关于磁偏转与静电偏转之比较
CRT显示原理
1、CRT显示的基本原理
电场或磁场把阴极发射的电子聚成束，同时控制其运动方 向，依次轰击不同部位的荧光粉使之发光。我们所看到的显 示图像就是把加在电子枪栅极或阴极上的随时间变化的视频 电信号变成荧光屏上按空间分布的亮度随电信号强弱而变化 的相应光信号，从而得到与原被摄景物几何相似明暗对应的 适合人眼视觉特性要求的光学图像。
而不受荧光粉极限电位的影响；二是铝膜的镜面反射，有使荧光屏所发的向管内的光线反射 于观察者—侧的作用。
●改善对比度： 荧光屏发的光向管内方向的部分会从管子内壁等处反射回到荧光屏上，使
对比度大面积恶化；铝层的反射作用，正好可以防止这一点。
●防止荧光焊出现离子斑： 因为铝层能有效的阻挡管内负离子对荧光屏粉层的轰击。
调制极（M）
阴极（K）
C
加速极（A）
◆聚焦系统（主聚焦透镜）
电子枪聚焦系统的作用是使电子会聚成细束，并将交叉截面成像在荧光屏面上， 在屏幕上形成一个清晰明亮的小光点。根据聚焦系统的结构设计不同，可以把电 子枪分为双电位电子枪和单电位电子枪。
①双电位电子枪
调制极（M） 阴极（K）
加速极 （A1）
聚焦极 （A2）
聚焦极 （A3）
0V 120V
0~400V 12~14KV
高压阳极 （A4）
其中K、M、Al仍构成发射系统，同双电位电子枪不同的是 A1与 A2之间构成了预聚焦透镜，A2与A4同电位，都处于显像管最高电位。 A3是聚焦电极。A2、A3、A4三者构成了主聚焦透镜。
■偏转系统与电子扫描
◆偏转系统
①静电偏转系统
二次电子发射比
发射出来的二次电子与入射电子的数量之比。
电子束的电偏转与磁偏转
电子束的电偏转与磁偏转【实验原理】1、电子示波管实验中所采用的电子示波管型号是8SJ45J，就是示波器中的示波管。
通常用在雷达中。
它的工作原理与电视显像管非常相似，这种管子又名阴极射线管（CRT）或者电子束示波管。
在近代科学技术许多领域中都要用到，是一种非常有用的电子器件。
电子示波管的构造如图1所示。
包括下面几个部分：G2A2V2KV1A1G1（1）电子枪，它的作用是发射电子，把它加速到一定的速度并聚成一细束；（2）偏转系统，由两对平板电板构成，一对上下放置的叫Y轴偏转板或垂直偏转板，另一对左右放置的是X轴偏转板或水平偏转板；（3）荧光屏，用以显示电子束打在示波管端面的位置。
所有这几部分都密封在一只玻璃外壳中，玻璃管壳内抽成高度真空，以避免电子与空气分子发生碰撞引起电子束的散射。
电子源是阴极，图1中用字母K表示。
它是一只金属圆柱筒，里面装有一根加热用的钨丝，两者之间用陶瓷套管绝缘。
当灯丝通电时（6.3伏交流电）把阴极加热到很高温度，在圆柱筒端部涂有钡和锶的氧化物，这种材料中的电子由于加热得到足够的能量会逸出表面，并能在阴极周围空间自由运动，这种过程叫热电子发射。
与阴极共轴布置着四个圆筒状电极，其中有几个中间带有小孔的隔板。
电极G1称为控制栅，正常工作时加有相当于阴极K大约0~30伏的负电压，它产生一个电场是要把阴极发射出来的电子推回到阴极去。
改变控制栅极的电位可以限制穿过G上小孔出去的电子数目，从而控制电子束的强度。
8SJ45J示波管的电极G2与A2联一起，现称之为加速电极A2，两者相当于K加有同一电压V2，一般约有几百伏到几千伏的正电压。
它产生一个很强的电场使电子沿电子枪轴线方向加速。
8SJ45J示波管的电极A1为聚焦电极，在正常使用情况下具有电位V1（相当于K），大小介于K和A2的电位之间。
在G2和A1之间以及A1和A2之间形成的电场把电子束聚焦成很细的电子流，使它打在荧光屏上形成很小的一个光点。
第一章 专题强化4 带电粒子在组合场中的运动
带电粒子在组合场中的运动[学习目标] 1.进一步掌握带电粒子在电场、磁场中运动的特点及分析方法.2.掌握带电粒子在组合场中运动问题的分析方法.3.会根据电场知识和磁场知识分析带电粒子在组合场中的运动规律．组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或者电场、磁场分时间段在同一区域或不同区域交替出现．1．解决带电粒子在组合场中的运动所需知识2．“电偏转”与“磁偏转”的比较电偏转磁偏转偏转条件只受恒定的静电力F＝qEv⊥E进入匀强电场只受大小恒定的洛伦兹力F＝q v Bv⊥B进入匀强磁场运动轨迹抛物线圆弧求解方法利用类平抛运动的规律x＝v0t，y＝12at2，a＝qEm，tan θ＝atv0利用牛顿第二定律、向心力公式有r＝m vqB，T＝2πmqB，t＝θT2π一、由电场进入磁场例1 (多选)一带负电粒子的质量为m 、电荷量为q ，空间中一平行板电容器两极板S 1、S 2间的电压为U .将此粒子在靠近极板S 1的A 处无初速度释放，经电场加速后，经O 点进入磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向里的有界匀强磁场(右边界平行于S 2)，图中虚线Ox 垂直于极板S 2，当粒子从P 点离开磁场时，其速度方向与Ox 方向的夹角θ＝60°，如图所示，整个装置处于真空中，不计粒子所受重力，则( )A ．