| 示波管 题目答案及解析

稿件来源:高途

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选修3-1

第一章 静电场

1.9 带电粒子在电场中的运动

示波管

示波器的主要部件是示波管,示波管可简化为电子枪、偏转电极和荧光屏三部分。如图所示,某示波管的电子枪加速电压为$U_{0}$,偏转电极板长和板间距均为$d$,偏转电极右侧到荧光屏的距离为$L$。当偏转电压为零时,电子刚好打到荧光屏的中心$O$点,现加上偏转电压$u$。已知电子的比荷为$k$。求:

电子从电子枪离开的速率$v_{0}$

[["

$\\sqrt{2kU_{0}}$

"]]

电子被加速的过程中,由动能定理$eU_{0}= \dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}$,解得电子从电子枪离开的速率为$v_{0}=\sqrt{\dfrac{2eU_{0}}{m}}= \sqrt{2kU_{0}}$

电子在偏转电极中的偏转距离$y$

[["

$\\dfrac{u}{4U_{0}}d$

"]]

电子在偏转电场中做类平抛运动,初速度方向有$d=v_{0}t$,沿电场方向有$y=\dfrac{1}{2}at^{2}$,由牛顿第二定律$e\dfrac{u}{d}= ma$,联立解得电子在偏转电极中的偏转距离$y=\dfrac{u}{4U_{0}}d$

电子在荧光屏中的偏转距离$Y$

[["

$\\dfrac{u}{4U_{0}}(d+2L)$

"]]

设电子离开偏转电场时的速度方向与水平方向的夹角为$\theta$,则$\tan\theta=\dfrac{v_{y}}{v_{0}}= \dfrac{at}{v_{0}}$,离开电场后,电子做匀速直线运动,有$Y=y+L\tan \theta$,结合小问($2$)联立可得电子在荧光屏中的偏转距离$Y=\dfrac{u}{4U_{0}}(d+2L)$

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示波器中的示波管是利用电场来控制带电粒子的运动。如图甲所示,电子枪释放的无初速度电子被的电场加速后进入偏转系统,若只考虑电子沿(竖直)方向的偏转情况,偏转系统可以简化为如图乙所示的偏转电场,偏转电极的极板长为,两板间距离为,极板右端与荧光屏的距离为,当在偏转电极上加如图丙所示的电压时,电子在荧光屏产生亮线的最大长度为。所有电子均能从极板射出打中荧光屏,且电子穿过极板的时间极短,可认为穿越过程中极板电压不变。已知电子的质量为,电荷量为,重力不计。求: 在“练习使用示波器”的实验中: 示波器是电子科研部门常用的仪器。其工作原理如图所示,初速度为零的电子经电压加速后,垂直进入偏转电场,偏转电压为,偏转极板长为,板间距为。为了放大波形幅度,提高电子束偏转灵敏度(单位偏转电压引起的偏转位移),可以采用的办法是 如图所示的示波管模型中,电荷量为、质量为的电子从灯丝发出,经加速电场加速后,从中心孔沿极板中心线以速度水平射入平行板电容器,穿出偏转电场后,又经过一段匀速直线运动,最后打到荧光屏上的点。已知平行板电容器两极板间的电压为,板长为,两极板间的距离为,偏转电场两极板右端到荧光屏的距离为,不计电子重力。 如图所示,示波器的工作原理可以简化为:金属丝发射出的电子由静止经电压加速后,从金属板的小孔射出,沿进入偏转电场,经偏转电场后打在荧光屏上。偏转电场是由两个平行的相同金属极板、组成,已知极板的长度为,两板间的距离也为。极板间电压为,偏转电场极板的右端到荧光屏的距离为。电子电荷量大小为,质量为,不计电子受到的重力和电子之间的相互作用。 如图所示是一个示波管工作原理图,电子由静止开始经电压加速后,以速度沿两极板的中线进入电压,间距为,板长的平行金属板组成的偏转电场,(,)求:
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