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 Shenzhen lean-sigma consultant Co., LTD 版权所有 翻版必究 1/41 大学物理实验 实验目的: 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 。 大学物理实验 实验仪器: 实验仪器: ? EB-III型电子束实验仪 大学物理实验 实验原理: 实验原理: 1.示波管的基本结构 电子枪 偏转板 X2 荧 光 屏 2 X1 1 G 1 2 G 1 2 11 示波管的基本结构 大学物理实验 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。 大学物理实验 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。 大学物理实验 2.电子束的加速与电偏转 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 v2 e 0 - - - -- - Y b y ++ + ++ + l y Z y d l L b 1 mvz 2 = eV2 2 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。 大学物理实验 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 Sy = y bL = 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 大学物理实验 3.电子束的聚焦及强度 如图所示,发散的电子 束在聚焦极板中受电场力的 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 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 A A S B Z A2 A3 f f r Bf r′ f z f f′ z′ 大学物理实验 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。 大学物理实验 实验内容及步骤: 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。 大学物理实验 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 。 大学物理实验 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。 大学物理实验 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。 大学物理实验 思考题: 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? 大学物理实验 作业: 作业: 完成本次实验的数据处理,预习下一次实验内容。