极板S 1带正电B ．粒子到达O 点的速度大小为2qUmC ．此粒子在磁场中运动的时间t ＝πm3qBD ．若改变右侧磁场(左边界位置不变)宽度，使粒子经过O 点后恰好不能从右侧离开该有界磁场，则该有界磁场区域的宽度d ＝Um qB 2答案 BC解析 带负电粒子向右加速运动，所受静电力向右，场强向左，说明极板S 1带负电，故A 错误；设粒子到达O 点的速度大小为v ，由动能定理可得Uq ＝12m v 2，解得v ＝2qUm，故B 正确；由几何关系可知粒子运动的圆心角为θ＝60°＝π3，此粒子在磁场中运动的时间t ＝16T ＝16×2πm Bq ＝πm3qB，故C 正确；若改变右侧磁场(左边界位置不变)宽度，使粒子经过O 点后恰好不能从右侧离开该有界磁场，画出临界轨迹如图所示，洛伦兹力提供向心力，有Bq v ＝m v 2R把B 选项中求得的速度大小代入可得R ＝2UmqB 2， 则该有界磁场区域的宽度d ＝R ＝2UmqB 2，故D 错误． 例2 如图所示，在平面直角坐标系xOy 内，第Ⅱ、Ⅲ象限内存在沿y 轴正方向的匀强电场，第Ⅰ、Ⅳ象限内存在半径为L 的圆形匀强磁场，磁场圆心在M (L ，0)点，磁场方向垂直于坐标平面向外．一带正电粒子从第Ⅲ象限中的Q (－2L ，－L )点以速度v 0沿x 轴正方向射入电场，恰好从坐标原点O 进入磁场，从P (2L ，0)点射出磁场，不计粒子重力，求：(1)电场强度与磁感应强度大小的比值； (2)粒子在磁场与电场中运动时间的比值． 答案 (1)v 02 (2)π4解析 (1)粒子的运动轨迹如图所示，设粒子的质量和所带电荷量分别为m 和q ，粒子在匀强电场中运动，由类平抛运动规律及牛顿运动定律得，2L ＝v 0t 1，L ＝12at 12，qE ＝ma联立解得E ＝m v 022qL粒子到达O 点时沿＋y 方向的分速度为v y ＝at 1＝v 0，tan α＝v yv 0＝1，故α＝45°.粒子在磁场中的速度为v ＝2v 0.粒子所受洛伦兹力提供向心力， 则Bq v ＝m v 2r ，由几何关系得r ＝2L联立解得B ＝m v 0qL ，则E B ＝v 02；(2)粒子在磁场中运动的周期为T ＝2πr v ，粒子在磁场中运动的时间为t 2＝14T ＝πL2v 0，粒子在电场中运动的时间为t 1＝2Lv 0，解得t 2t 1＝π4.从电场射出的末速度是进入磁场的初速度，要特别注意求解进入磁场时速度的大小和方向，这是正确求解的关键． 二、从磁场进入电场例3 如图所示，在平面直角坐标系xOy 的第一象限内有竖直向上的匀强电场，圆心O 1在x 轴上，半径为R 且过坐标原点O ，圆内有垂直纸面向外的匀强磁场(图中未画出)．一质量为m ，带电荷量为q 的正粒子从圆上P 点正对圆心O 1以速度v 0射入磁场，从坐标原点O 离开磁场，接着又恰好经过第一象限的Q (a ，b )点，已知PO 1与x 轴负方向成θ角，不计粒子重力，求：(1)匀强电场的电场强度E 及匀强磁场的磁感应强度B 的大小； (2)粒子从P 运动到Q 的时间．答案 (1)2mb v 02a 2q m v 0Rq tan θ2 (2)θR v 0tanθ2＋av 0解析 (1)设粒子在磁场中做圆周运动的半径为r ， 由几何关系得r tan θ2＝R又q v 0B ＝m v 02r故B ＝m v 0Rq tan θ2粒子从O 到Q 做类平抛运动，设运动时间为t 2， a ＝v 0t 2则t 2＝a v 0，b ＝12·qE m ·t 22故E ＝2mb v 02a 2q(2)粒子在磁场中运动的时间t 1＝θ2π·2πr v 0＝θr v 0＝θRv 0tanθ2则粒子从P 运动到Q 的时间为t ＝t 1＋t 2＝θR v 0tanθ2＋av 0.三、多次进出电场和磁场例4 如图所示的xOy 坐标系，在第二象限内有水平向右的匀强电场，在第一、第四象限内分别存在匀强磁场，磁感应强度大小相等，方向如图所示．现有一个质量为m 、电荷量为＋q 的带电粒子在该平面内从x 轴上的P 点，以垂直于x 轴的初速度v 0进入匀强电场，恰好经过y 轴上的Q 点且与y 轴成45°角射出电场，再经过一段时间又恰好垂直于x 轴进入第四象限的磁场．已知O 、P 之间的距离为d ，不计粒子的重力．求：(1)O 点到Q 点的距离； (2)磁感应强度B 的大小；(3)带电粒子自进入电场至在磁场中第二次经过x 轴所用的时间． 答案 (1)2d (2)m v 02qd (3)(7π＋4)d 2v 0解析 (1)设Q 点的纵坐标为h ，粒子到达Q 点的水平分速度为v x ，从P 到Q 受到的恒定的静电力与初速度方向垂直，则粒子在电场中做类平抛运动，则由类平抛运动的规律可知，h ＝v 0t 1水平方向匀加速直线运动的平均速度v ＝0＋v x2，则d ＝v x t 12根据速度的矢量合成知tan 45°＝v xv 0解得h ＝2d .