Transcript 实验10 电子束的电偏转和电聚焦

实验3.4电子束的电偏转和电聚焦
实验目的
实验仪器
实验原理
实验内容和步骤
思考题
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大学物理实验
实验目的：
1.了解示波管的基本结构和各部分功能 。
2.学习示波管的电偏转原理，测量示波
管的电偏转灵敏度 。
3.了解静电透镜系统对电子束的聚焦成
像的控制作用 。
4.测量聚焦条件，观察加速电压对截止
栅压大小的影响 。
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实验仪器：
• EB-III型电子束实验仪
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实验原理：
1.示波管的基本结构
偏转板
电子枪
X2
Y2
W
A3
K
G
R1
R2
X1
Y1
A1 A2
玻璃壳
聚
焦
辉
度
荧
G
R3
图11 示波管的基本结构
光
屏
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示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组
成，其中电子枪是示波管的核心部分,它由阴极K、
栅极G、第一加速阳极A1 ，聚焦电极A2和第二加速阳
极A3 等同轴金属圆筒（筒内膜片的中心有限制小孔）
组成。
电子从出发后，经栅极G（－5V～－30V ）筛
选，由第一加速阳极A1 （约1300V）加速，由聚焦
电极A2聚焦成很细的电子束，并由第二加速阳极A3
加速后从电子枪射出。
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偏转系统由两对偏转板组成。加有电位差的
偏转板产生横向电场，使通过它们之间的电子束
向侧面偏转。
荧光屏是示波管前端涂有一层荧光粉的玻璃
屏，它用以显示电子束打在示波管端面的位置。
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Y
2.电子束的加速与电偏转
b
y
电子动能的增量等于它在加速
电场中势能的减少，所以有能
量关系式
1
mvz 2  eV2
2
l
++ + ++ +
y
y
v2
e 0
b
d
- - - -- -
Z
l
L
图2
电子束的电偏转
若偏转板间不加电压，电子将以速度υZ作匀速直线运动，最
后打在荧光屏的中心（假定电子枪瞄准了中心）形成一个小亮
点。但是如果偏转板之间加有电压，受电场力的作用，通过偏
转板间的电子运动方向将发生偏转。
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垂直位移y随偏转电压Udy的增加而增大，两
者是线性关系。定义单位偏转电压Udy所引起的电
子束在荧光屏上的位移y为示波管的电偏转灵敏度
Ｓy，即
y
bL
Sy 

U dy 2dV2
同理，对Ｘ轴偏转板也有相应的电偏转灵敏度，即
Sx 
x
bL

U dx 2dV2
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3.电子束的聚焦及强度
A2
A3
如图所示，发散的电子
束在聚焦极板中受电场力的
A
B
Z
S
作用而汇聚，在后半段发散，
但电子在聚焦极板中始终受
到电场力的加速作用，因此
A
f
f
z
f
Bf
r′
r
在前半段停留时间远大于在
后半段停留的时间，因此可
以起到聚焦的作用。
图3 静电透镜
f
f′
z′
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事实上，图3中A2两端的电场皆有聚焦作用，是两
个静电透镜的组合，即A1和A2之间以及A2和A3之间
形成的电场共同作用，使电子束实现聚焦。并且
聚焦程度的好坏主要取决于聚焦电压V1（即A2与
Ｋ之间电位差）和加速电压V2（即加速电极A1 A3
与K之间电位差）的大小。
令 n
V2
V1
当n=2（第一聚焦条件）或n=0.58（第二聚焦
条件）时聚焦条件最好。
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实验内容及步骤：
测量不同加速电压“UA”时（至少三组）的D – UdX直线。（加
速电压“UA” 和X偏转电压“UdX”从仪器面板右上角的“电压电
流显示”数字表中分别读出；D为电子束的偏转距离，从坐标
板刻度盘上读出，坐标板最小刻度为1mm，每格为5mm。）并将
数据填入下表，计算偏转灵敏度。
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改变加速电压“UA”和聚焦电压“UF”，调节适当的栅极电压
“UG”（调节栅极电压之后，加速电压和聚焦电压也会有变化，
因此应再次细调高压，使高压达到需要的值。），再使示波
管屏上光点聚成一个细点，记录此时的加速电压“UA”和聚焦
电压“UF”。将所测数据填入下表，并计算出聚焦条件 。
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注意事项：
1.仪器面板中部的“高压保护指示灯”为高压保护
指示。如果灯泡亮，则表明仪器内部电源高压部
分出现故障，请立即关闭仪器电源，检查电源高
压部分并进行维修。
2.由于示波管电源电压高达1200伏左右，操作者应
特别注意安全。
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3.调节聚焦电压时，观察光点，使之会聚到最佳状
态，但光点不宜太亮，以免难于判断是否聚焦最
好。
4.调节栅极电压之后，加速电压和聚焦电压也会有
变化，因此应再次细调高压，使高压达到需要的
值。
5.实验完毕后，关掉电源，不要立即拆除线路，要
等电容器放电完毕后再拆除线路。
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思考题：
1.示波管主要是由哪几部分组成的 各部分的功能
是什么?
2.示波管的亮度变化为什么会影响聚焦？
3.电场聚焦的条件是什么？
4.电偏转灵敏度与哪些因素有关?
5.偏转量的大小改变时，光点的聚焦是否改变？
为什么？
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作业：
完成本次实验的数据处理，预习下一次实验内容。