Vl dx V d

ϕ=== （1.1.3） 设偏转板的中心至萤光屏的距离为L ，电子在荧光屏上的偏离为S ，由于偏转板到荧光屏的距离远大于偏转板的长度，因而有 tan S L ϕ=

代入式（1.1.3），得 22VlL

S V d = （1.1.4）

由式（6.1.4）可知，荧光屏上电子束的偏转距离S 与偏转电压V 成正比，与加速电压2V 成反比。为了反应电偏转的灵敏程度，定义当偏转板上加单位电压时所引起的电子束在荧光屏上的位移为电偏转灵敏度

S V

δ=电 （1.1.5） 式中，δ电的单位为mm/V, δ电越大，电偏转的灵敏度越高。

2实验内容

(1)开启电源开关，将“电子束-荷质比”选择开关打向电字束位置，辉度适当调节，并调节聚焦，使屏上光点聚成一细点。

(2)光点调节，将X 偏转输出的两接线柱和电偏转电压表的两接线柱相连接，调节“X 调节”旋钮，使电压表的指示为零，在调节调零的X 旋钮，使光点位于示波管垂直的中线上。同X 调零一样，将Y 调零后，使光点位于示波管的中心原点。

(3)测量光点偏离中心位移量S 随偏转电压V （X 轴）变化：调节阳极电压旋钮，使阳极电压V2=900V 。将电偏转电压表接到电偏转水平电压输出的两接线柱，测量V 值和对应光点的位移量S 值，提高电偏转电压，每隔9V 测一组V,S 值，把数据一一记到表格中。然后调节V2=1200V ，重复上述步骤。

(4)作S-V 图，求出曲线斜率得电偏转灵敏度x δ值。 V2 S/mm

V

0 9 18 27 36 45 63 72 900v 0 4.1 7.5 12 15.1 18.9 23.5 27.4 1200v 0 3.1 5.5 8.4 11.6 14.2 17.6 20.4

该图曲线方程为：

0.3740.9375 y x

=+

由曲线斜率得X轴高压900V时电偏转灵敏度

x

δ值为

0.374.

该图曲线方程为：

0.280.65 y x

=+

由曲线斜率得X轴高压1200V时电偏转灵敏度

x

δ值为0.28.

(5)同X轴一样，只要把电偏转电压表改接到垂直偏转电压输出端，即可测

量Y轴S-V的变化规律。作S-V图，求出曲线斜率得电偏转灵敏度

x

δ值。

V2

S/mm

V

0 9 18 27 36 45 63 72 900v 0 7.1 13.6 19.6 25.4 31.3 38.2 44.7 1200v 0 4.3 9.1 13.9 18.3 23.2 27.8 33.4