(2)粒子运动轨迹如图所示，由几何知识可得，粒子在磁场中的运动半径R ＝22d由牛顿第二定律得q v B ＝m v 2R ，由(1)可知v ＝v 0cos 45°＝2v 0联立解得B ＝m v 02qd.(3)粒子在电场中的运动时间为t 1＝2dv 0粒子在磁场中的运动周期为T ＝2πR v ＝4πdv 0粒子在第一象限中的运动时间为t 2＝135°360°·T ＝38T粒子在第四象限内的运动时间为t 3＝T2故带电粒子自进入电场至在磁场中第二次经过x 轴所用的时间为t ＝t 1＋t 2＋t 3＝(7π＋4)d2v 0.1．(2020·全国卷Ⅱ)CT 扫描是计算机X 射线断层扫描技术的简称，CT 扫描机可用于对多种病情的探测．图(a)是某种CT 机主要部分的剖面图，其中X 射线产生部分的示意图如图(b)所示．图(b)中M 、N 之间有一电子束的加速电场，虚线框内有匀强偏转磁场；经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到靶上，产生X 射线(如图中带箭头的虚线所示)；将电子束打到靶上的点记为P 点，则( )A ．M 处的电势高于N 处的电势B ．增大M 、N 之间的加速电压可使P 点左移C ．偏转磁场的方向垂直于纸面向外D ．增大偏转磁场磁感应强度的大小可使P 点左移 答案 D解析 电子在M 、N 间受向右的静电力，电场方向向左，故M 处的电势低于N 处的电势，故A 错误；加速电压增大，可使电子获得更大的速度，根据r ＝m vqB 可知，电子在磁场中做圆周运动的半径变大，P 点右移，故B 错误；电子受到的洛伦兹力方向向下，根据左手定则，可判断磁场的方向垂直于纸面向里，故C 错误；根据r ＝m vqB，B 增大，可使电子在磁场中做圆周运动的半径变小，P 点左移，故D 正确．2.(多选)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P ＋和P 3＋，经电压为U 的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示．已知离子P ＋在磁场中转过θ＝30°后从磁场右边界射出．在电场和磁场中运动时，则离子P ＋和P 3＋( )A ．在电场中的加速度之比为1∶1B ．在磁场中运动的轨迹半径之比为3∶1C ．在磁场中转过的角度之比为1∶2D ．离开电场区域时的动能之比为1∶3 答案 BCD解析 离子P ＋和P 3＋质量之比为1∶1，电荷量之比为1∶3，故在电场中的加速度(a ＝qEm )之比为1∶3，A 项错误；离子在离开电场区域时，有qU ＝12m v 2，在磁场中做匀速圆周运动时，有q v B ＝m v 2r ，得半径r ＝m v qB ＝1B2mU q ，则半径之比为1∶13＝3∶1，B 项正确；设磁场宽度为d ，由几何关系，有d ＝r sin θ，可知离子在磁场中转过的角度正弦值之比等于半径倒数之比，即1∶3，因为θ＝30°，则θ′＝60°，故转过的角度之比为1∶2，C 项正确；由qU ＝12m v 2可知，离子离开电场时的动能之比等于电荷量之比，即1∶3，D 项正确．3.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具．图中的铅盒A 中的放射源放出大量的带正电粒子(可认为初速度为零)，从狭缝S 1进入电压为U 的加速电场区域加速后，再通过狭缝S 2从小孔G 垂直于MN 射入偏转磁场，该偏转磁场是以直线MN 为切线、磁感应强度为B 、方向垂直于纸面向外、半径为R 的圆形匀强磁场．现在MN 上的点F (图中未画出)接收到该粒子，且GF ＝3R ，则该粒子的比荷为(粒子的重力忽略不计)( )A.8U R 2B 2B.4U R 2B 2C.6U R 2B 2D.2U R 2B 2 答案 C解析 设粒子在加速电场被加速后获得的速度大小为v ，由动能定理有qU ＝12m v 2，粒子在磁场中的运动轨迹如图所示，由几何知识知，粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r ＝3R3.又Bq v ＝m v 2r ，则q m ＝6UR 2B2，故C 正确．4.如图所示的区域中，OM 左边为垂直纸面向里的匀强磁场，右边是一个电场强度大小未知的匀强电场，其方向平行于OM ，且垂直于磁场方向．一个质量为m 、电荷量为－q (q >0)的带电粒子从小孔P 以初速度v 0沿垂直于磁场方向进入匀强磁场中，初速度方向与边界线的夹角θ＝60°，粒子恰好从小孔C 垂直于OM 射入匀强电场，最后打在Q 点，已知OC ＝L ，OQ ＝2L ，不计粒子的重力，求：(1)磁感应强度B 的大小； (2)电场强度E 的大小． 