HƢỚNG DẪN : THẦY LÊ VĂN HIẾU
THC HIN: HV V KIÊN TRUNG
05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
1
ĐIỀU KHIỂN CHÙM E TRONG
ĐIN , TỪ TRƢỜNG
I.CƠ CHẾ :
05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
2

1- S TƢƠNG T QUANG –CƠ :

QUANG CƠ
05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
3
 Một trong những nguyên lý
cơ bản của quang học là
nguyên lý Fermat. Theo
nguyên lý này, khi ánh sáng
lan truyền từ điểm A đến
điểm B thì trong tất cả các
quỹ đạo có thể nó sẽ truyền
theo quỹ đạo nào mà thời
gian cần thiết để đi hết quỹ
đạo là cực trị.
 Trong cơ học cũng có
nguyên lý tác dụng tối
thiểu, đƣợc biểu diễn

dƣới dạng toán học sau
(1)
Từ nguyên lí Fermat rút ra 3 điều kiện cơ bản trong quang
học:
- Đònh luật truyền thẳng: Trong môi trường đồng nhất và
đẳng hướng ( chiết suất đồng đều), ánh sáng truyền theo
đường thẳng.
- Đònh luật phản xạ: Khi tia sáng phản xạ trên mặt phân
cách giữa hai môi trường thì góc phản xạ bằng góc tới.

- Đònh luật khúc xạ: Khi tia sáng đi từ môi trường có chiết
suất n
1
sang môi trường có chiết suất n
2
, nó bò khúc xạ ở
mặt phân cách hai môi trường. Tỉ số giữa góc tới và góc
phản xạ thoả mãn điều kiện:
’ =  (2)

ox
v

ox
v

Sin
Sin



2
1
n
n
=
(3)
n
1

n
2
>n
1



’

v

ox
v

Hiện tượng truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ
05/03 2012
4
B MƠN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
Theo nguyên lí tác dụng tối thiểu trong cơ học , một hạt
chuyển động từ điểm A đến điểm B trong trường thế theo
một quỹ đạo xác đònh cũng tuân theo nguyên lí tác dụng

tối thiểu:


W
đ
= :động năng của hạt.
V: vận tốc của hạt.
Giả sử electron chuyển động vào vùng có điện thế U từ
điểm ban đầu Uo=0 với vận tốc ban đầu v
0
=0.
Theo đònh luật bảo toàn năng lượng ta có:



2
2
mv
B
d
A
W dt





=
2
2

B
A
mv
dt





= 0
(4)
2
2
mv
=
eU

ν =
2eU
m
(5)
05/03 2012
5
B MƠN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
2
2
B
A
mv
dt






2
2
B
A
mv ds
v





2
B
A
mv
ds





= =
2
m
B

A
vds





= 0
Phöông trình (4) trôû thaønh:



Do = conts

Neân
Thay (5) vaøo (6)

(4) 

Do

Neân


2
B
A
eU
ds
m







= 0
2e
m
= Const
B
A
Uds





= 0
(6)
(7)
05/03 2012
6
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
Ta thấy hai biểu thức (1) và (7) hoàn toàn tương tự nhau.
 Có thể xem quỹ đạo của hạt tích điện trong trường tónh
điện giống như đường đi của tia sáng trong một môi trường
xác đònh.
Ở đây, đóng vai trò tương tự chiết suất n hay nói cách
khác sự thay đổi của đối với sự chuyển động của hạt

điện trong trường tónh cũng tương tự sự thay đổi của chiết
suất trong môi trường truyền sáng. Sự tương tự này được
gọi là sự tương tự quang cơ, cho phép ta xây dựng các
đònh luật lan truyền của các hạt điện.
U
U
05/03 2012
7
B MƠN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
Các đònh luật đó có thể coi là các đònh
luật quang học của chùm các hạt điện:
05/03 2012
B MƠN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
8
 - Đònh luật truyền thẳng: Trong vùng có điện thế không
đổi ( U= Conts), hạt tích điện chuyển động thẳng.
 - Đònh luật phản xạ: Nếu chùm hạt tích điện phản xạ trên
bề mặt đẳng thế thì góc tới và góc phản xạ bằng nhau.

Ta đi tìm điều kiện phản xạ của chùm điện tử:
Hướng chùm điện tử có vận tốc ban đầu v
0
và bề mặt kim
loại ( một Colector) có điện thế U
C
.
Điều kiện để điện tử rơi lên Colector khi Colector tích
điện âm U
C
< 0:







’

ox
v

o
v

Hiện tượng phản xạ điện tư’

2
2
ox
C
mv
eU
2
2
2
o
C
mv
Cos eU



(8)
05/03 2012
9
B MƠN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG

Theo công thức (5) ta có:



Từ (8) và (9) suy ra:



là điều kiện để chùm điện tử rơi lên Colector.

 Điều kiện để chùm tia phản xạ trở lại:
2
2
o
mv
=
o
eU
= =

2
2
2
o

mv
Cos

2
o
eU Cos

 
2
1
o
eU Sin


(9)
 
2
1
oC
eU Sin e U


1
C
o
U
Sin
U

  

1
C
o
U
Sin
U


05/03 2012
10
B MƠN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG

- Đònh luật khúc xạ: Khi hạt điện chuyển động từ vùng có
điện thế U1 sang vùng có điện thế U2, hướng chuyển
động và độ lớn vận tốc sẽ thay đổi và được xác đònh bằng
đònh luật khúc xạ:







Hiện tượng khúc xạ chùm hạt điện

Sự khúc xạ của chùm hạt điện là do tác dụng của lực điện
trường tồn tại ở một lớp mỏng phân cách giữa hai vùng có
điện thế khác nhau.
=
Sin

