实验十一电子束电偏转与电聚焦

关于实验十一电子束电偏转与电聚焦实验目的：

1.了解示波管的基本结构和原理。

2.研究带电粒子在电场中偏转的规律。

3.研究带电粒子在电场中聚焦的规律。

仪器和用具：

HLD-EB-IV型电子束实验仪

第2页,共21页，2024年2月25日，星期天HLD-EB-IV型电子束实验仪第3页,共21页，2024年2月25日，星期天1、加速电压Vk：改变电子束的加速电压的大小2、Vk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。第4页,共21页，2024年2月25日，星期天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，表头即可显示；当打到VdY档调节偏转电压VdY，表头即可显示。第5页,共21页，2024年2月25日，星期天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：用来改变偏转线圈励磁电流大小。16、2A电流调节：用来改变聚焦长直螺线管励磁电流大小。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”档即可出现一条横线。第6页,共21页，2024年2月25日，星期天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。第7页,共21页，2024年2月25日，星期天

HH—钨丝的热电极K—阴极—控制栅极

—第一加速阳极—加速栅极—第二加速阳极

—水平偏转板—垂直偏转板实验原理一、示波管的基本结构及原理图：第8页,共21页，2024年2月25日，星期天

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。第9页,共21页，2024年2月25日，星期天二、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与第二加速阳极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：第10页,共21页，2024年2月25日，星期天

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，但具有不同的径向速度分量。第11页,共21页，2024年2月25日，星期天

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之间的电压，从而改变其间的场强来实现的。第12页,共21页，2024年2月25日，星期天三、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（垂直方向）产生偏离位移。第13页,共21页，2024年2月25日，星期天

——偏转电压（平行板间电位差）——板间距离——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

第14页,共21页，2024年2月25日，星期天令有

如果加速电压为U2

则故示波管的Y方向电偏转灵敏度：在X方向同理得第15页,共21页，2024年2月25日，星期天六：实验内容：

（一）电子束的电聚焦和辉度控制1、将示波管插入仪器左边的后靠背，将坐标板放入示波管与光屏前面，接通电源。2、将VdX、Vdy转换开关打到VdX档，调节Vdx旋钮，进行偏转电压调零。3、将VdX、Vdy转换开关打到VdY档，调节VdY旋钮，进行偏转电压调零。第16页,共21页，2024年2月25日，星期天4、示波管将显示出一个亮点，如果没有显示将栅极电压亮度稍微调高一点，然后调节调零电位器X、Y，使示波管荧屏显示出一个亮点调为中心。5、第一聚焦调节条件：V1<V2,检验第一聚焦条件，改变V1和VK，使荧光屏上亮点达到最佳聚焦状态，测量V1和V2。6、加速电压对亮度的影响，将栅极电压调到适当位置，改变加速电压观察示波管荧屏上亮度的变化。第17页,共21页，2024年2月25日，星期天（二）电子束电偏转实验1、在电聚焦实验基础上开始实验。2、调节加速电压为1000V，调节聚焦电压，使示波管荧屏亮点聚焦。将VdX、Vdy转换开关打到VdX档，调节Vdx旋钮，看示波管亮点，以每一大格（5mm）记录一次偏转电压VdX的数值，做D与V曲线，进行分析。3、调节加速电压为1000V，调节聚焦电压，使示波管荧屏亮点聚焦。将VdX、Vdy转换开关打到VdY档，调节VdY旋钮，看示波管亮点，以每一大格(5mm)记录一次偏转电压VdY的数值，做D与V曲线。4、比较X方向和Y方向的电偏转灵敏度（并分析原因）。第18页,共21页，2024年2月25日，星期天[注意事项]1．本仪器使用时，周围应无其他强磁场及铁磁物质，仪器应南北方向放置以减小地磁场对测量精度的影响。2．螺线管不要长时间通以大电流，以免线圈过热。3．改变加速电压后，亮点的亮度会改变，应重新调节亮度，勿使亮点过亮，一则容易损坏荧光屏，同时亮点过亮，聚焦好坏也不易判断，调节亮度后，加速电压值也可能有了变化，再调到规定的电压值即可。第19页,共21页，2024年2月25日，星期天实验指导一：实验操作技巧：本实验采用套装仪器，故只要将有关原理弄清楚,再熟悉仪器的有关操作,知道实验操作