答案 (1)3m v 02qL (2)m v 022qL解析 (1)画出粒子运动的轨迹如图所示(O 1为粒子在磁场中做圆周运动的圆心)，∠PO 1C ＝120°设粒子在磁场中做圆周运动的半径为r ， 由r ＋r cos 60°＝OC ＝L 得r ＝2L3粒子在磁场中做圆周运动，受到的洛伦兹力充当向心力，q v 0B ＝m v 02r ，解得：B ＝m v 0qr ＝3m v 02qL ；(2)粒子在电场中做类平抛运动，由牛顿第二定律得加速度大小为a ＝qEm ，水平方向有2L ＝v 0t ，竖直方向有L ＝12at 2联立解得E ＝m v 022qL.5.如图所示，在平面直角坐标系xOy 内，第Ⅰ象限存在沿y 轴负方向的匀强电场，第Ⅳ象限以ON 为直径的半圆形区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B .一质量为m 、电荷量为q 的带正电的粒子，从y 轴正半轴上y ＝h 处的M 点，以速度v 0垂直于y 轴射入电场，经x 轴上x ＝2h 处的P 点进入磁场，最后以垂直于y 轴的方向射出磁场．不计粒子重力．求：(1)电场强度E 的大小；(2)粒子在磁场中运动的轨迹半径r ；(3)粒子从进入电场到离开磁场经历的总时间t . 答案 见解析解析 (1)粒子的运动轨迹如图所示设粒子在电场中运动的时间为t 1， 则有2h ＝v 0t 1，h ＝12at 12根据牛顿第二定律得Eq ＝ma 解得E ＝m v 022qh(2)设粒子进入磁场时速度为v ，在电场中， 由动能定理得Eqh ＝12m v 2－12m v 02，又因Bq v ＝m v 2r ，解得r ＝2m v 0Bq. (3)粒子在电场中运动的时间t 1＝2hv 0粒子在磁场中运动的周期T ＝2πr v ＝2πmBq设粒子在磁场中运动的时间为t 2，则 t 2＝38T得t ＝t 1＋t 2＝2h v 0＋3πm4Bq.6．(2022·河北泊头一中高二月考)如图所示，以两虚线P 、Q 为边界，中间存在平行纸面且与边界垂直的电场，电场强度为E ，方向水平向右，两侧为相同的磁感应强度为B 的匀强磁场，方向垂直纸面向里．一质量为m 、带电荷量为－q 、重力不计的带电粒子以水平向右的初速度v 0从电场边界P 、Q 之间的O 点出发．(1)若粒子能到达边界Q ，求O 点到边界Q 的最大距离l 1；(2)若使粒子到达边界Q 并进入磁场的偏转半径为R ，求O 点到边界Q 的距离l 2；(3)在题(2)的前提下，能使粒子从O 点出发到再次回到O 点的过程中，在磁场运动的时间最短，求电场宽度d 和全过程的运动时间t .答案 见解析解析 (1)由动能定理得－Eql 1＝0－12m v 02， 则l 1＝m v 022Eq. (2)由动能定理得－Eql 2＝12m v 12－12m v 02， 由洛伦兹力提供向心力，q v 1B ＝m v 12R解得l 2＝m 2v 02－q 2B 2R 22Eqm. (3)要使粒子在磁场中运动时间最短，则轨迹如图所示，由洛伦兹力提供向心力q v 1B ＝m v 12Rq v 2B ＝m v 222R由动能定理得Eqd ＝12m v 22－12m v 12 解得d ＝3q 2B 2R 22Eqm粒子在电场中运动的加速度a ＝Eq m在磁场中运动的周期T ＝2πm qB全过程的运动时间t ＝32×2πm qB ＋2(v 0－v 1)a ＋2(v 2－v 1)a ＝3πm qB ＋2m v 0Eq .。
高中物理电磁偏转问题分析
高中物理电磁偏转问题分析电磁偏转是指利用电场和磁场对带电粒子进行偏转的技术。
这种方法在现代物理、电子学和核物理等领域都有广泛应用，如电视机显像管、质谱仪、电子加速器等。
在高中物理中，学生通常会学习到电场和磁场的基本概念，并掌握一些常见的电磁偏转现象和设备原理。
下面就以静电偏转和磁场偏转为例，简要分析高中物理中的电磁偏转问题。
一、静电偏转静电偏转是指利用电场对带电粒子进行偏转的方法。
静电偏转最常见的应用是在电视机显像管中，通过调节荧光屏后面的电极电压可以将电子束偏转到指定位置，从而实现图像显示。
在学习静电偏转问题时，需要掌握以下几个关键点：1. 电场的本质电场是指空间中由电荷所产生的力场。
在电磁偏转中，电场起到的作用是对带电粒子施加一个力，从而导致其运动方向发生变化。
因此，理解电场的本质是理解静电偏转的关键。
2. 电势差和电势能电势差是指单位正电荷从一个点移动到另一个点所做的功。
电势能则是指一个电荷在电场中具有的能量，通常用位置与电势差之积表示。
在静电偏转中，调节电极电压就相当于改变电场的电势差，从而控制电子束的运动方向。
3. 磁场的补偿由于电子束本身带有电荷，会产生一定的磁场效应。
为了避免磁场对电子束的偏转产生影响，需要对电子束进行磁场补偿或调节。
二、磁场偏转磁场偏转是指利用磁场对带电粒子进行偏转的方法。