Sin


2
1
U
U


U
1
= Const
U
2
= Const > U
1

1y
v

1
v

1x
v

2
v

2x

v

2 y
v

E

05/03 2012
11
B MƠN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
Thành phần vận tốc v
y
vuông góc với mặt phân cách thay
đổi (sẽ tăng lên nếu U
2
> U
1
), thành phần vận tốc song
song với mặt phân cách không đổi:
v
1x
= v
2x

hay v
1
Sin = v
2
Sin
mặt khác, theo công thức (3):





Phương trình (10)



1
2eU
m
1
v
=
2
v
=
2
2eU
m
(10)
Sin
Sin


= =
2
1
U
U

(11)
05/03 2012
12
B MƠN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
1
2
v
v
So sánh 2 phương trình (3) và (11) ta thấy:
đóng vai trò là chiết suất trong quang hình học, do đó
được gọi là chiết suất quang điện tử.
Khi U
1
< U
2
–trường tăng tốc, thì góc khúc xạ nhỏ hơn
góc tới, trường có tác dụng hội tụ.
Khi U
1
> U
2
–trường cản, thì góc khúc xạ lớn hơn góc tới,
trường có tác dụng phân kì.
U
U
05/03 2012
13
B MƠN VT L ĐIN TỬ ỨNG
DNG
 Những điểm khác nhau trong sự lan truyền của tia sáng

và chuyển động của hạt mang điện:
- Năng lượng của electron chuyển động trong điện trường
liên tục thay đổi nhưng năng lượng của photon của tia
sáng truyền qua một môi trường trong suốt là không đổi (
theo đònh luật W =hv).
- Đường đi của tia sáng trong quang học thường là một
đường gãy khúc bao gồm nhiều đoạn thẳng, còn quỹ đạo
của electron là một đường cong.



Đường đi của tia sáng trong quang học
05/03 2012
14
B MƠN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
- Trong quang hình học, hình dáng của bề mặt khúc xạ và
chiết suất không quan hệ với nhau. Trong quang điện tử,
chiết suất quang điện tử và hình dạng của mặt đẳng thế
có quan hệ với nhau.
- Giá trò của chiết suất quang điện tử có thể thay đổi trong
một khoảng rộng. Trong quang hình học, chiết suất của một
môi trường cho trước là không đổi, và các giá trò n chỉ có thể
thay đổi trong một khoảng nhỏ (xấp xỉ từ 1 tới 3).

U
05/03 2012
15
B MƠN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG

16
 Với e chuyển động trong điện trƣờng có thể chứng
minh


 Chúng ta thấy rằng có thể xem quỹ đạo của hạt tích
điện trong trƣờng tĩnh điện giống nhƣ đƣờng đi của tia
sáng lan truyền qua môi trƣờng xác định : đóng vai
trò nhƣ chiết suất. Ta gọi đó là sự tƣơng tự quang cơ.
U
Từ đó ta có định luật quang học của
chùm hạt mang điện:
05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
17
 1. Định luật truyền thẳng: Trong vùng có điện thế
không đổi, hạt tích điện chuyển động thẳng .
 2. Định luật phản xạ: Khi chùm hạt tích điện phản xạ
trên mặt đẳng thế thì góc phản xạ bằng góc tới.
 3. Định luật khúc xạ: Khi hạt tích điện chuyển động từ
vùng có thế U1 sang vùng có thế U2, hƣớng chuyển
động và độ lớn của vận tốc sẽ thay đổi và đƣợc xác
định bằng định luật khúc xạ :
05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
18

 Lực này phụ thuộc vào điện tích của hạt, độ lớn và
hƣớng của vận tốc hạt mang điện. Do đó, trong trƣờng
hợp từ trƣờng không có sự tƣơng tự nhƣ trong quang

học: từ trƣờng là môi trƣờng bất đẳng hƣớng, còn điện
trƣờng là môi trƣờng đẳng hƣớng.

Khi electron chuyển động trong từ
trường chúng chịu tác dụng của lực
từ
q
L
F

=
v

B


2. QUỸ ĐẠO CỦA ELECTRON TRONG
TỪ TRƯỜNG, ĐIỆN TRƯỜNG

05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
19
 Thấu kính điện tử đƣợc dùng để hội tụ hay phân kỳ
chùm điện tử, tạo đƣợc bằng điện trƣờng không
đồng nhất hay từ trƣờng không đồng nhất có đối
xứng trục.
a. Chuyển động của electron trong
điện trường:
05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG

20
05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
21
 Phƣơng trình chuyển động của electron trong điện
trƣờng không đều đối xứng trục: U(r)=U(-r) trong hệ
tọa độ trụ :
05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
22
 Theo định luật bảo toàn năng lƣợng và biến đổi toán
học, ta thu đƣợc phƣơng trình sau:

05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
23
 Dùng công thức trên ta giải bài toán trong
trƣờng hợp một thấu kính tĩnh điện mỏng và
yếu. Thấu kính tĩnh điện mỏng và yếu khi
vùng không gian trong thấu kính có là hẹp,
trong vùng đó giá trị r của điện tử không kịp
thay đổi nhiều.
05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
24
 Để xác định, ta xét một chùm điện tử từ điểm A cách
khe thấu kính một khoảng d và làm thành với trục một
góc α, khi đi qua thấu kính chùm này bị khúc xạ và cắt
trục thấu kính tại điểm A1, ở khoảng cách ảnh d1 nhƣ
hình vẽ sau:

05/03 2012
B MÔN VT L ĐIN TỬ ỨNG DNG
25
 Các góc α,β đều rất nhỏ. Phƣơng trình quỹ đạo trên có
thể viết về dạng nhƣ sau:



 Tích phân theo z từ A đến A1, ta có:

d