磁场偏转常用于质谱仪、电子加速器等设备中，可以用来筛选出特定的离子或改变其能量。
在学习磁场偏转问题时，需要掌握以下几个关键点：2. 磁感应强度和磁力线磁感应强度是指磁场对单位电流所施加的力。
磁力线则是描述磁场分布的一种方法。
在磁场偏转中，可以利用磁感应强度和磁力线来控制离子的运动轨迹和能量。
由于磁场的形状和强度对离子的运动轨迹和能量产生影响，因此在设计磁场偏转设备时需要仔细考虑这些因素。
一般来说，磁场的形状和强度可以通过改变电流或改变线圈形状来实现。
总之，电磁偏转是一种非常重要的物理现象，掌握其基本原理有助于理解现代电子技术和核物理的工作原理。
【优化方案】2012高二物理 第3章磁场优化总结课件 教科版
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带电粒子的电偏转和磁偏转 “电偏转”和“磁偏转”分别是利用电场和磁场对运 动电荷施加作用力，从而控制其运动方向，由于磁场 和电场对电荷的作用具有不同的特征，使得两种偏转 存在着差别． 1．受力特征 (1)“磁偏转”：质量为m，电荷量为q的粒子以速度v 垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，所受的磁场 力(即洛伦兹力)FB＝qvB与粒子的速度v有关，FB所产 生的加速度使粒子的速度方向发生变化，而速度方向 的变化反过来又导致FB的方向变化，FB是变力．
洛伦兹力作用下的多解问题
1．带电粒子电性不确定形成多解：受洛伦兹力 作用的带电粒子，可能带正电荷，也可能带负 电荷，在相同的初速度下，正、负粒子在磁场 中运动轨迹不同，导致有双解． 2．磁场方向不确定形成多解：有些题目只告诉 了磁感应强度大小，而未具体指出磁感应强度 方向．此时必须要考虑磁感应强度方向不确定 而形成的双解．
(2)“电偏转”： 恒定的 FE 使粒子做匀变速曲线运 动，即“类平抛运动”，其运动规律分别沿垂直 于和平行于电场的两个相互垂直的方向给出为： qE 1qE 2 vx＝v0，x＝v0t；vy＝ · t，y＝ t. 2m m 3．动能变化的差别 在“磁偏转”中，由于 FB 始终与粒子的运动速度 垂直， 所以其动能的数值保持不变， 在“电偏转” 中，由于电场力 FE 做功，其动能发生变化．
例2
图3－3
(1)磁感应强度B0的大小； (2)要使正离子从O′孔垂直于N板射出磁场， 正离子射入磁场时的速度v0的可能值． 【思路点拨】 先分析正离子在交变磁场中的 运动性质，明确物理过程，然后判断出要使正 离子垂直于N板射出磁场，必须让正离子从O孔 垂直于M板射入磁场，且在磁场中运动的时间 正好是磁场变化周期的整数倍．
电子束的电偏转和磁偏转[1]
![电子束的电偏转和磁偏转[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/890200d06037ee06eff9aef8941ea76e58fa4a72.png)
电子束的电偏转和磁偏转Electrostatic Deflection of Electron Beam示波器中用来显示电信号波形的示波管和电视机、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。
前者称为电聚焦或电偏转。
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的研制之中。
本实验在了解电子束线管的结构基础上，先讨论电子束的偏转特性及其测量方法。
【一】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和磁场中偏转的规律。
【二】仪器电子束实验仪、稳压电源、MF-47万用表、数字万用表【三】原理(一)示波管的基本结构如图3-18-1所示，示波管由电子枪、偏转板和荧光屏三部分组成。
其中电子枪是示波管图1 示波管的基本结构H 、H —钨丝加热电极；A F —聚焦电极；C —阴极；1A —第一加速阳极； 2A —第二加速阳极；G —控制栅极； 1X 、2X —水平偏转板； 1Y 、2Y —垂直偏转板电子枪由阴极C 、栅极G 、第一加速阳极1A 、聚焦电极A F 和第二加速电极2A 等同轴金属圆筒（筒内膜片的中心有限制小孔）组成。
当加热电流从H 、H 通过钨丝，阴极C 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1A 具有(相对于阴极C )很高的电压(例如1500伏)，在1A G C --之间形成强电场，故从阴极逸出的电子在电场中被电力加速，穿过 G 的小孔(直径约 l mm)，以高速度(数量级710米／秒)穿过1A 、2A F A 及筒内的限制孔，形成一束电子射线。
电偏转和磁偏转的规律、区别与应用
电偏转和磁偏转的规律、区别与应用作者：姜玉斌来源：《物理教学探讨》2008年第08期电偏转和磁偏转是电磁学中两种常见的偏转，它们相互联系又有区别，是高考的热点、复习的难点，下面从两种偏转的规律、区别以及在解题中的应用加以分析。
1 两种偏转的规律1.1 电偏转如图1所示，有一质量为m、电荷量为+q的粒子（不计重力），以初速度v0从两板中间进入匀强电场E，在电场力的作用下粒子运动发生了偏转，偏转角为θ，发生的侧移距离为y，已知极板长为L，两极板间距为d。
粒子在电场中做类平抛运动运动，与处理平抛问题方法相似，可以将粒子的运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动，列方程有水平方向：竖直方向：运动时间：t=Lv0 （粒子能从场中射出）（粒子打在极板上）侧移距离：偏转角正切：重要结论作粒子离开电场时速度的反向延长线，设交AB于O点，O点与A点间的距离为x，则x=ytanθ=L2,由此式可知，粒子从偏转电场中射出时，就好象是从极板的中间O点沿直线射出似的。
1.2 磁偏转如图2所示，有一质量为m、电荷量为+q的粒子（不计重力），以初速度v0进入匀强磁场B，在磁场力的作用下粒子运动发生了偏转，偏转角为θ。
粒子在磁场中做圆弧运动，由洛仑兹力提供向心力，设粒子的轨道半径为r，有轨道半径：偏转角：偏转角等于圆心角，即运动时间：2 两种偏转的区别电偏转与磁偏转分别是利用电场与磁场对运动电荷施加作用，从而控制其运动方向，由于电场和磁场对运动电荷的作用不同，所以两种偏转也不同。
类型问题电偏转磁偏转受力方面受到的电场力是恒力受到的洛仑兹力是变力运动方面类平抛运动匀速圆周运动（或圆弧运动）偏转方面偏转的角度受到θ能量方面电场力对粒子做正功，粒子的动能不断增加洛仑兹力对粒子不做功，粒子的动能不变3 两种偏转在解题上的应用3.1 已知场的情况，求粒子的运动情况题1 如图3所示的真空管中，电子从灯丝K发出（初速度不计），经电压为U1的加速电场加速后沿中心线进入两平行金属板M、N间的匀强电场中，通过偏转电场后打到荧光屏上的P点处，设M、N板间电压为U2，两板间距离为d，板长为L1，板右端到荧光屏的距离为L2，已知电子的电荷量为e，质量为m。
高三物理磁场专题复习二带电粒子在复合场中的运动知识点分析.
高考综合复习——磁场专题复习二带电粒子在复合场中的运动知识要点梳理知识点一——带电粒子在复合场中的运动▲知识梳理一、复合场复合场是指电场、磁场和重力场并存或其中某两种场并存，或分区域存在。
粒子在复合场中运动时，要考虑静电力、洛伦兹力和重力的作用。
二、带电粒子在复合场中运动问题的分析思路1．正确的受力分析除重力、弹力和摩擦力外，要特别注意电场力和磁场力的分析。
2．正确分析物体的运动状态找出物体的速度、位置及其变化特点，分析运动过程。
如果出现临界状态，要分析临界条件。
带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子的受力情况。
（1）当粒子在复合场内所受合力为零时，做匀速直线运动（如速度选择器）。
（2）当带电粒子所受的重力与电场力等值反向，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。
（3）当带电粒子所受的合力是变力，且与初速度方向F在一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线，由于带电粒子可能连续通过几个情况不同的复合场区，因此粒子的运动情况也发生相应的变化，其运动过程也可能由几种不同的运动阶段所组成。
3．灵活选用力学规律是解决问题的关键（1）当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，应根据平衡条件列方程求解。
（2）当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，往往同时应用牛顿第二定律和平衡条件列方程联立求解。
（3）当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时，应选用动能定理或能量守恒列方程求解。
注意：由于带电粒子在复合场中受力情况复杂，运动情况多变，往往出现临界问题，这时应以题目中的“恰好”、“最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口，挖掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其他方程联立求解。
4．三种场力的特点（1）重力的大小为，方向竖直向下．重力做功与路径无关，其数值除与带电粒子的质量有关外，还与始末位置的高度差有关。
（2）电场力的大小为，方向与电场强度E及带电粒子所带电荷的性质有关，电场力做功与路径无关，其数值除与带电粒子的电荷量有关外，还与始末位置的电势差有关。
电偏转和磁偏转的原理及应用
和洛伦兹力平衡：
， 速度大小只有满足
的粒子才能沿直线匀速通
过。 用 途 ：质 谱 仪 的 重 要 组 成 ，剔 除 速 度 不 同 的 粒 子 ，提 高 检 测 精 度 ；根 据 带 电 粒 子
在 电 磁 场 中 能 够 偏 转 的 原 理 ，按 物 质 原 子 、分 子 或 分 子 碎 片 的 质 量 差 异 进 行 分 离 和 检 测物质组成的一类仪器。
Ⅳ质谱仪 概念：质谱仪又称质谱计，分离和检测不同同位素的 仪器。即根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物 质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质 组成的一类仪器。 原理：质谱仪能用高能电子流等轰击样品分子，使该 分子失去电子变为带正电荷的分子离子和碎片离子，这些 不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场的作用 下到达检测器的位置不同，其结果为质谱图。 结构：一般由进样系统、离子源、质量分析器、检测 器和记录系统等组成，还包括真空系统和自动控制数据处理等辅助设备。 作用对象：质谱仪的作用，就是把同一种元素的各种同位素都区分开来，同位素按质 量大小排列，形成一个"谱"。 应用：由于质谱分析具有灵敏度高，样品用量少，分析速度快，分离和鉴定同时进行 等优点，因此质谱技术广泛的应用于化学，化工，环境，能源，医药，运动医学，刑侦科学， 生命科学，材料科学等各个领域。
用途：它 是 基 于 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 工 作 的 ， 用 来 测 量 电导率大于 5μs/cm 的导电液体的流量，是一种测量导电介 质流量的仪表。除了可以测量一般导电液体的流量外，还可 以用于测量强酸、强碱等强腐蚀性液体和均匀含有液固两相 悬浮的液体，如泥浆、矿浆、纸浆等。
特点：电磁流量计密封性能好，还可用于自来水和地下 水道系统。而且测量过程不与流体接触，适于制药、生物化 学和食品工业。这种流量计还可检测血液流量。它的量程比约为 100:1，精度一般为 1%，由 于 这 种 传 感 器 必 须 保 持 管 道 内 电 阻 和 测 量 电 路 阻 抗 之 间 有 一 定 比 例 关 系 ，因 此 在制造上有一定困难。
4.9磁偏转和电偏转
1 1 二、“电偏转”与“磁偏转”的区别
例2 如图2所示，在虚线所示的宽度范围内，用场强为E 的匀强电场可使以初速度v 0垂直于电场入射的某种正离子(不计重力)偏转θ角．在同样宽度范围内，若改用方向垂直于纸面向外的匀强磁场，使该离子穿过磁场区域的偏转角度也为θ，则匀强磁场的磁感应强度大小为多少？
图2
答案
E cos θ
v 0
解析 设电场区域的宽度为d ，带电离子在电场中做类平抛运动． 离子在电场中的加速度为a ＝qE
m
垂直电场方向d ＝v 0t
沿电场方向的分速度为v y ＝at ＝qEd
m v 0
因为偏转角为θ，故有tan θ＝v y v 0＝qEd
m v 20
解得：d ＝m v 20tan θ
qE
离子在磁场中做匀速圆周运动，
q v 0B ＝m v 20
R
轨迹半径R ＝m v 0
qB
由图可得：sin θ＝d R ＝dqB
m v 0
2
2
由以上各式简化得：B ＝E cos θ
v 0
.。
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2
・15 ・
h=
4 KL B . 4 - K2 B 2
h=
L lU0 . 2 dU
⑩
若将 h 对 B 求导 , 有 d h 16 KL + 4 K3 L 2 B 2 = > 0. dB ( 4 - K2 B 2 ) 2 于是 , 我们可以画出偏转量 h 随磁感应强 度 B 的变化图象 ( 如图 3 所 示) . 在 θ 很小 ( 此时 h 也较 小) 时 , 若 磁 感 应 强 度 增 加 ΔB , 偏转量增加 Δ h , 则当 θ 较大 ( 此时 h 也较大 ) 时 , 磁 感应强度增加ΔB , 此时偏转 图3 量的增加量也将大于Δ h. 同时为了反映磁场对偏转的影响 , 我们引 入物理量 — — — 偏转灵敏度 , 所谓偏转灵敏度是 指电子束偏离中心位置距离与通过偏转线圈 的磁感应强度的比值 , 显然 , 在小角度偏转的 情况下 , 偏转灵敏度可以作如下计算 : h 2 rL 由⑤ 式得 = . B 2 mU
中学物理教学参考 第 33 卷 第5期 Vol. 33 No . 5 Physics Teaching in Middle Schools 2004 年 5 月 May. 2004 教材教法
关于磁偏转与静电偏转之比较
雷志锋 ( 湖北武汉市黄陂区第二中学 430346) 高中 《物理》 第二册 ( 必修加选修 ) 分别介 绍了示波器与电视机的工作原理 , 这两种用于 显示图像的电子器材工作的基本原理大致相 同 , 都是对从电子枪发射的电子进行加速 、 偏 转 , 然后让电子轰击荧光屏以致发光 , 而且 , 它 们都利用静电场对电子进行加速 . 然而 , 电视 机对电子的偏转使用了磁偏转 , 而示波器却采 用静电偏转 . 那么 , 这两种偏转有何区别呢 ? 本文对 2002 年高考理科综合 ( 物理 ) 第 27 题所介绍的电视机模型作一下简要分析 . 题目 电视机的显像管中 , 电子束的偏转 是用磁偏转技 术 实 现 的. 电 子束经过电压 为 U 的加速 电场后, 进入 一圆形匀强磁 场区, 如图 1 所 示. 磁 场 方 图1 向垂直于圆 面 . 磁场区的中心为 O , 半径为 r. 当不加磁场 时 , 电子束将通过 O 点而打到屏幕的中心 M 点 . 为了让电子束射到屏幕边缘 P , 需要加磁 场 , 使电子束偏转一已知角度 θ, 此时磁场的磁 感应强度 B 应为多少 ? 解答 电子在磁场中沿圆弧 ab 运动 ( 如 图 2 所示) , 圆心为 C , 半径为 R . 以 v 表示电 子进入磁场时的速度 , m 、 e 分别表示电子的质 1 量和电量 , 则由 eU = m v 2 得 2 2 eU v= , ①
偏转电压 U 0 的 ; 而磁偏转中只有在小角度情 况下 h 才近似正比于偏转磁场 B . 在大角度情 况下 , 这种正比关系不再成立 , 所以 , 在用于精 确的电学测量中 , 我们使用静电偏转 . 但是同 时我们也要注意 , 由于静电偏转中所使用的荧 光屏不是绝对镜面的 , 所以也会相应的引入一 定的误差 . 然而 , 因作为测量用的荧光屏屏幕 不需要做得很大 , 这种误差基本上可以忽略 , 加上现代纯平技术的发展 , 这种误差完全可以 被消除 . 这就是示波器采用静电偏转的优点之 所在 . 2 . 在静电偏转中 , 偏转的灵敏度 ( 或偏转 ) 量 h 与加速电压成反比 , 在磁偏转中 , 偏转的 灵敏度 ( 或偏转量 h ) 与加速电压的开方成反 比 . 显然 , 在加速电压 U 一定的情况下 , 磁偏 转的灵敏度 ( 或偏转量 h ) 较静电偏转的要大 , 所以 , 一般大幅度的偏转均采用磁偏转 . 但需 要指出的是 , 减小加速电压 , 虽然会使灵敏度 增加 , 但是 , 又会导致束电流的运动速度减小 , 因而电子束打在荧光屏上时 , 能量不够 , 致使 荧光屏不够亮 . 所以加速电压的选取是根据在 荧光屏上得到足够的亮度和适当的偏转灵敏 度等条件而定的 .
m
2
由 evB =
mv 得 R mv R= , eB
② ③
θ r = , 2 R 由以上各式解得 又有
tan
B =
θ . ④ r e 2 图2 电子从磁场出来后 , 将做直 线运动至 P 点 , 若假设 PM = h , O M = L , 我们作如下两点讨论 : ( 1) 当角度 θ很小时 , 有 tan θ ≈ sin θ ≈θ, 根据 ③ 式有 1 1 r tan θ= θ= , 2 2 R 2L r 则 h = L tanθ ≈ L sinθ ≈ Lθ=
e h 1 (在 r 、 ) L 一定的情况下 , ∝ B U
可见 , 在 L 、 l、 U、 d 一定的情况下 , 静电 偏转中 y ∝ U 0 , 其关系如图 5 所示 . 同样 , 为了研究偏转电压 对偏转的影响 , 我们再次引入 偏转灵敏度 ( 即电子束偏离中 心位置的距离 y 与偏转电压 U 0 的比值) . 由 ⑩ 式可算出 图5
h Ll = . U 0 2 dU
由以上分析可以看出 , 两种偏转有以下不 同:
1 . 在静电偏转中偏转量 h 是严格正比于
接下来我们再来研究一下示波器中的静 电偏转 ,如图 4 所 示 , 设加速电压为 U , 偏转电压为 U0 , 偏 转 极 板 长
l , 电子从 偏 转 电 场中 出 来 后 将 做 图4 匀速直线运动 . 可 以证明 , 电子从偏转电场中出来时就好像是从 偏转极板的中点沿直线射出来一样 , 应该有 1 eU = m v2 , ⑦ 2 l = vt , ⑧ 1 2 y= at , ⑨ 2 h L 2Ly 由图 4 可得 = ,即 h = . y 1 l l 2 由 ⑦、 ⑧、 ⑨ 式得
1 2 mU tan = 2 L reB
mv
=
m
2 L reB = 2 eU
m
R 2 rL B e
2 mU
.
⑤
若令
K=
2r , 2 mU
e
⑥
则可得 h = KL B 即在 K 一定的情况下 h∝ B . ( 2) 当角度 θ 较大时 , tan θ ≈ sin θ ≈θ 不 再成立 , 则 1 1 ) h = L tan θ= L ・ 2 tan θ / ( 1 - tan2 θ 2 2
参考文献 李薇 , 高福文 . 电视机原理 . 北京 :北京师范大学出 版社 , 1987
・16 ・